(57)【要約】【課題】バスケットの中性子遮蔽性能に加え、容器の未臨界安全性をさらに向上できる放射性物質格納容器を提供すること。【解決手段】この放射性物質格納容器１００は、密封構造を有する胴本体１および蓋１０と、胴本体１に収容されて燃料集合体を保持するバスケット５とを備えている。また、バスケット５が中性子遮蔽材を含んで構成されている。また、放射性物質格納容器１００は、中性子遮蔽材を含むと共に胴本体１の内周面とバスケット５の外周面との間に未臨界性能補強部材２０を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
密封構造を有する胴本体および蓋と、胴本体に収容されて燃料集合体を保持するバスケットとを備える放射性物質格納容器であって、
中性子遮蔽材を含むと共に、前記胴本体の内周面と前記バスケットの外周面との間、前記胴本体の底面と前記バスケットの底面との間、および、前記蓋の底面と前記バスケットの上面との間の少なくとも１箇所に配置される未臨界性能補強部材を備えることを特徴とする放射性物質格納容器。
【請求項２】
前記未臨界性能補強部材が、前記胴本体の底面と前記バスケットの底面との間、および、前記蓋の底面と前記バスケットの上面との間に配置される請求項１に記載の放射性物質格納容器。
【請求項３】
前記未臨界性能補強部材が、前記胴本体の内周面と前記バスケットの外周面との間、前記胴本体の底面と前記バスケットの底面との間、および、前記蓋の底面と前記バスケットの上面との間に配置される請求項１に記載の放射性物質格納容器。
【請求項４】
前記未臨界性能補強部材が緩衝構造を有する請求項１〜３のいずれか一つに記載の放射性物質格納容器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、放射性物質格納容器に関し、さらに詳しくは、バスケットの中性子遮蔽性能に加え、容器の未臨界安全性をさらに向上できる放射性物質格納容器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では、原子力発電に用いられたＰＷＲ（Pressurized Water Reactor）用またはＢＷＲ（Boiling Water Reactor）用の燃料集合体を回収して放射性物質格納容器に収容し、貯蔵施設に輸送して一定期間貯蔵した後にリサイクルする方法（プルサーマル）が提案されている。かかる放射性物質格納容器では、高燃焼度の使用済燃料、既存燃料以上にウランを濃縮した燃料、またはＭＯＸ燃料（Mixed Oxide Fuel）などの燃料を放射性物質格納容器に収納するにおいて、その未臨界安全性をさらに向上することが望まれている。
【０００３】
かかる課題において、従来の放射性物質格納容器は、密封構造を有する胴本体および蓋と、胴本体に収容されて燃料集合体を保持するバスケットとを備えている。そして、バスケットが中性子遮蔽性能を有することにより、容器の未臨界安全性が高められている。かかる構成を採用する従来の放射性物質格納容器として、特許文献１に記載される技術が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４２４１８６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、バスケットの中性子遮蔽性能に加え、容器の未臨界安全性をさらに向上できる放射性物質格納容器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、この発明にかかる放射性物質格納容器は、密封構造を有する胴本体および蓋と、胴本体に収容されて燃料集合体を保持するバスケットとを備える放射性物質格納容器であって、中性子遮蔽材を含むと共に、前記胴本体の内周面と前記バスケットの外周面との間、前記胴本体の底面と前記バスケットの底面との間、および、前記蓋の底面と前記バスケットの上面との間の少なくとも1箇所に配置される未臨界性能補強部材を備えることを特徴とする。
