(57)【要約】【課題】原子炉と再処理施設との間における輸送作業を伴わずに、非密封燃料棒を長期貯蔵するための方法及び装置を提供する。【解決手段】本発明は、輸送及び長期貯蔵ないし保管のために密封されていない核燃料棒のコンディショニングを行うための方法及び装置に関する。本発明では、複数のカプセル（８）を用い、かかるカプセルは燃料棒を受け入れるべく意図されていて、管状のケーシング（８ａ）の両端部を端部キャップ（９，１４）にて閉じられる。本発明によれば、積込構造（２０）をプールの中に配置して、垂直軸線を有する少なくともひとつのカプセル（８）を受け入れる。構造（２０）の上部開口端には、燃料棒をカプセル（８）の中に積み込む装置が固定される。欠陥燃料棒を１本ずつ取り除いて、燃料棒を含まない空のカプセルをひとつずつ積込構造（２０）に導入する。欠陥燃料棒を受け入れようとする各カプセル（８）について、カプセルの上端キャップ（１４）のネジを外して、積込装置に属する案内装置を介して、欠陥燃料棒をカプセル（８）の中へ導入し、再び上端キャップ（１４）をネジ込み、燃料棒を収容したカプセル（８）を支持構造（２０）のスロットに配置する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非密封燃料棒（６）を、輸送及び長期貯蔵又は超長期貯蔵のために包装する方法であって、各非密封燃料棒ないし欠陥燃料棒（６）は、燃料物質のペレットを、管状のクラッディング（６ａ）の中に収容し、管の端部は封止されるがシールには欠陥が存し、非密封燃料棒は、第１段階においてはプール内の水中に置かれるような方法において、この方法が、
・それぞれ１本の燃料棒を受け入れるための複数のカプセルであって、管状のシース（８ａ）と、少なくとも片方が着脱可能である２つの端部プラグ（９，１４）とを備えているような上記複数のカプセルを利用可能にする段階と、
・複数のカプセル（８）のうちの少なくともひとつのカプセルをその軸線を垂直にして受け入れられるような、積込構造（２０）をプール内に配置する段階と、
・積込構造（２０）の開いた上端に、燃料棒（６）をカプセル（８）に積み込む装置（３２）に固定する段階と、
・少なくともひとつの燃料集合体に由来する、非密封燃料棒を、１本ずつ中間貯蔵手段から取り出して、積込構造（２０）における空のカプセルに１本ずつ挿入し、カプセルは、積込装置（３２）の開口部（３４ａ）の垂直下方にある積込位置（２７ａ）の垂直位置にあり、それぞれのカプセル（８）に欠陥燃料棒（６）を受け入れさせる段階であって、この段階が、
・カプセル（８）の上端に設けられたプラグ（１４）のネジを外し、積込装置（３２）の開口部（３４ａ）に配置された案内装置（２９）を介して、欠陥燃料棒（６）をカプセルの中へと挿入し、カプセル（８）の上部プラグ（１４）を元に戻す段階と、
・欠陥燃料棒を収容しているカプセル（８）を、支持構造（２０）の位置に配置する段階と、を備え、
・支持構造（２０）に配置されたカプセル（８）の内部にて欠陥燃料棒（６）を搬送し貯蔵する段階と、
を備えていることを特徴とする方法。
【請求項２】
積込構造は、カプセル（８）を受け入れる枠組みを備え、枠組みは、いずれも横方向に延在してなる、取扱い兼用上部ノズル（２１ａ）と底部ノズル（２１ｂ）とを備え、ノズル同士は、長手方向に延びる結合棒（２３）により、積込構造（２０）の長手方向に分配されてなる複数の横方向に延在するスペーサ板（２５）と併せて、互いに組み立てられ、それぞれに通して各カプセル（８）を保持すべき開口部の配列を備え、いくつかは積込構造（２０）の枠組みの組立結合棒（２３）と係合し、構造（２０）は、正方形形状である積込構造における角部付近に、カプセルを積み込むための第１の位置（２７ａ）を有している、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記装置において積込構造がさらに、第２の位置（２７ｂ）であって、積込構造における底部ノズル（２１ｂ）が開口部（２９）を備え、カプセルの底部にある閉止プラグを受け入れるべき、上記第２の位置（２７ｂ）を備え、前記位置には積込構造の中へと突出した突起部（３１）が設けられ、カプセル（８）における底部プラグ及び上部プラグ（９，１４）には、螺旋バネ（１１，１８）によって閉止方向へ付勢されてなる通路閉止バルブ（１０，１７）を内部に配置された、それぞれの通路が軸線方向に穿設されており、通路（１６）の上部プラグ（１４）に設けられた開端部には、不活性ガスを供給するためのダクト（１５ｂ）に結合するための手段を備え、欠陥燃料棒をカプセル（８）に挿入し終え、第１の位置（２７ａ）に積み込んだカプセル（８）に上部プラグ（１４）を螺着した後には、カプセル（８）は、第２の位置（２７ｂ）へと搬送され、不活性ガスを充填され、カプセルの底部プラグ（９）は底部ノズル（２１ｂ）対応するハウジングに挿入され、突出した突起部（３１）は底部プラグ（９）におけるバルブ（１０）を持ち上げて、開いた状態とし、加圧されたアルゴンなどの不活性ガスを上部プラグ（１４）における通路（１６）の入口端部分（１６ａ）の中へと送り届け、上部プラグ（１４）のバルブ（１７）を開いて、カプセル（８）の内部空間を不活性ガスにて充填し、カプセル（８）に収容されていた水及びガスを、底部プラグ（９）の通路（９ａ）を通って排出させ、カプセル（８）の内部空間が充填され終えたならば不活性ガスの送出を停止し、上部プラグ（１４）の閉止バルブ（１７）を再び閉じさせて、欠陥燃料棒（６）をカプセル（８）の内部において、加圧された不活性ガスの雰囲気内にて貯蔵することを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
