(57)【要約】  【課題】  キャスクの構造を変更することなく、様々な燃焼度の使用済燃料を収納可能な使用済燃料集合体の収納方法を提供する。  【解決手段】  第１の燃焼度の使用済燃料集合体と前記第１の燃焼度の使用済燃料集合体よりも燃焼度が低い第２の燃焼度の使用済燃料集合体を金属キャスクに収納する使用済燃料集合体の収納方法であって、前記第２の燃焼度の使用済燃料集合体を前記第１の燃焼度の使用済燃料集合体の周囲に配置し、前記第１の燃焼度の使用済燃料集合体が配置される領域の一部に、総発熱量を維持しながら、使用済燃料集合体を収納しない未収納空間部を設けることを特徴とする。【選択図】  図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の燃焼度の使用済燃料集合体と前記第１の燃焼度の使用済燃料集合体よりも燃焼度が低い第２の燃焼度の使用済燃料集合体を金属キャスクに収納する使用済燃料集合体の収納方法であって、
前記第２の燃焼度の使用済燃料集合体を前記第１の燃焼度の使用済燃料集合体の周囲に配置し、
前記第１の燃焼度の使用済燃料集合体が配置される領域の一部に、総発熱量を維持しながら、使用済燃料集合体を収納しない未収納空間部を設けることを特徴とする使用済燃料集合体の収納方法。
【請求項２】
請求項１に記載の使用済燃料集合体の収納方法であって、
前記第１の燃焼度の使用済燃料集合体が配置される領域において、前記未収納空間部を中心軸対称に設けることを特徴とする使用済燃料集合体の収納方法。
【請求項３】
請求項１に記載の使用済燃料集合体の収納方法であって、
前記未収納空間部の上下において線量当量率が規定値を超える場合、前記未収納空間部の一部または全部に放射線を遮へいする遮へい体を挿入することを特徴とする使用済燃料集合体の収納方法。
【請求項４】
請求項３に記載の使用済燃料集合体の収納方法であって、
前記遮へい体は、その断面形状が矩形、略矩形、角型、略角型、丸型、略円型のいずれかであることを特徴とする使用済燃料集合体の収納方法。
【請求項５】
請求項３に記載の使用済燃料集合体の収納方法であって、
前記遮へい体は、その重量が前記第１の燃焼度の使用済燃料集合体および前記第２の燃焼度の使用済燃料集合体の重量と同等もしくはそれ以下であることを特徴とする使用済燃料集合体の収納方法。
【請求項６】
請求項３に記載の使用済燃料集合体の収納方法であって、
前記遮へい体は、当該遮へい体を構成する重量物を上下に分割して配置したことを特徴とする使用済燃料集合体の収納方法。
【請求項７】
請求項３に記載の使用済燃料集合体の収納方法であって、
前記遮へい体は、全部もしくはその一部がステンレス鋼、炭素鋼あるいはボロンカーバイド（B4C）で形成されていることを特徴とする使用済燃料集合体の収納方法。
【請求項８】
燃焼度の異なる複数の使用済燃料集合体を収納する金属キャスクに用いる遮へい体であって、
前記遮へい体は、その断面形状が矩形、略矩形、角型、略角型、丸型、略円型のいずれかであることを特徴とする金属キャスク用遮へい体。
【請求項９】
請求項８に記載の金属キャスク用遮へい体であって、
前記遮へい体は、その重量が前記使用済燃料集合体の重量と同等もしくはそれ以下であることを特徴とする金属キャスク用遮へい体。
【請求項１０】
請求項８に記載の金属キャスク用遮へい体であって、
前記遮へい体は、当該遮へい体を構成する重量物を上下に分割して配置したことを特徴とする金属キャスク用遮へい体。
【請求項１１】
請求項８に記載の金属キャスク用遮へい体であって、
前記遮へい体は、全部もしくはその一部がステンレス鋼、炭素鋼あるいはボロンカーバイド（B4C）で形成されていることを特徴とする金属キャスク用遮へい体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、使用済燃料等を輸送または貯蔵するキャスクにおいて、キャスクの構造を変更することなく様々な燃焼度の使用済燃料集合体を格納することができる使用済燃料集合体の収納方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