【０００７】
この放射性物質格納容器は、未臨界性能補強部材がバスケットの外周を囲んで配置されるので、燃料集合体から放射された中性子がバスケットのみならず未臨界性能補強部材によっても遮蔽される。これにより、容器の未臨界安全性がさらに向上する利点がある。また、放射性物質格納容器の底部や蓋部内面側に同様に未臨界性能補強部材を配置することにより、あらゆる方向において中性子を遮蔽することができ、容器の未臨界安全性がさらに向上する利点がある。
【０００８】
また、この発明にかかる放射性物質格納容器は、前記未臨界性能補強部材が、前記胴本体の底面と前記バスケットの底面との間、および、前記蓋の底面と前記バスケットの上面との間に配置される。
【０００９】
また、この発明にかかる放射性物質格納容器は、前記未臨界性能補強部材が、前記胴本体の内周面と前記バスケットの外周面との間、前記胴本体の底面と前記バスケットの底面との間、および、前記蓋の底面と前記バスケットの上面との間に配置される。
【００１０】
また、この発明にかかる放射性物質格納容器は、前記未臨界性能補強部材が緩衝構造を有する。
【００１１】
放射性物質格納容器では、輸送中の落下事故などの衝撃が加えられた場合において、内部に衝撃が加わったときに、緩衝部が胴本体とバスケットとの間、バスケットと本体胴底部と間、またはバスケットと本体胴蓋内面部との間に介在して衝撃を吸収する。これにより、衝撃に対する安全性が向上する利点がある。
【発明の効果】
【００１２】
この発明にかかる放射性物質格納容器は、未臨界性能補強部材がバスケットの外周を囲むように配置されるので、燃料集合体から放射された中性子がバスケットのみならず未臨界性能補強部材によっても遮蔽される。これにより、容器の未臨界安全性がさらに向上する利点がある。また、放射性物質格納容器の底部や蓋部内面側に同様に未臨界性能補強部材を配置することにより、あらゆる方向において中性子を遮蔽することができ、容器の未臨界安全性がさらに向上する利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、この発明の実施の形態にかかる放射性物質格納容器を示す軸方向断面図である。
【図２】図２は、図１に記載した放射性物質格納容器を示す径方向断面図である。
【図３】図３は、図１に記載した放射性物質格納容器のバスケットを示す平面図である。
【図４】図４は、図１に記載した放射性物質格納容器のバスケットを示す組立斜視図である。
【図５】図５は、図１に記載した放射性物質格納容器の未臨界性能補強部材の変形例を示す断面図である。
【図６】図６は、図１に記載した放射性物質格納容器の未臨界性能補強部材の変形例を示す断面図である。
【図７】図７は、図１に記載した放射性物質格納容器の変形例を示す軸方向断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、この実施の形態の構成要素には、発明の同一性を維持しつつ置換可能かつ置換自明なものが含まれる。また、この実施の形態に記載された複数の変形例は、当業者自明の範囲内にて任意に組み合わせが可能である。
【００１５】
［放射能物質格納容器］
図１は、この発明の実施の形態にかかる放射性物質格納容器を示す軸方向断面図である。図２は、図１に記載した放射性物質格納容器を示す径方向断面図である。図３および図４は、図１に記載した放射性物質格納容器のバスケットを示す平面図（図３）および組立斜視図（図４）である。
【００１６】
この放射性物質格納容器１００は、燃料集合体を格納する容器（いわゆるキャスク）である。近年では、原子力発電に用いられたＰＷＲ（Pressurized Water Reactor）用またはＢＷＲ（Boiling Water Reactor）用の燃料集合体を回収して放射性物質格納容器１００に収容し、貯蔵施設に輸送して一定期間貯蔵した後にリサイクルする方法（プルサーマル）が提案され実施されている。