欠陥燃料棒を収容したカプセル（８）を搬送し長期にわたって貯蔵する、カプセル（８）の支持構造（２０）は、積込構造（２０）それ自体として構成されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の方法。
【請求項５】
欠陥燃料棒を収容したカプセル（８）のための支持構造（２０）は、積込構造（２０）及びカプセル（８）の少なくともひとつを受け入れるべき、少なくとも１箇所を備えてなる、搬送及び／又は貯蔵コンテナとして構成されていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
支持構造（２０）は貯蔵手段を構成し、少なくともひとつのケースであって実質的に燃料集合体の形状及び寸法を有し、複数のカプセル（８）を受け入れ、密封カバーで閉じることができる上記ケースを備えていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
密封障壁は、燃料棒を収容しているカプセル（８）及びカプセル（８）を収容しているケースとのうち少なくともひとつによって、それぞれの欠陥燃料棒のまわりに構成されていることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
貯蔵手段は、ケースの位置にて、少なくともひとつの積込構造（２０）を受け入れるべくデザインされていることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項９】
請求項１に記載の方法を実施するための包装装置であって、該包装装置が、
・欠陥燃料棒（６）をカプセル（８）に積み込むための積込構造（２０）であって、該構造は、各カプセル（８）に欠陥燃料棒を積み込むための積込位置（２７ａ）と、各カプセル（８）に不活性ガスを充填するための充填位置（２７ｂ）とを備えてなる上記積込構造と、
・案内及び保持装置（３２）であって、この装置を積込構造（２０）に位置決めするための位置決め手段（３）を備えてなる上記案内及び保持装置と、
・カプセル（８）を長期貯蔵または超長期貯蔵すべく支持する支持構造（２０）と、
・カプセル（８）を取扱い満たすためのツール（１５）と、
を備えていることを特徴とする装置。
【請求項１０】
請求項３に記載の方法を実施するための請求項９に従った装置であって、該装置が、
燃料集合体（１）の形状及び寸法をもった積込構造（２０）であって、上部ノズル（２１ａ）と底部ノズル（２１ｂ）とを一緒に組み立てるべく、横方向に延在してなるノズル（２１ａ，２１ｂ）に対して長手方向に延びた結合棒（２３）を備え、積込構造（２０）の長手方向に沿って分配されて配置された横方向に設けられる複数のスペーサ板（２５）を備え、各カプセル（８）において、その底部プラグ（９）を貫通する通路（９ａ，９ｂ）の中に設けられたバルブ（１０）を動作させるために、充填位置（２７ｂ）に配置された突起部（３１）をさらに備えているような上記積込構造（２０）と、
積込装置（３２）は、積込構造（２０）に位置決めする手段（３３）を備えてなる中心合わせ板（３２ａ）と、中心合わせ板（３２ａ）を貫通する第１及び第２の開口部（３４ａ，３４ｂ）と、積込位置（２７ａ）にて積込構造（２０）に挿入されたカプセル（８）に対して、中心合わせ板（３２ａ）に配置されるのに適した案内ベル（３９）と併せて、クランプをするためのクランプ手段（３５，３６）と、を備えてなる積込装置と、
カプセル（８）を取扱いまた充填するためのツール（１５）であって、カプセル（８）の上部プラグ（１４）に係合すべく形成されてなる外側管（１５ａ）であって、カプセル（８）の本体（８ａ）にねじ締めし及び緩められる上部プラグ（１４）と一緒に回動すべく束縛されてなる上記外側管と、ガスを供給するための内側管（１５ｂ）であって、各カプセル（８）の上部プラグ（１４）を貫通している通路（１４ｂ，１４ｃ）に結合されるのに適した上記内側管とを備えてなる上記ツールと、
を備えていることを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
積込構造（２０）は、カプセル（８）のための複数の貯蔵位置を有し、カプセル（８）の支持構造を構成していることを特徴とする請求項９に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、輸送及び長期貯蔵ないし保管のために非密封燃料棒を包装する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特に、加圧水型の原子炉などの水冷式の原子炉において、使用される燃料集合体は、燃料棒を配置されるフレームを備え、各燃料棒は、例えば二酸化ウランＵＯ2などの燃料ペレットを管状のクラッディングに充填して、両端を密封プラグで閉じることで構成される。