使用済燃料集合体は、原子力発電所内に設けられた冷却プールで放射線源強度及び／或いは発熱量が一定レベル以下に低下するまで保管されたのち、遮へい機能及び除熱機能を有する使用済燃料貯蔵（輸送）容器または輸送貯蔵兼用容器（以下、キャスクと称す）に収め貯蔵（輸送）される。
【０００３】
同一燃焼度の使用済燃料集合体を格子状の燃料収納区画（バスケット）に一様に収納する従来の手法に対し、さらに放射線源強度の高い使用済燃料集合体を収納する方法に関連する収納技術（特許事例・公知事例）として、外周部に使用済燃料集合体と同形状の遮へい体を挿入する方法が知られているが、使用済燃料集合体中のウラン自体の遮へい性能が十分に強いため、ウランに匹敵する比重の物質で遮へい体を構成しない限り径方向に対する遮へい性能は向上せず、また、除熱性能の改善にはならない。
【０００４】
一方、キャスクの設計では、使用済燃料集合体自体の遮へい性能を利用して、中央部に高燃焼度の使用済燃料集合体を収納し、そしてその外側を囲むように低燃焼度の使用済燃料集合体を収納する方法が一般的である。そのキャスクに対し、さらに高燃焼度の使用済燃料集合体を収納しようとする場合、全燃料収納区画に使用済燃料集合体を挿入すると発熱が除熱性能を上回り、燃料被覆管の制限温度を超えてしまうことになる。
【０００５】
本技術分野の背景技術として、例えば、特許文献１のような技術がある。特許文献１には、「原子力発電所の使用済燃料プールで短期間保管した放射線の線量率が高い使用済燃料を収納する場合に、容器のバスケットに収められた使用済燃料を囲むように放射線遮蔽装置を収納し、使用済燃料から放出される中性子線及びγ線を遮蔽する」技術が開示されている。
【０００６】
また、特許文献２には、「２種類以上の燃料仕様を有する放射性物質又は使用済燃料或いは冷却期間が異なる放射性物質又は使用済燃料に対して同一の容器で放射性物質又は使用済燃料を輸送、貯蔵及び輸送貯蔵のいずれかをほぼ同一の温度及び同等の収納本数で行うことができる輸送・貯蔵方法及び輸送・貯蔵容器用構造体」が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−２７０３８５号公報
【特許文献２】特開２００５−９９６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
金属キャスクに使用済燃料集合体を収納する場合、収納対象とする燃料集合体の燃焼度仕様に基づく放射線源強度及び／あるいは発熱量に応じて構造（収納燃料体数など）を設計することが一般的である。ここで、より高い燃焼度の使用済燃料集合体を収納しようとする場合、バスケットの全区画に使用済燃料集合体を挿入すると発熱が除熱性能を上回り、燃料被覆管の制限温度を超えてしまうことになる。そのため、一度設計したキャスクの構造を変更する必要があり、コストの上昇や工数の長期化に繋がる。
【０００９】
上記特許文献１では、異なる燃焼度の使用済燃料集合体を同じキャスクに収容することについては想定されていない。また、上記特許文献２では、２種類以上の燃料仕様の使用済燃料を同一の容器に収納する点で類似するが、キャスク全体としての総発熱量は考慮されておらず、総発熱量が除熱性能を上回る可能性がある。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、キャスクの構造を変更することなく、様々な燃焼度の使用済燃料を収納可能な使用済燃料集合体の収納方法を提供することにある。
【００１１】
また、本発明の別の目的は、キャスクの構造を変更することなく、様々な燃焼度の使用済燃料を収納するための金属キャスク用遮へい体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明は、第１の燃焼度の使用済燃料集合体と前記第１の燃焼度の使用済燃料集合体よりも燃焼度が低い第２の燃焼度の使用済燃料集合体を金属キャスクに収納する使用済燃料集合体の収納方法であって、前記第２の燃焼度の使用済燃料集合体を前記第１の燃焼度の使用済燃料集合体の周囲に配置し、前記第１の燃焼度の使用済燃料集合体が配置される領域の一部に、総発熱量を維持しながら、使用