【００１７】
放射性物質格納容器１００は、胴本体１と、中性子遮蔽体２と、外筒３と、バスケット５と、蓋１０とを備える（図１参照）。
【００１８】
胴本体１は、ステンレス鋼、炭素鋼または合金鋼などの材料からなる有底一体構造を有する。ここでは主に胴本体1が二重化された構造について説明する。主として密封性能を有する内容器８と、主としてγ線遮蔽性能を有する外容器９とから成る。内容器８は、ステンレス鋼、炭素鋼または合金鋼などの材料からなる有底一体構造を有する。この有底一体構造により、内容器８の密封性能が向上する。また、内容器８は、蓋１０を取り付けるためのフランジ１１を開口側端面に有する。外容器９は、ステンレス鋼、炭素鋼または合金鋼などの材料からなる容器であり、内容器８よりも厚肉な筒体１２および底板１３を突き合わせ溶接により一体化して成る構造を有する。この突き合わせ溶接により、外容器９の密封性能および機械的強度が向上する。これらの内容器８および外容器９は、内容器８が外容器９に挿入されて焼き嵌め、冷し嵌め、または嵌め合いにより構成される。
【００１９】
中性子遮蔽体２は、中性子を遮蔽する筒状体であり、胴本体１の外周を囲んで配置される。例えば、この実施の形態では、胴本体１と外筒３との間に、複数の伝熱フィン１７により区画された空間が形成されている（図２参照）。そして、これらの空間に、中性子遮蔽体２が充填成形されている。また、中性子遮蔽体２が所定量の水素を含有し、ボロンまたはボロン化合物を添加したレジンから構成され、また、伝熱フィン１７が熱伝導性の高い材料（例えば、銅やアルミニウム）から構成されている。
【００２０】
外筒３は、薄肉の筒状体であり、中性子遮蔽体２の外周を囲んで配置される。
【００２１】
バスケット５は、燃料集合体を保持するための枠状体であり、胴本体１の内容器８に挿入されて固定される（図１および図２参照）。このバスケット５は、アルミニウム材もしくはアルミニウム合金にボロンもしくはボロン化合物を添加した材料から構成される。例えば、この実施の形態では、バスケット５が多数の板材６を相互に噛み合わせつつ格子状に組み上げて成る構造を有し、全体として胴本体１（内容器８）の内径に沿ったハニカム状の略円柱形状を有している（図３および図４参照）。また、バスケット５が、これらの板材６により区画されて成る長尺かつ複数のセル７を有し、これらのセル７に燃料集合体を挿入して保持できるようになっている。そして、このバスケット５が胴本体１の内容器８に収容されてスポット溶接により固定されている。また、バスケット５の外周部の隙間（組み上げられた板材６の外周に生ずる隙間。セル７以外の隙間。）にスペーサ１６が挿入されている。かかるバスケット５は、板材６が相互に噛み合う構造なので、熱伝達が効率的に行われる。また、スペーサ１６を介しても胴本体１への熱伝達が行われるので、熱伝達がより効率的に行われる。これにより、燃焼集合体がバスケット５に収納されたときに、燃料集合体の崩壊熱がバスケット５から胴本体１に効率的に伝熱できる。また、輸送中の落下事故により内部に衝撃が加わったとしても、板材６が相互に噛み合う構造なので、荷重に対する耐久性能が高い。さらに、スペーサ１６によりバスケット５の構造強度が高められる。
【００２２】
蓋１０は、２枚の円形板材１０ａ、１０ｂを溶接して成る二重構造を有し、内側の円形板材１０ａが小径を有することにより、インロー構造を有する。この蓋１０は、内側の円形板材１０ａを胴本体１の内容器８の開口部に嵌め込んで内容器８のフランジ１１にボルト締めされて固定される。この蓋１０により、胴本体１の内部が密封される。また、円形板材１０ａ、１０ｂの少なくとも一方には、中性子遮蔽材（例えば、所定量の水素を含有したレジン。図示省略。）が充填封入されて、中性子遮蔽性能が付与される。なお、この実施の形態では、蓋１０が二重構造を有するが（図１参照）、これに限らず、蓋１０が単層構造を、または三重蓋構造を有しても良い（図示省略）。