クラッディングとロッドのプラグとは一般に、ジルコニウム合金から作られ、クラッディングは、ロッドを完全に密封する前に、加圧ヘリウムガスにて充填される。
【０００３】
運転中の原子炉の内部において、ロッドのクラッディングは機械的応力にさらされ、また腐食を受けて、燃料集合体におけるいくつかのロッドには、クラッディングを貫通してクラックが現れることがあり得る。すると、ロッドはもはや密封されておらず、クラッディングの内部に収容されていたヘリウムガスは、核分裂生成ガスと一緒に、クラッディングから漏出し、その結果、燃料集合体の環境中に放射性物質がばらまかれることになる。
原子炉を、例えば燃料の再積込や保守及び修繕のために、停止させたときには、少なくともいくつかの燃料集合体は炉心から取り出され、これらの燃料集合体は燃料プールに置かれて、使用済み燃料集合体について、プールの中で所定の修理及び再検査作業が実行される。
【０００４】
特に、燃料集合体に対するかかる修理及び再検査作業中には、非密封燃料棒が燃料集合体から取り除かれ、これらの非密封燃料棒については、例えば燃料プールの内部に設けた貯蔵構造に一時的に保管される。
理論的には、ロッドに収容されていた燃料は、燃料再処理施設において再生され、燃料物質が分離されると、摩耗してクラックを生じたクラッディングは、放射性廃棄物として処理される。にもかかわらず、この数年にわたって、当局が定める規則は、放射性物質のまきちらしの恐れから、燃料棒を発電所と再処理施設との間で輸送することを禁止する傾向になっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、原子炉と再処理施設との間における輸送作業を伴わずに、非密封燃料棒を長期貯蔵するための方法及び装置を提供することが、または、ある種の状況では、密封シースに入れた非密封燃料棒を輸送するような手段を提供することが求められる。
提案されたところによれば、特にカプセルを用いて、燃料棒を収容するのに適した管状のシースからカプセルのそれぞれを構成し、カプセルのシースの端部を密封すべく、その両端部をプラグで閉止する。カプセルの両端に固定されるプラグはまた、プラグを貫通するそれぞれの通路にバルブをそれぞれ備えることで、一般にプールの水で満たされている非密封燃料棒をパージできるようにして、カプセルの内部空間を加圧した不活性ガスで充填する。カプセルの両端をプラグによって密封したならば、非密封燃料棒は封じ込められて、もはや放射性物質を環境にばらまく恐れは無くなる。カプセルは、支持構造に挿入されるのに適しているようにデザインされている。非密封燃料棒が封入されたこれらの支持構造は、貯蔵現場や、再処理施設、又はホットラボに搬送されて検査ないし調査される。
【０００６】
また、放射性燃料物質を輸送するための公知の装置としては、輸送コンテナの内部にケースを備え、コンテナの端部を閉じる手段に取り付けられ、ダンパー手段を備え、取扱い用の把持手段を備え、ケースは、正方形断面の管状形状であって、ケースの端部に溶接される端部壁又はカバーによって密封式に閉じることができ、放射性燃料物質が収容されるものがある。
【０００７】
プール内に貯蔵された非密封燃料棒について、長期貯蔵や超長期貯蔵を行うことが求められる場合には、公知の包装ないし搬送装置によっては、大量の非密封燃料棒を簡易かつ実用的にこれを包装することはできない。
核物質の“貯蔵”という用語は、物質をいつでも再生できるような保管の意味に用いている。そのような超長期貯蔵は、例えば３００年以上の期間にわたって続くことが意図される。長期保管は、例えば５０〜１００年間にわたって続くことが意図される。
原子炉を継続的に運用している場合には、原子炉が所定の時間長さにわたって運転した後、原子炉の保守及び燃料再充填中に、燃料集合体から取り除かれた多数の非密封燃料棒を廃棄処分することが必要になる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の目的に従って提供される、非密封燃料棒を、輸送及び長期貯蔵又は超長期貯蔵のために包装する方法においては、各非密封燃料棒ないし欠陥燃料棒は、燃料物質のペレットを、管状のクラッディングの中に収容し、管の端部は封止されるがシールには欠陥が存し、非密封燃料棒は、当初はプール内の水中に置かれ、これに続き、非密封燃料棒は、超長期（３００年を越える）、または、長期貯蔵（例えば５０〜１００年間）にわたって、適切に貯蔵できるような方法である。
【０００９】
かかる目的を達成すべく、本発明は、以下の段階を提供する。すなわち、
・それぞれ燃料棒を受け入れるための複数のカプセルであって、管状のシースと、少なくとも片方が着脱可能である２つの端部プラグとを備えているような上記複数のカプセルを利用可能にする段階と、