済燃料集合体を収納しない未収納空間部を設けることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、燃焼度の異なる複数の使用済燃料集合体を収納する金属キャスクに用いる遮へい体であって、前記遮へい体は、その断面形状が矩形、略矩形、角型、略角型、丸型、略円型のいずれかであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、収納する使用済燃料集合体の燃焼度に応じて使用済燃料集合体を間引いて未収納空間とすることにより、あるいはその間引いた未収納区画に対し、適切な位置及び員数の遮へい体を挿入することにより、キャスクの構造を変更することなく、様々な燃焼度の使用済燃料集合体を収納できる使用済燃料集合体の収納方法を得られる。
【００１５】
また、前記遮へい体の重量を使用済燃料集合体とほぼ同等もしくはそれ以下とすることにより、空いている収納区画に従来どおりの運用方法で使用済燃料集合体を収納することができる。
【００１６】
上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明によって明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１Ａ】本発明の一実施形態に係るバスケットの概略構造図である。
【図１Ｂ】本発明の一実施形態に係る遮へい体を挿入したバスケットの概略構造図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る使用済燃料集合体の収納図（横断面図）である。
【図３】本発明の一実施形態に係る遮へい体（遮へい体例１）の構造図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る遮へい体（遮へい体例２）の構造図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る使用済燃料集合体の収納方法を示す図である。
【図６】本発明の遮へい体の配置例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。なお、各図面において、同一の構成については同一の符号を付し、重複する部分についてはその詳細な説明は省略する。
【実施例１】
【００１９】
図１Ａから図２を参照して、本実施例の使用済燃料集合体の収納方法について説明する。図１Ａは使用済燃料集合体を燃料収納区画（バスケット）へ挿入する際の挿入方向から見たキャスクの平面図である。また、図１Ｂは図１Ａの変形例であり、中央部付近の燃料収納区画（バスケット）へ遮へい体を挿入した状態を示している。図２は図１Ａ或いは図１Ｂの横断面図であり、キャスク内の縦構造を概念的に示している。
【００２０】
高燃焼度と低燃焼度の使用済燃料集合体を収納する金属キャスク１は、略円柱形状をなし、原子力発電所で使用済燃料集合体（高燃焼度の使用済燃料集合体９及び低燃焼度の使用済燃料集合体１０）を内部に収納して輸送し、中間貯蔵施設に設置し、所定の期間貯蔵後、再処理施設へ輸送するための容器である。
【００２１】
図１Ａ及び図２に示すように、金属キャスク１は基本的に、内筒２、内筒２の内部に収納される使用済燃料集合体９を入れる格子状の燃料収納区画（バスケット）３、内筒２の上部に取り付けられる複数の蓋（本実施例では、一次蓋４、二次蓋５、一次蓋と二次蓋を内筒に固定するボルトは省略）、内筒２の外側に設けた中性子遮へい材６、中性子遮へい材６を囲む外筒７、キャスク１の吊上げ／吊下げ及び固定用のトラニオン８で構成される。
【００２２】
本実施例にて可能となる、様々な燃焼度の使用済燃料を収納可能な格納方法は、一定の間隔で使用済燃料集合体を収納する格子状のバスケット３と、前記バスケットの中央部付近の未収納区画１１あるいは、前記未収納区画１１に挿入される高燃焼度の使用済燃料集合体９と、前記高燃焼度の使用済燃料集合体９の外側の区画に挿入される低燃焼度の使用済燃料集合体１０と、発熱を抑えるために高燃焼度の使用済燃料集合体９が挿入される区画の一部を間引いた未収納空間部１１（図１Ａ）もしくはその間引いた空間に挿入される遮へい体１２（図１Ｂ）と、で構成される。なお、未収納空間部１１や各使用済燃料集合体間には、ヘリウムガス（Ｈｅ）などの不活性ガスが充填される。
