(57)【要約】【課題】中性子線の遮蔽機能を保持しつつ、従来のボロン添加ステンレス鋼よりも延性および靭性を向上させた新規な中性子遮蔽材を提供する。【解決手段】使用済み燃料集合体を収容・貯蔵するための使用済燃料保管設備を構成する中性子遮蔽材３において、中性子遮蔽機能を有するボロン（Ｂ）を含有したステンレス鋼から成る母材２の少なくとも一方の表面に、上記母材２よりも靭性および延性が高い中性子遮蔽合金から成る合せ材１を一体にクラッドしたことを特徴とする中性子遮蔽材３である。【選択図】  図１
2015017806.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用済み燃料集合体を収容または貯蔵するための使用済燃料保管設備を構成する中性子遮蔽材において、中性子遮蔽機能を有するボロン（Ｂ）を含有したステンレス鋼から成る母材の少なくとも一方の表面に、上記母材よりも靭性および延性が高い中性子遮蔽合金から成る合せ材を一体にクラッドしたことを特徴とする中性子遮蔽材。
【請求項２】
請求項１に記載の中性子遮蔽材において、前記ボロン（Ｂ）を含有したステンレス鋼から成る母材のボロンの総量が質量％で１．０〜３．０％であると共に、前記中性子遮蔽合金から成る合せ材はボロン、ハフニウム（Ｈｆ）およびガドリウム（Ｇｄ）の少なくとも１種を総量で０．１〜０．５％含有することを特徴とする中性子遮蔽材。
【請求項３】
請求項１に記載の中性子遮蔽材において、前記合せ材は、質量％でニッケルを８〜１０．５％、クロムを１８〜２０％含有するオーステナイト系ステンレス鋼を主成分とし、さらにボロン、ハフニウムおよびガドリウムの少なくとも１種を総量で０．１〜０．５％含有することを特徴とする中性子遮蔽材。
【請求項４】
請求項１に記載の中性子遮蔽材において、前記合せ材は、質量％でニッケルを１２〜１５％、クロムを１６〜１８％、モリブデンを２〜３％含有するオーステナイト系ステンレス鋼を主成分とし、さらにボロン、ハフニウムおよびガドリウムの少なくとも１種を総量で０．１〜０．５％含有することを特徴とする中性子遮蔽材。
【請求項５】
請求項１に記載の中性子遮蔽材において、前記合せ材は、質量％でニッケルを４．５〜６．５％、クロムを２１〜２３％、モリブデンを２．５〜３．５％含有する二相合金を主成分とし、さらにボロン、ハフニウムおよびガドリウムの少なくとも１種を総量で０．１〜０．５％含有することを特徴とする中性子遮蔽材。
【請求項６】
請求項１に記載の中性子遮蔽材において、前記合せ材は、質量％でニッケルを５８％以上、鉄を５％以下、モリブデンを８〜１０％含有するニッケル基合金を主成分とし、さらにボロン、ハフニウムおよびガドリウムの少なくとも１種を総量で０．１〜０．５％含有することを特徴とする中性子遮蔽材。
【請求項７】
請求項１に記載の中性子遮蔽材において、前記合せ材は、質量％でクロムを１４．５〜１６．５％、モリブデンを１５〜１７％含有するＮｉ基合金を主成分とし、さらにボロン、ハフニウムおよびガドリウムの少なくとも１種を総量で０．１〜０．５％含有することを特徴とする中性子遮蔽材。
【請求項８】
請求項１に記載の中性子遮蔽材において、前記合せ材は、質量％でニッケルを５８％以上、クロムを２０〜２３％、モリブデンを８〜１０％含有するニッケル基合金を主成分とし、さらにボロン、ハフニウムおよびガドリウムの少なくとも１種を総量で０．１〜０．５％含有することを特徴とする中性子遮蔽材。
【請求項９】
請求項１に記載の中性子遮蔽材において、前記合せ材は、質量％でニッケルを７０％以下、クロムを１４〜１７％含有するニッケル基合金を主成分とし、さらにボロン、ハフニウムおよびガドリウムの少なくとも１種を総量で０．１〜０．５％含有することを特徴とする中性子遮蔽材。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の中性子遮蔽材において、前記中性子遮蔽材は、母材とその表面側に接合された合せ材との二層構造もしくは母材とその表面側に接合された合せ材と裏面側に接合された合せ材との三層構造を有することを特徴とする中性子遮蔽材。