【００２３】
この放射性物質格納容器１００では、回収された燃料集合体がバスケット５の各セル７内に挿入されて収納され、その後に蓋１０が胴本体１に嵌め合わされて胴本体１が密封される。かかる構成では、バスケット５の外周が密封性能およびγ線遮蔽性能を有する胴本体１により密封および遮蔽され、また、この胴本体１の外周がレジン層からなる中性子遮蔽体２により囲まれる。これにより、放射性物質格納容器１００の密封性能および中性子遮蔽性能が高度に確保される。また、胴本体１の外周と外筒３とが複数の伝熱フィン１７を介して連結される。したがって、燃料集合体の崩壊熱がバスケット５の板材６およびスペーサ１６を介して胴本体１に熱伝達し、この胴本体１から伝熱フィン１７を介して外筒３に熱伝達して、外部に放出される。これにより、燃料集合体の崩壊熱を放熱できる構造が確保される。
【００２４】
［未臨界性能補強部材］
この放射性物質格納容器１００は、その未臨界安全性をさらに向上させるために、未臨界性能補強部材２０を備える（図１および図２参照）。この未臨界性能補強部材２０は、中性子遮蔽材を含んで構成され、胴本体１の内周面とバスケット５の外周面との間、胴本体１の底面とバスケット５の底面との間、蓋１０の底面とバスケット５の上面との間の少なくとも1箇所に配置される。
【００２５】
例えば、この実施の形態では、未臨界性能補強部材２０が、鋼材、アルミニウム材もしくはアルミニウム合金に、ボロンもしくはボロン化合物を添加した材料、またはボロンもしくはボロン化合物が鋼材、アルミニウム材もしくはアルミニウム合金により挿まれ積層構造となった材料から構成されている。なお、ボロン添加は、アルミニウム母材と共に溶融しても良いし、アルミニウム粉末にボロン粉末を混合し、ミキサーによる混合またはメカニカルアロイングによる機械的合金化を施すようにしても良い。また、未臨界性能補強部材２０が１〜５［ｍｍ］の厚みを有しており、望ましくは２〜４［ｍｍ］の厚みを有する。なお、放射性物質格納容器１００の組立状態では、胴本体１の内周面とバスケット５の外周面との隙間が５［ｍｍ］〜１０［ｍｍ］であり、蓋１０の内側面とバスケット５の上面との隙間が約５０［ｍｍ］に設定されている。なお、これら未臨界性能補強部材の厚み、胴本体１の内周面とバスケット５の外周面との隙間、及び蓋１０の内側面とバスケット５の上面との隙間は放射性物質格納容器の設計に依るものであり、これに限定されない。
【００２６】
また、未臨界性能補強部材２０が、底面部２１と、側面部２２と、蓋面部２３とを有している。底面部２１は、胴本体１の内底面とバスケット５の底面との間に位置する部分であり、胴本体１（内容器８）の内底面に沿った円盤形状を有している。側面部２２は、胴本体１の内周面とバスケット５の外周面との間に位置する部分であり、胴本体１の内周面に沿った円筒形状を有している。蓋面部２３は、蓋１０の底面とバスケット５の上面との間に位置する部分であり、蓋１０の底面に沿った円盤形状を有している。そして、これらの底面部２１、側面部２２および蓋面部２３がバスケット５全体を囲んで略密封するように、構成されている。これにより、中性子遮蔽性能が高められている。なお、本実施例では未臨界性能補強材２０の形状を円盤状としたが、放射性物質格納容器１００の形状に合わせ、好適な形状を選択できる。
【００２７】
また、底面部２１と側面部２２とが一体成形された有底容器形状を有している（図１参照）。かかる構成は、底面部２１と側面部２２とが継ぎ目を有さないので、これらを溶接して継ぎ合わせた構成と比較して、密封性能が向上すると共に熱影響による溶接硬化部の発生や溶接割れなどの発生が生じ難い点で、好ましい。しかし、これに限らず、底面部２１と側面部２２とが分離した構造を有しても良いし、側面部２２が径方向に分割された複数のセグメントから構成されても良い（図示省略）。かかる構成は、底面部２１および側面部２２の加工性が向上する点で、好ましい。