【００２３】
また、図１Ａの未収納空間部１１は、周囲に比べて中央部に高い燃焼度あるいは冷却期間の短い使用済燃料集合体を入れるキャスクにおいて、さらに高い燃焼度あるいは短い冷却期間の使用済燃料集合体を入れる場合、総発熱量が維持される、もしくはそれよりも少なくなるように中央部の未収納区画の数を設定する。
【００２４】
ここで、図１Ａに示す全６９区画の燃料収納区画に収納する具体例を元に、高燃焼度の使用済燃料集合体の収納部の未収納区画数（未収納空間部１１の数）の設定方法を説明する。まず、未収納区画を設けない初期の状態として、外周に収納される低燃焼度の使用済燃料集合体１０は３２本あり、その発熱量を200Ｗ、高燃焼度の使用済燃料集合体９は残りの３７本としその発熱量を260Ｗとする。このときの総発熱量Ｑは、式（１）に示すようになる。
【００２５】
【数１】
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【００２６】
このキャスクに対し、さらに高燃焼度の使用済燃料集合体を収納する場合を考える。外側に220Ｗ、その内側に280Ｗの使用済燃料集合体を収納する場合、中央部の未収納区画の数をＮとすると、総発熱量が維持されるとして以下の式（２）が成り立つ。
【００２７】
【数２】
2018054309.tif 000004
【００２８】
従って、N=4.93本＜５本となり、中央部の未収納区画の数は５以上と求められる。
【００２９】
以上説明したように、本実施例によれば、収納する使用済燃料集合体の燃焼度に応じて総発熱量を維持しながら、使用済燃料集合体を間引いて未収納空間とすることにより、あるいはその間引いた未収納区画に対し、適切な位置及び員数の遮へい体を挿入することにより、キャスクの構造を変更することなく、様々な燃焼度の使用済燃料集合体を収納することができる。
【００３０】
すなわち、本実施例を別の言葉で述べれば、第１の燃焼度の使用済燃料集合体と、前記第１の燃焼度の使用済燃料集合体よりも燃焼度が低い第２の燃焼度の使用済燃料集合体、を金属キャスクに収納する使用済燃料集合体の収納方法において、前記第２の燃焼度の使用済燃料集合体を前記第１の燃焼度の使用済燃料集合体の周囲に配置する際に、前記第１の燃焼度の使用済燃料集合体が配置される領域の一部又は全部に、前記第１の燃焼度の使用済燃料集合体よりも燃焼度が高い第３の使用済燃料集合体に替え、かつ、前記第３の使用済燃料集合の配置される領域の一部に、前記第２の燃焼度の使用済燃料集合体を前記第１の燃焼度の使用済燃料集合体の周囲に配置した場合のこれら使用済燃料集合体からの総発熱量を維持しながら、使用済燃料集合体を収納しない未収納空間部を設けて使用済燃料集合体を収納する使用済燃料集合体の収納方法ということが出来る。この場合に第２の燃焼度の使用済燃料集合体の一部又は全部を、この第２の燃焼度の使用済燃料集合体よりも高く、第３の使用済燃料集合体より低い燃焼度の第４の燃焼度の使用済燃料集合体とすることも可能である。
【００３１】
なお、未収納空間部１１の上下において線量当量率が安全上設けた規定値を超える場合、未収納空間部１１の一部または全部に放射線を遮へいする遮へい体を挿入することでより効果的に総発熱量を維持することができる。
【００３２】
また、遮へい体１２は、その重量が高燃焼度の使用済燃料集合体９及び低燃焼度の使用済燃料集合体１０の重量と同等もしくはそれ以下であるのが望ましい。使用済燃料集合体を収納した後のキャスク全体の重量を一定以下にすることができ、取扱いが容易になるためである。
【実施例２】
【００３３】
図３から図５を参照して、本実施例の使用済燃料集合体の収納方法とそれに用いる遮へい体について説明する。図３は本実施例の遮へい体１２を側面から見た図である。また、図４は図３の変形例であり、図３と同様に、遮へい体１２を側面から見た図を示している。図５は遮へい体１２をキャスクのバスケットへ複数個挿入する場合の収納方法を示している。
【００３４】