【請求項１１】
請求項１０に記載の中性子遮蔽材において、前記三層構造を構成する表面側合せ材と裏面側合せ材とが、同一合金もしくは互いに異なる組成を有する合金で構成されていることを特徴とする中性子遮蔽材。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１のいずれか１項記載の中性子遮蔽材を使用した使用済み燃料集合体を収容または貯蔵することを特徴とする使用済燃料保管設備。
【請求項１３】
前記中性子遮蔽材は、使用済み燃料貯蔵容器の燃料収納部材となるバスケットまたは使用済み燃料貯蔵ラックの構成材に使用されることを特徴とする請求項１２記載の使用済燃料保管設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中性子遮蔽材に係り、特に原子力発電所などの施設から発生する放射性廃棄物のうち、使用済核燃料などの高い放射線量を有する物質を輸送ないし貯蔵するための使用済み燃料貯蔵容器の燃料収納部材となるボロン添加オーステナイト系ステンレス鋼製バスケット、及び発電所内にて使用済み核燃料を貯蔵ないし冷却するためのプールの燃料収納部材となるボロン添加ステンレス鋼製使用済み燃料貯蔵ラックの構成材となる中性子遮蔽材およびこの中性子遮蔽材を使用した使用済燃料保管設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に原子力発電プラントにおいては、原子炉を一定期間運転後に炉心から取り出された使用済み燃料の再処理を実施するまでの間、発電所内の貯蔵プール内に設置された使用済み燃料貯蔵ラックに使用済み燃料を収納・貯蔵して使用済み燃料を冷却する。近年は、使用済み燃料貯蔵プール内のスペースを有効活用して、貯蔵容量を増加させる技術的要請が高まっている。
【０００３】
これらの技術的要請に対応すべく、例えば特開平５−８０１８８号公報（特許文献１）および特開平５−８０１８９号公報（特許文献２）に開示されているように、貯蔵燃料間に中性子吸収能力が大きい中性子遮蔽材料を介在させることにより、燃料相互の未臨界性を保持しながら貯蔵燃料間の間隔を狭くして貯蔵密度を高めることが可能な使用済み燃料貯蔵ラックが提案されている。
【０００４】
また、この使用済み燃料貯蔵ラックの構成材料を、地震時等においても貯蔵燃料を支持するための強度部材として用いることにより、貯蔵密度を増大することを可能にした使用済み燃料貯蔵ラックが提案されている。
【０００５】
通常、我が国などで計画または運転されている使用済燃料貯蔵ラックの構成材は、中性子吸収能力が大きいボロンを添加したステンレス鋼が使用されており、特にステンレス鋼の中でも燃料装荷時における燃料の衝突による衝撃や、運用時の振動等による損傷を防止するために、延性が高いオーステナイト系ステンレス鋼を構成材として採用している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平５−８０１８８号公報
【特許文献２】特開平５−８０１８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記にように、従来からの中性子遮蔽材では、一般的に中性子線を遮蔽する性能を持つボロン（Ｂ）をオーステナイト系ステンレス鋼に添加し、材料組織中にＣｒ２Ｂのボライドとして析出させて中性子遮蔽材として使用されてきた。近年、使用済み燃料貯蔵バスケットや使用済み燃料貯蔵ラック等に適用する燃料収納部材には、次世代燃料として燃焼効率が高い燃料が適用されており、使用済燃料保管貯蔵用の遮蔽材として、遮蔽性能を上げるために、ボロンの添加量を増加させる要求が高い。
【０００８】