【００２８】
さらに変形例として、底面部２１と蓋面部２３のみで構成される未臨界性能補強部材２０が挙げられる（図７参照）。この未臨界性能補強部材２０を有する放射性物質格納容器１００では、輸送中の落下事故などの衝撃が放射性物質格納容器１００の蓋側、あるいは底側に加えられた場合において、もし内部に収納した燃料集合体に衝撃が加わった場合であっても臨界を防ぐことができる点で好ましい。
【００２９】
また、放射性物質格納容器１００の組立工程では、まず、底面部２１および側面部２２が胴本体１（内容器８）の内周面に貼り付けられ、その後に、バスケット５が胴本体１に搬入されて設置されている（図示省略）。かかる構成では、底面部２１および側面部２２を胴本体１の内周面に沿って精度良く（特に、底面部２１と側面部２２とが分割構造を有する場合には、これらを隙間無く）設置できる点で好ましい。しかし、これに限らず、まず、底面部２１あるいは側面部２２がバスケット５の底面あるいは外周面に貼り付けられ、その後に、底面部２１あるいは側面部２２とバスケット５との組立体が胴本体１に搬入されて設置されても良い（図示省略）。かかる構成では、底面部２１あるいは側面部２２をバスケット５に対して精度良く（特に、底面部２１と側面部２２とが分割構造を有する場合には、これらを隙間無く）設置できる点で好ましい。いずれの構成においても、底面部２１あるいは側面部２２がバスケット５に対して胴本体１よりも近い位置に配置されることより、中性子遮蔽性能が高められている。
【００３０】
また、蓋面部２３が、蓋１０の底側の円形板材１０ａに貼り付けられて設置されている（図１参照）。そして、蓋１０の設置状態にて、蓋面部２３が側面部２２の開口部を塞ぐように構成されている。これにより、蓋１０側における中性子遮蔽性能が高められている。このように、蓋面部２３を蓋１０の底側に貼り付ける構成では、蓋面部２３のハンドリングおよび設置が容易な点で好ましい。しかし、これに限らず、燃料集合体がバスケット５に収納された後に、バスケット５の上面に蓋面部２３が設置され、その後に、蓋１０が胴本体１に取り付けられても良い（図示省略）。なお、本実施例における放射性物質格納容器１００は未臨界性能補強部材２０を胴本体１、蓋１０、バスケット５に貼り付ける構造を採用しているが、必ずしも貼り付ける必要はなく、胴本体１と蓋１０によって形成される空間とバスケットとのスペースに未臨界性能補強部材２０を設置する構造を採用しても良い。また未臨界性能補強部材２０のうち、一部の未臨界性能補強部材(例えば、蓋面部２３)のみを貼り付け、その他の未臨界性能補強部材（例えば、底面部２１と側面部２２）は貼り付けず、ただ設置するのみといった構造を採用してもよい。
【００３１】
［未臨界性能補強部材の緩衝構造］
図５および図６は、図１に記載した放射性物質格納容器の未臨界性能補強部材の変形例を示す断面図である。
【００３２】
この変形例にかかる未臨界性能補強部材２０は、緩衝部２４を有している。緩衝部２４は、蛇腹断面形状を有する板状部材（図５参照）や圧壊可能な複数のパイプ部材（図６参照）から構成される。かかる構成では、輸送中の落下事故により内部に衝撃が加わったときに、緩衝部２４が胴本体１とバスケット５との間に介在して衝撃を吸収する。これにより、衝撃に対する安全性が向上する。
【００３３】
例えば、この変形例では、未臨界性能補強部材２０の底面部２１、側面部２２および蓋面部２３と、緩衝部２４とが別部材から成り、これらが積層されて未臨界性能補強部材２０が構成されている（図５および図６参照）。また、緩衝部２４が、例えば、スチール材から構成されている。したがって、中性子遮蔽材が底面部２１、側面部２２および蓋面部２３にのみ使用されている。これにより、未臨界性能補強部材２０の製造コストが低減されている。また、緩衝部２４と中性子遮蔽材を含む他の部分２１〜２３に対して別部材から成るので、衝撃により緩衝部２４が圧壊しても、中性子遮蔽材を含む他の部分２１〜２３が破損することなく残存できる。これにより、未臨界性能補強部材２０の主たる目的である中性子遮蔽性能が適正に確保される。なお、緩衝部２４を含む未臨界性能補強部材２０の総厚さは、胴本体１とバスケット５との隙間に収まる範囲に設定されている。