図３に示す遮へい体１２の構造例は、ステンレス鋼、炭素鋼あるいはボロンカーバイド（B4C）で全体もしくはその一部が構成される遮へい部１３と、吊上げ／吊下げ時に使用するハンドル１４（図３の左図）もしくは吊具を取り付けるためのボルト穴１５（図３の右図）と、で構成される。なお、遮へい部１３は高さ方向に分割された構造であっても有効である。
【００３５】
また、図４に示す遮へい体１２の構造例は、ステンレス鋼、炭素鋼あるいはボロンカーバイド（B4C）で全体もしくはその一部が構成される遮へい部１３と、遮へい部１３を収納するためにステンレス鋼、アルミニウム、炭素鋼、ボロンカーバイド（B4C）あるいはジルカロイ（ジルコニウム合金）で全体もしくはその一部が構成される外皮１６と、で構成される。なお、図４に示す例のように、遮へい体の重量増加を考慮し、上下方向に対する所定の遮へい機能を満足する範囲で、重量物である遮へい部１３を上下に振り分け、空間部１７を有する構造も有効である。本図の構造も高さ方向に分割する構造であってもよい。
【００３６】
図５に１区画分の遮へい体１２を複数個挿入する場合の使用済燃料集合体の収納方法の例を示す。まず、図５の左図に示すように、高燃焼度の使用済燃料集合体９の一部を未収納空間部１１とすることで、除熱性能を確保する。このとき、上下方向への遮へい性能が低下する場合は、図５の中央図に示すように、必要な箇所の未収納空間部１１に上記で説明したいずれかの遮へい体１２を挿入する。さらに、除熱性能ないし遮へい性能を向上させる必要がある場合は、図５の右図に示すように、遮へい体１２を増やして配置する。
【００３７】
なお、本実施例として未収納空間部１１とする区画、あるいは遮へい体１２を挿入する区画は、低燃焼度の使用済燃料集合体１０に囲まれた領域であればよく、図５に示す例のような中心軸対象の配置だけに捕らわれずに配置することも可能である。
【００３８】
以上説明したように、本実施例によれば、実施例１と同様に、収納する使用済燃料集合体の燃焼度に応じて総発熱量を維持しながら、使用済燃料集合体を間引いて未収納空間とすることにより、あるいはその間引いた未収納区画に対し、適切な位置及び員数の遮へい体を挿入することにより、キャスクの構造を変更することなく、様々な燃焼度の使用済燃料集合体を収納することができる。
【実施例３】
【００３９】
図６を参照して、本実施例の使用済燃料集合体の収納方法とそれに用いる遮へい体について説明する。図６は図５で説明した１区画分の遮へい体１２を複数個挿入する場合の遮へい体１２の配置のバリエーションを示している。
【００４０】
図６に示すように、遮へい体１２の断面形状は、矩形、略矩形、角型、略角型、丸型あるいは略円型で形成してもよい。遮へい体１２の配置は、実施例１や実施例２で説明した方法により、収納する使用済燃料集合体の燃焼度に応じて総発熱量を維持しながら、使用済燃料集合体を間引いて未収納空間とすることにより、あるいはその間引いた未収納区画に対し、適切な位置及び員数の遮へい体を挿入する。
【００４１】
以上説明したように、本実施例によれば、実施例１或いは実施例２と同様に、収納する使用済燃料集合体の燃焼度に応じて総発熱量を維持しながら、使用済燃料集合体を間引いて未収納空間とすることにより、あるいはその間引いた未収納区画に対し、適切な位置及び員数の遮へい体を挿入することにより、キャスクの構造を変更することなく、様々な燃焼度の使用済燃料集合体を収納することができる。
【００４２】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１…金属キャスク、２…内筒、３…バスケット、４…一次蓋、５…二次蓋、６…中性子遮へい材、７…外筒、８…トラニオン、９…高燃焼度の使用済燃料集合体、１０…低燃焼度の使用済燃料集合体、１１…未収納空間部、１２…遮へい体、１３…遮へい部、１４…ハンドル、１５…ボルト穴、１６…外皮、１７…空間部。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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