しかしながら、上記ボロン成分が数％単位で大量に添加されることは、延性が高いオーステナイト系ステンレス鋼でも、母相中のクロムが大量にボライドとして吸収される。その結果、オーステナイト相を保持出来なくなり延性および靭性が低下してしまうことが、本発明者らの実験により確認されている。
【０００９】
すなわち、上記ボロン添加量が１％である従来材でも、その衝撃値は約３０Ｊ／ｃｍ２以下まで低下してしまう。つまり、遮蔽性能を向上させるためにボロン添加量を増加させると、遮蔽素材の靭性および延性がますます低下してしまう。
【００１０】
従来材のように、遮蔽性能は上がるものの靭性および延性などの機械的強度が小さい放射線遮蔽材を使用することで考えられる技術的課題は、実機の燃料貯蔵バスケットやラック等への燃料装荷時において、燃料の衝突による衝撃荷重や外力によって遮蔽材の破損が起こり易く、また運転時に発生する振動等によって遮蔽材が破壊したり、更に製作時における破損のリスクが大きくなったりすることである。特に燃料貯蔵バスケットやラック等の製作時は、破損を防止する養生や対策などが必須であり、製作コストが増大することが不可避であった。
【００１１】
また、ボロンが約１％添加された従来材であるボロン添加ステンレス鋼についても、延性および靭性が乏しいために、曲げ加工が困難であり、連続した材料で構造物を容易に加工形成することが困難であった。例えば、前記特許文献１に示すように、複数の燃料集合体を収容する格子状の燃料収納部材を製作するためには、一枚のボロン添加ステンレス鋼板にスリットと呼ばれる穴を加工し、一方のボロン添加ステンレス鋼板には、穴に挿通させるための突起状の加工をして、それらを直角に組み合わせて最終的に格子状に形成する製作方法が採用されている。
【００１２】
しかしながら、この製作方法では、一枚ずつの板からの組み合わせとなるために、隣接部材との繋ぎ目が多く、接合構造が複雑になる課題があった。しかも延性および靭性が低い材料で作られる収納部材は、高い材料品質を要求される原子力用材料を使用するために、製品に占める材料コストの割合は、かなり大きくなる難点があった。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は上記従来材における課題を解決するためになされたものであり、中性子線の遮蔽機能を保持しつつ、従来のボロン添加ステンレス鋼よりも延性および靭性を向上させた新規な中性子遮蔽材を提供することを目的とする。
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明に係る中性子遮蔽材は、使用済み燃料集合体を収容・貯蔵するための使用済燃料保管設備を構成する中性子遮蔽材において、中性子遮蔽機能を有するボロン（Ｂ）を含有したステンレス鋼から成る母材の少なくとも一方の表面に、上記母材よりも靭性および延性が高い中性子遮蔽合金から成る合せ材を一体にクラッドしたことを特徴とする。
【００１５】
すなわち、使用済燃料貯蔵ラックの構成材料として、中性子吸収材となるボロン添加ステンレス鋼を母材として用い、その母材の片面または両面に、中性子吸収性能を示し延性および靭性が高い合金材を合せ材としたクラッド鋼で中性子遮蔽材を構成することにより、中性子線の遮蔽性能を保持しつつ、延性が高い中性子遮蔽材が得られることを要旨としている。
【００１６】
また、上記中性子遮蔽材において、前記ボロン（Ｂ）を含有したステンレス鋼から成る母材のボロンの総量が質量％で１．０〜３．０％であると共に、前記中性子遮蔽合金から成る合せ材はボロン、ハフニウム（Ｈｆ）およびガドリウム（Ｇｄ）の少なくとも１種を総量で０．１〜０．５％含有することが好ましい。
【００１７】
上記母材に含有されるボロンは中性子吸収能を有する成分であり、その含有量が１．０％未満であると母材における中性子吸収性能が不十分となる。一方、総含有量が３．０％を超えて過大になると、母材の延性及び靭性が低下してしまう。