・複数のカプセルのうちの少なくともひとつのカプセルをその軸線を垂直にして受け入れられるような、積込構造をプール内に配置する段階と、
・積込構造の開いた上端に、燃料棒をカプセルに積み込む装置に固定する段階と、
・少なくともひとつの燃料集合体に由来する、非密封燃料棒を、１本ずつ中間貯蔵手段から取り出して、積込構造に垂直に置かれた空のカプセルに１本ずつ挿入し、カプセルは、積込装置の開口部の垂直下方にある積込位置の垂直位置にあり、それぞれのカプセルに非密封燃料棒を受け入れさせる段階と、
・カプセルの上端に設けられた着脱可能なプラグのネジを外す段階と、
・積込装置の開口部に配置された案内装置を介して、欠陥燃料棒をカプセルの中へと挿入する段階と、
カプセルの上部プラグを元に戻す段階と、
・欠陥燃料棒を収容しているカプセルを、支持構造の位置に配置する段階と、
・支持構造に配置されたカプセルの内部にて欠陥燃料棒を搬送し貯蔵する段階と、を備える。
【００１０】
また、本発明は、本発明による方法を実施するための包装装置を提供するものであって、かかる装置は、
・欠陥燃料棒をカプセルに積み込むための積込構造であって、該構造は、各カプセルに欠陥燃料棒を積み込むための積込位置と、各カプセルに不活性ガスを充填するための充填位置（２７ｂ）とを備えてなる上記積込構造と、
・案内及び保持装置であって、この装置を積込構造に位置決めするための位置決め手段を備えてなる上記案内及び保持装置と、
・カプセルを長期貯蔵または超長期貯蔵すべく支持する支持構造と、
・カプセルを取扱い満たすためのツールと、を備える。
【００１１】
実施形態においては、これらの要素は単独又は組み合わせて用いられ、すなわち、
積込構造は、カプセルを受け入れる枠組みを備え、枠組みは、いずれも横方向に延在してなる、取扱い兼用上部ノズルと底部ノズルとを備え、ノズル同士は、長手方向に延びる結合棒により、積込構造の長手方向に分配されてなる複数の横方向に延在するスペーサ板と併せて、互いに組み立てられ、それぞれに通して各カプセルを保持すべき開口部の配列を備え、いくつかは積込構造の枠組みの組立結合棒と係合し、構造は、正方形形状である積込構造における角部付近に、カプセルを積み込むための第１の位置を有していることを特徴とし、または、
・積込構造がさらに、第２の位置であって、積込構造における底部ノズルが開口部を備え、カプセルの底部にある閉止プラグを受け入れるべき、上記第２の位置を備え、前記位置には積込構造の中へと突出した突起部が設けられ、カプセルにおける底部プラグ及び上部プラグには、螺旋バネによって閉止方向へ付勢されてなる通路閉止バルブを内部に配置された、それぞれの通路が軸線方向に穿設されており、通路の上部プラグに設けられた開端部には、不活性ガスを供給するためのダクトに結合するための手段を備え、欠陥燃料棒をカプセルに挿入し終え、第１の位置に積み込んだカプセルに上部プラグを螺着した後には、カプセルは、第２の位置へと搬送され、不活性ガスを充填され、カプセルの底部プラグは底部ノズル対応するハウジングに挿入され、突出した突起部は底部プラグにおけるバルブを持ち上げて、開いた状態とし、加圧されたアルゴンなどの不活性ガスを上部プラグにおける通路の入口端部分の中へと送り届け、上部プラグのバルブを開いて、カプセルの内部空間を不活性ガスにて充填し、カプセルに収容されていた水及びガスを、底部プラグの通路を通って排出させ、カプセルの内部空間が充填され終えたならば不活性ガスの送出を停止し、上部プラグの閉止バルブを再び閉じさせて、欠陥燃料棒をカプセルの内部において、加圧された不活性ガスの雰囲気内にて貯蔵することを特徴とし、または、
・欠陥燃料棒を収容したカプセルを搬送し長期にわたって貯蔵する、カプセルの支持構造は、積込構造それ自体として構成されていたり、
・欠陥燃料棒を収容したカプセルのための支持構造は、積込構造及びカプセルの少なくともひとつを受け入れるべき、少なくとも１箇所を備えてなる、搬送及び／又は貯蔵コンテナとして構成されていたり、
・支持構造は貯蔵手段を構成し、少なくともひとつのケースであって実質的に燃料集合体の形状及び寸法を有し、複数のカプセルを受け入れ、密封カバーで閉じることができる上記ケースを備えていたり、
・密封障壁は、燃料棒を収容しているカプセル及びカプセルを収容しているケースとのうち少なくともひとつによって、それぞれの欠陥燃料棒のまわりに構成されていたり、
・貯蔵手段は、ケースの位置にて、少なくともひとつの積込構造を受け入れるべくデザインされていたりする。
【００１２】
また、本発明は、本発明による不活性ガスで充填されたカプセルの方法を実施するための装置を提供するものであって、かかる装置は、
・燃料集合体の形状及び寸法をもった積込構造であって、上部ノズルと底部ノズルとを一緒に組み立てるべく、横方向に延在してなるノズルに対して長手方向に延びた結合棒を備え、積込構造の長手方向に沿って分配されて配置された横方向に設けられる複数のスペーサ板を備え、各カプセルにおいて、その底部プラグを貫通する通路の中に設けられたバルブを動作させるために、充填位置に配置された突起部をさらに備えているような上記積込構造と、