【００３４】
［効果］
以上説明したように、この放射性物質格納容器１００は、中性子遮蔽材を含むと共に胴本体１の内周面とバスケット５の外周面との間に配置される未臨界性能補強部材２０を備える（図１および図２参照）。かかる構成では、未臨界性能補強部材２０がバスケット５の外周を囲んで配置されるので、燃料集合体から放射された中性子がバスケット５のみならず未臨界性能補強部材２０によっても遮蔽される。これにより、容器の未臨界安全性がさらに向上する利点がある。また、放射性物質格納容器１００の底部や蓋部内面側に同様に未臨界性能補強部材２０を配置することにより、あらゆる方向において中性子を遮蔽することができ、容器の未臨界安全性がさらに向上する利点がある。
【００３５】
また、未臨界性能補強部材２０が胴本体１とバスケット５との間に配置されるので、未臨界性能補強部材が胴本体１の外周に配置される構成と比較して、中性子遮蔽性能が優れるという利点があり、また、未臨界性能補強部材２０の径を小さくできるので、中性子遮蔽材の使用量および容器の重量を低減できる利点がある。また、未臨界性能補強部材２０が胴本体１とバスケット５との間に介在することにより、燃料集合体の崩壊熱がバスケット５から未臨界性能補強部材２０を介して胴本体１に熱伝達できる。これにより、燃料集合体の崩壊熱を効率的に放熱できる利点がある。
【００３６】
また、この放射性物質格納容器１００では、未臨界性能補強部材２０が胴本体１の内周面に貼り付けられて配置されることが好ましい。かかる構成では、未臨界性能補強部材２０を胴本体１の内周面に沿って精度良く設置できる利点がある。
【００３７】
また、この放射性物質格納容器１００では、未臨界性能補強部材２０がバスケット５の外周面に貼り付けられて配置されることが好ましい。かかる構成では、未臨界性能補強部材２０をバスケット５の外周面に沿って精度良く設置できる利点がある。
【００３８】
また、放射性物質格納容器１００では、未臨界性能補強部材２０が緩衝構造（緩衝部２４）を有することが好ましい（図５および図６参照）。かかる構成では、輸送中の落下事故により内部に衝撃が加わったときに、緩衝部２４が胴本体１とバスケット５との間に介在して衝撃を吸収する。これにより、衝撃に対する安全性が向上する利点がある。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
以上のように、この発明にかかる放射性物質格納容器は、バスケットの中性子遮蔽性能に加え、容器の未臨界安全性をさらに向上できる点で有用である。
【符号の説明】
【００４０】
１     胴本体
２     中性子遮蔽体
３     外筒
５     バスケット
６     板材
７     セル
８     内容器
９     外容器
１０   蓋
１０ａ、１０ｂ       円形板材
１１   フランジ
１２   筒体
１３   底板
１６   スペーサ
１７   伝熱フィン
２０   未臨界性能補強部材
２１   底面部
２２   側面部
２３   蓋面部
２４   緩衝部
１００ 放射性物質格納容器
【図１】
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【図２】
2011247701.tif 000004
【図３】
2011247701.tif 000005
【図４】
2011247701.tif 000006
【図５】
2011247701.tif 000007
【図６】
2011247701.tif 000008
【図７】
2011247701.tif 000009