・積込装置は、積込構造に位置決めする手段を備えてなる中心合わせ板と、中心合わせ板を貫通する第１及び第２の開口部と、積込位置にて積込構造に挿入されたカプセルに対して、中心合わせ板に配置されるのに適した案内ベルと併せて、クランプをするためのクランプ手段と、を備えてなる積込装置と、
・カプセルを取扱いまた充填するためのツールであって、カプセルの上部プラグに係合すべく形成されてなる外側管であって、カプセルの本体にねじ締めし及び緩められる上部プラグと一緒に回動すべく束縛されてなる上記外側管と、ガスを供給するための内側管であって、各カプセルの上部プラグを貫通している通路に結合されるのに適した上記内側管とを備えてなる上記ツールと、
を備えている。
【００１３】
とりわけ、
・積込構造は、カプセルのための複数の貯蔵位置を有し、カプセルの支持構造を構成していると良い。
本発明を良く理解できるように、以下に例示として、添付図面を参照しつつ、本発明による包装方法及び装置について、加圧水型原子炉の燃料集合体における非密封燃料棒の文脈において説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は、加圧水型原子炉に用いられる燃料集合体の骨組みであって、その全体を参照符号１にて示している。
燃料集合体１の骨組みは、特に長手方向に延在してなる案内管２と、スペーサ格子３とを備え、これらのそれぞれが燃料棒を受け入れるセル配列を形成しており、いくつかのセルは、管２の長さに沿って分配されたスペーサ格子３の中に、案内管２を通すように設けられる。
【００１５】
さらに、骨組みの片端には、上部ノズル４が設けられ、他端には底部ノズル５が設けられて、端部ノズル４及び５の少なくともいずれかは、燃料集合体を閉じように働き、管２の端部に着脱可能に固定される。
燃料集合体１の骨組みの内部には、図面の簡略化のために、１本だけの燃料棒６が図示されているが、かかる燃料棒の長さは、案内管２の長さに比べて短く、スペーサ格子３における整列されたセルに係合している。
【００１６】
燃料棒６は、管状のクラッディング６ａを備え、これは一般にジルコニウム合金から作られて、支柱状の燃料ペレットを燃料棒の軸線方向に積み重ね、密封封止プラグ７によって両端が閉じられる。燃料棒６のプラグ７の輪郭形状は、燃料棒を取り扱うツールのクランプで把持できるように、また、クラッディング６ａの軸線方向端部にプラグを据え付けられるようになっている。
片端をプラグで閉じられたクラッディングを燃料ペレットで充填したならば、第２のプラグを配置して、クラッディングに含まれる空気を排気し、クラッディングの内部に加圧ヘリウムを充填する。
原子炉の炉心内において一定の時間長さにわたって使用されると、炉心のいくつかの燃料集合体において、燃料棒のいくつかにひび割れが生じて、クラッディングはもはや密封状態でなくなる。そうした状況においては、充填されていたヘリウムガスが、クラッディングから漏洩して、原子炉の一次回路に核分裂生成物を漏らす。
【００１７】
原子炉に燃料を再積込するときには、燃料集合体は一般に原子炉プラントに設置された燃料プールの中で検査され、燃料集合体の中に非密封燃料棒、いわゆる“欠陥ロッド”が含まれていないかどうか判断される。
採用される方法にもよるが、燃料集合体の上部ノズル又は底部ノズルを取り外した後に、非密封燃料棒は、燃料集合体から取り出され、任意ではあるが、燃料プール内のロッドホルダなどの受け入れ手段に格納される。また、燃料集合体のセルに１又は複数の非密封燃料棒を有する燃料集合体を、燃料プールの中にある貯蔵ラックに配置することもできる。
本発明の実施に際しては、非密封燃料棒はカプセルに挿入し、このカプセルを端部にてプラグで閉じて密封する。
【００１８】
図２及び図３は、非密封燃料棒を収容するためのカプセル８を示している。
カプセル８は、断面が略円形である管状本体８ａから構成され、その内径は、燃料棒のクラッディング６ａ及びプラグ７の外径に比べて大きくなっている。カプセルにおける管状本体８ａの長さは、燃料棒に比べて長くなっていて、かかる長さは例えば約５ｍ近くになる。
カプセル８の管状クラッディング８ａは、その底部において底部プラグ９にて閉じられ、クラッディング８の底端部に溶接して固定される。
底部プラグ９は、その軸線に沿ってこれを貫通する通路を有し、カプセル８の底端へと開かれた底端部９ａと、端部部分９ａに比べて大きな直径を有する上部部分９ｂとを備え、カプセルの底部プラグに軸線方向に貫設された通路を封止すべく、閉鎖バルブ１０のための座部９ｃが形成されている。バルブ１０のシャッター部材は、カプセルの管状本体に対して開かれてなる通路９’の部分にねじ込まれた当接部分１２と、バルブ１０におけるシャッター部材の受け部分との間に介挿されてなる螺旋バネ１１によって、座部９ｃに対して当接する閉じた状態へと促されている。受け部分１２は、流体を通すための軸線開口部を有し、バルブ１０が開いたときにカプセル８の底端部に設けられた通路９’を通り抜ける流体のためのフィルタ要素１３を固定及び支持するように働く。
【００１９】
第２のプラグないし上部プラグ１４は、カプセル８のクラッディング８ａにおける上端を、着脱可能なやり方にて封止する。
図２において、カプセルの上部封止プラグ１４は、ネジまわしの働きと共に加圧されたガスをカプセルに届けるための、ツール１５の中に挿入されている。
図３には、端部プラグ７をもった燃料棒６をカプセル内に挿入した後、カプセルの上端にプラグ１４を閉じた状態を示している。
プラグ１４は、カプセル８のクラッディング８ａの上端開口部に設けたタッピングに螺合すべきネジ部分１４ａを有している。ねじ込まれたプラグは、密封状態にて、カプセル８の本体８ａの軸方向端部に設けた受け面に当接する。プラグ１４において、ネジ部分１４ａから離れた側の端部部分１４ｂは、六角形断面などの形状の輪郭になっていて、プラグ１４とツール１５の外側管１５ａとを一緒に回転すべく束縛して、プラグをネジ締めしたりネジ緩めたりできるようにしている。
プラグ１４は、その軸線の全長にわたって貫通する通路１６を有し、通路１６は、カプセルの上端に開かれた端部部分１６ａと、部分１６ａに比べて直径が大きい部分１６ｂとを有し、プラグ１４の端部に開かれた部分はカプセルのクラッディング８ａに挿入される。通路１６における第１の部分１６ａと、直径の大きい第２の部分１６ｂとの間には、座部１６ｃが設けられ、通路１６を閉じるためのバルブ１７のシャッター部材が当接し、シャッター部材は螺旋バネ１８によって閉じた位置へと促され、螺旋バネは、通路１６の部分１６ｂの開いた端部に螺入された当接要素１９と、バルブ１７のシャッター部材における当接肩部との間に介挿されている。
【００２０】
ねじ込み当接要素１９は、流体を通すための軸線通路を備える。
カプセルの上端へと開かれてなる通路１６における第１の部分１６ａは、ガスを送り届けるべく管１５ｂを固定するためのタッピングネジを備えていて、カプセルの上部プラグを締めたり緩めたりするのに用いられる管１５の外側管に対して、その内側に同軸的に固定されている。
図４は、カプセル８のための積込構造と支持構造との両方を構成してなる構造２０を示していて、第一に、カプセルに非密封燃料棒を充填するため、第二に、非密封燃料棒を収容したカプセルを貯蔵するためのものである。
カプセル支持構造２０ないし“矢筒”は、図１に示したような、加圧水型原子炉の燃料集合体の形状及び寸法を呈している。
特に、支持構造２０は、断面が正方形である上部ノズル２１ａと底部ノズル２１ｂとを有し、これらは燃料集合体のための正方形ノズルの側部と実質的に等しい側部を有している。
【００２１】
上部ノズル２１ａは、原子炉の燃料プールの中で燃料集合体を取り扱うものに類似した、ハンドル装置による、支持構造２０を取扱い得る手段を有している。また、上部ノズル２１ａは、固定具スリーブ２２を備え、所定の高さまで下方へと軸線方向にノズルを延ばしている。スリーブ２２は、上部ノズルを組み付ける働きをもち、軸方向に延びる結合棒２３と共に着脱可能になっていて、支持構造の正方形断面における２つの角部に配置されている。上部ノズル２１における結合棒２３とスリーブ２２とは、ボルト２４を介して一緒に組み立てられ、ボルトは、構造２０の正方形部分の対角線に位置する、構造の２つの角部においてスリーブ２２に挿入されている。ボルト２４は、ノズル２１ａを固定し又は解放すべく、取扱い用ノズル２１ａの上部部分から、ネジ締め及びネジ緩めることができる。結合棒２３は、その底部にて底部ノズル２１ｂに固定され、支持構造に非密封燃料棒を収容したカプセルを積み込んだとき、２つのノズル間にて力を伝達するのに適した結合を提供する。支持構造２０はまた、スペーサ板２５を備えていて、これらは軸線方向において構造の長さに沿って分配されており、構造を組み立てて剛性を与えるべく結合棒を通り抜けさせる開口部を備えている。スペーサ板２５のそれぞれには、開口部の配列が穿設されていて、それぞれにカプセル８を通すことができ、スペーサ格子は、図５に示す如く、構造を横切って延びる平面に配列状配置にされたカプセル８を保持するように働く。
支持構造２０は、軸線の長手方向に延びて垂直の四隅に延在してなる、剛性組立角部片２６を有している。それにもかかわらず、構造を分解して再処理するのを可能にするため、角部片を用いないことも好ましく、構造に剛性を与えるには、構造内部の所定のカプセル位置に管ないし結合棒を配置すると良い。
【００２２】
図５に示す如く、カプセル８が内部に配置された貯蔵位置の配列は、２つの特殊な位置２７ａ及び２７ｂを含み、第一に、位置２７ａは非密封燃料棒のカプセル８を装填する位置であり、第二に、位置２７ｂはカプセルの内部をガスの加圧下におくための位置である。
底部ノズル２１ｂは、カプセル８のそれぞれの底部プラグ９を受け入れるように働くハウジング２９を有し、ハウジング２９は配列に配置されて、スペーサ板２５に設けた開口部の配列に対応している。
構造の再処理を容易にするため、適切な大きさの軸方向クリアランスが残されるように、カプセル８は底部ノズル２１ｂに埋設しないことが望ましい。
図５に示すように、符号２７ｂの位置では、底部ノズル２１ｂは、そのハウジング２９内にカプセルの底部端部を受け入れるべく突起部３１を備え、突起部３１は上方へ突出して、支持構造における位置２７ｂに挿入されたカプセルについて、その底部プラグ９のバルブ１０を適切に動作させ、バルブを開いてカプセルに含まれた水を排出し、カプセル８の内部を不活性ガスで満たせるようにしている。
【００２３】
図６において、符号３２にて全体を示された、カプセルを案内及び保持する装置は、上部ノズル２１ａを取り外した後に、支持構造２０の上部部分の上方に配置されるべくデザインされている。
案内保持装置３２は、支持構造２０の断面と同一の寸法をもつ、正方形の中心合わせ板３２ａを備え、板３２ａのひとつの対角線上に配置される２つの角部には、２つの位置決め開口部３３が設けられ、これらの開口部３３は外部へと開かれ、縁部に取り付けられた案内部分を有し、これらの部分は中心合わせ板３２ａに固定されている。
さらに、断面における他方の対角線上にある、板３２ａの角部に位置する２箇所において、中心合わせ板３２ａには２つの開口部３４ａ及び３４ｂが貫通していて、案内及び保持装置３２を、支持構造２０の中心合わせ手段に設けた開口部３３を介して係合させたとき、カプセルを位置２７ａ及び２７ｂに通せるようにしている。
案内及び保持装置３２の板３２ａの下方には、クランプアクチュータ３５が設けられ、そのロッドは板３２ａの第２の対角線に沿って向けられていて、カプセル８が挿入される開口部３４ａに向けられたクランプシュー３６に固定されている。アクチュータ３５を動作させると、クランプシューが動き、カプセルの外面に係合して、これを保持して、とりわけカプセルの上部プラグを締めたり緩めたりするトルクに抗する。
板３２ａは、中央付近に取扱い用開口部３７を有し、装置３２を把持し、燃料プール内の支持構造に配置できる。
また、板３２ａは、開口部３８を有していて、位置２７ａ及び２７ｂ以外の位置にもカプセルを挿入できる。
【００２４】
以下、本発明によって非密封燃料棒を包装する方法について説明する。
欠陥のある非密封燃料棒は、燃料プールの中において見い出され、片方のノズルを取り外して燃料棒にアクセスできるようにした修理中の燃料集合体の中に、または、燃料集合体の形状をもったホルダなど、欠陥燃料棒を受け入れるための中間構造物の中に見い出される。
欠陥燃料棒のホルダや欠陥燃料棒を含む燃料集合体は、プールの底部にある燃料集合体を格納するためのラックに置かれる。最初の作業は、プールの燃料集合体エレベータの乗り場の近くに配置された非密封燃料棒の集合体を修理するステーションへ欠陥燃料棒を搬送する。
その後に、カプセル支持構造を構成するカプセルホルダ２０を、燃料プール用のエレベータの中に入れ、カプセルホルダ２０から上部取扱い用ノズル２１ａを取り外す。
案内及び保持装置３２は、カプセル支持構造２０上に載置される。空のカプセルをカプセル取扱いツール１５から取り出し、その外側管１５ａをカプセルの上部プラグの成形部分に係合させ、その内側管をカプセルの上部プラグに設けたタッピングネジ開口部に螺入する。
【００２５】
非密封燃料棒のためのカプセル８は、プールの側部に格納するか、または、支持構造を構成するカプセルホルダ２０に格納する。
取扱いツールに把持したカプセルは、支持構造２０の積込位置２７ａにて、案内及び保持装置３２の開口部３４ａに挿入される。案内及び保持装置３２のアクチュータ３５を動作させてカプセルを保持し、クランプシュー３６を用い、次にカプセルの本体をクランプし、装置３２の板３２ａに固定された当接部分に押し当てる。
カプセル取扱いツール１５を用いて、カプセル８から上部プラグ１４をねじ緩め、ねじ緩めた後には、プラグ１４は取扱いツール１５に固定されたままに残しておく。
案内ベル３９は、装置３２の中心合わせ板３２ａの上に配置され、ベル３９は上向きに開いたフレア状の円錐台部分を有している。
非密封燃料棒は、燃料プールの燃料棒取扱いツールを用いて、燃料集合体の修理ステーションから引き抜かれる。
【００２６】
欠陥燃料棒は、非密封燃料棒の案内として働くベル３９を介して、位置２７ａに配置されたカプセル８の中に挿入する。
中心合わせ板３２は、保護フレーム４０を構成している盛り上がった縁部で取り囲まれていて、燃料棒をカプセル内の所定位置に配置する間に落下するかも知れない燃料ペレットを板の上から落とさないように働く。
装置によれば、たとえ燃料棒が激しく損傷ないし破損していたとしても、あらゆる欠陥燃料棒を包装することが可能になる。
プラグを所定の締付トルクにまで締め付けてから、クランプシュー３６を緩めて、カプセルを解放する。
カプセルを取扱いツール１５と共に移動させ、まず、支持構造の位置２７ｂの上方へ移動し、そして、板３２ａの開口部３４ｂを通して位置２７ｂにてカプセルを挿入する。
カプセル８の底部プラグ９が底部ノズル２１ｂの開口部２９に到達したならば、突出部３１がバルブ１０を動作させて開き、カプセルの内部空間をプール内に開く。
アルゴンやヘリウムなどの不活性ガスをカプセルの空間内に加圧導入すべく、取扱いツール１５の内側管１５ｂから不活性ガスを加圧供給し、もってカプセルの上部プラグ１４のバルブ１７を開く。加圧された不活性ガスは、カプセルの内部にある水を押し出して、水は、フィルタ１３を通過した後、燃料プールへと押し戻される。
【００２７】
カプセルが不活性ガスで完全に充填されたならば、取扱いツール１５を用いてカプセルを引き上げて、底部プラグ９にあるバルブ１０を再び閉じる。
次に、非密封燃料棒を収容したカプセル８は、支持構造２０の貯蔵場所に置かれる。
支持構造２０が満たされて、その各位置に非密封燃料棒を収容したカプセルが配置されたならば、ホルダの上部ノズルを所定位置に配置して、カプセルで満たされたホルダは、プールの底にある燃料集合体貯蔵ラックへと置く。
続いて、搬送、貯蔵、又は保管作業を続けることができる。
続いて、適当な施設において、非密封燃料棒を長期貯蔵又は超長期貯蔵する。
非密封燃料棒のカプセルを収容した支持構造は、長期貯蔵又は超長期貯蔵のための現場へと輸送され、予約された位置に貯蔵構造が置かれる。
輸送中、及び貯蔵ないし保管中には、クラッディングに欠陥がある燃料棒のクラッディングが構成する一次的な障壁に加えて、カプセル８は燃料に対する障壁を構成する。
カプセルの壁は一般にステンレス鋼から作られているので、輸送中、長期貯蔵中、または、超長期貯蔵中のいずれにあっても、放射性物質がカプセルから漏れないことを確保する。
【００２８】
貯蔵構造２０は、貯蔵構造２０が欠陥燃料棒を収容し、燃料集合体と同一の幾何学及び機械的特性を有して同一の重量である限りにおいて、困難なく搬送され、取り扱われる。
カプセルの内部において長期貯蔵又は超長期貯蔵をすることが可能である。燃料棒に当初含まれていた核生成物が非密封燃料棒のクラッディングのひび割れから漏れたとしても、ヘリウムに起因するクラッディング内部の圧力上昇は、約３００年を越える期間であると評価される。予測される圧力増加は小さいので、カプセルの強度に危険を与えることはない。包装される前に燃料棒がプールに格納されていた時間にも依存するが、ロッドの残留パワーは、実際には、受容可能な残留パワーレベルは、非密封燃料棒をカプセルに入れる前に得られる。
【００２９】
カプセル内の非密封燃料棒の温度は、常に４００℃未満であり、燃料が二酸化ウランＵＯ2であるならば、貯蔵の当初の年には、かかる温度はおよそ２００℃である。
本発明による貯蔵方法は、５０〜１００年間を越える貯蔵や、例えば３００年程度の期間の貯蔵に用いることができる。
支持構造は、カプセル又は積込構造を受け入れるための少なくともひとつの（一般的には複数の）位置を有してなる、輸送及び／又は貯蔵コンテナによって構成される。
本発明の文脈において、超長期貯蔵のためには、欠陥燃料棒を収容しているカプセル８の支持構造として、貯蔵手段を用いることもできる。かかる目的のため、貯蔵手段は、その上部部分は開かれてなる少なくともひとつのケースを備え、カプセルを受け入れるために、これを燃料プールに配置しても良い。適当な施設において、プールの外部に配したケースを満たすこともできる。
【００３０】
欠陥燃料棒をカプセルに挿入してカプセル８が満たされた後、不活性ガスを加圧してカプセル内に充填し、構造２０などの積込構造にて、プラグを気密式に閉じたならば、満たされたカプセルは、貯蔵手段のケースに配置される。
ケースがカプセルで満杯になると、ケースは閉じられる。
貯蔵手段のケースの中に収容されたカプセル自体の内部に、非密封燃料棒を超長期貯蔵するために、カプセルで満たされたケースを収容した貯蔵手段を輸送することも可能である。
いずれにしても、外部環境に対する放射性物質のまき散らしは避けられて、欠陥燃料棒は超長期にわたって貯蔵可能なように包装される。
貯蔵構造は、前述の如く、１又は複数のケースの場所に、少なくともひとつの積込構造を受けるようにデザインすると良い。
本発明は、上述した実施形態に厳密に制限されるものではない。
従って、カプセルの形状を上述した形状とは異ならせたり、カプセルを輸送及び格納する支持構造は、上述した“矢筒”や、コンテナ、又は貯蔵手段と異ならせても良い。
本発明は、あらゆるタイプの水冷型原子炉において、燃料集合体における非密封燃料棒を包装するのに適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】図１は、加圧水型原子炉における燃料集合体を示した模式的な立面図である。
【図２】図２は、燃料集合体の非密封燃料棒を受け入れるカプセルについて、その一部分を示した立面図である。
【図３】図３は、図２に示したカプセルについての軸線断面図である。
【図４】図４は、ロッドホルダの形態をもったカプセル支持構造を示した立面図である。
【図５】図５は、図４の５−５線に沿った横断面図である。
【図６】図６は、非密封燃料棒と共にカプセルを積み込むための装置を示した平面図である。
【図１】
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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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【国際調査報告】
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