【００１８】
同様に、上記合せ材に含有されるボロン、ハフニウムおよびガドリウムはいずれも中性子吸収能を有する成分であり、その総含有量が０．１％未満であると合せ材における中性子吸収性能が不十分となる。一方、総含有量が０．５％を超えて過大になると、合せ材の延性及び靭性が低下してしまう。
【００１９】
さらに、上記中性子遮蔽材において、前記合せ材は、質量％でニッケルを８〜１０．５％、クロムを１８〜２０％含有するオーステナイト系ステンレス鋼を主成分とし、さらに従成分としてボロン、ハフニウムおよびガドリウムの少なくとも１種を総量で０．１〜０．５％含有することが好ましい。
【００２０】
上記ニッケルおよびクロムを上記のように所定量含有するオーステナイト系ステンレス鋼（高Ｃｒ高Ｎｉ鋼）であれば、耐食性及び高温強さに優れており、中性子遮蔽材の機械的強度を高めることができる。また、上記オーステナイト系ステンレス鋼のオーステナイト組織は、軟質であり加工性に富むために加工性が優れている。また、合せ材が所定量のボロン、ハフニウムおよびガドリウムを含有しているために中性子吸収効果も優れる。
【００２１】
また、上記中性子遮蔽材において、前記合せ材は、質量％でニッケルを１２〜１５％、クロムを１６〜１８％、モリブデンを２〜３％含有するオーステナイト系ステンレス鋼を主成分とし、さらにボロン、ハフニウムおよびガドリウムの少なくとも１種を総量で０．１〜０．５％含有することが好ましい。
【００２２】
上記ニッケル，クロム，モリブデンを上記のように所定量含有するオーステナイト系ステンレス鋼（高Ｃｒ高Ｎｉ鋼）であれば、耐食性及び高温強さに優れており、中性子遮蔽材の機械的強度を高めることができる。また、上記オーステナイト系ステンレス鋼のオーステナイト組織は、軟質であり加工性に富むために加工性が優れている。また、合せ材が所定量のボロン、ハフニウムおよびガドリウムを含有しているために中性子吸収効果も優れる。
【００２３】
さらに、上記中性子遮蔽材において、前記合せ材は、質量％でニッケルを４．５〜６．５％、クロムを２１〜２３％、モリブデンを２．５〜３．５％含有する二相合金を主成分とし、さらにボロン、ハフニウムおよびガドリウムの少なくとも１種を総量で０．１〜０．５％含有することが好ましい。
【００２４】
上記二相合金ではフェライト相とオーステナイト相との二相を有するステンレス合金であるために、高強度，耐応力腐食割れ，耐孔食性に優れている。
【００２５】
また、上記中性子遮蔽材において、前記合せ材は、質量％でニッケルを５８％以上、鉄を５％以下、モリブデンを８〜１０％含有するニッケル基合金を主成分とし、さらにボロン、ハフニウムおよびガドリウムの少なくとも１種を総量で０．１〜０．５％含有することが好ましい。
【００２６】
上記Ｎｉ−Ｍｏ−Ｆｅ系のニッケル基合金を主成分とし、さらに従成分としてＢ，Ｈｆ，Ｇｄを所定量含有する合せ材を使用することにより、中性子遮蔽材に加工性及び中性子吸収能を付与することができる。
【００２７】
さらに、上記中性子遮蔽材において、前記合せ材は、質量％でクロムを１４．５〜１６．５％、モリブデンを１５〜１７％含有するＮｉ基合金を主成分とし、さらに従成分としてボロン、ハフニウムおよびガドリウムの少なくとも１種を総量で０．１〜０．５％含有することが好ましい。
【００２８】
上記Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ系のニッケル基合金を主成分とし、さらに従成分としてＢ，Ｈｆ，Ｇｄを所定量含有する合せ材を使用することにより、中性子遮蔽材に加工性及び中性子吸収能を付与することができる。
【００２９】
また、上記中性子遮蔽材において、前記合せ材は、質量％でニッケルを５８％以上、鉄を５％以下、モリブデンを８〜１０％含有するニッケル基合金を主成分とし、さらにボロン、ハフニウムおよびガドリウムの少なくとも１種を総量で０．１〜０．５％含有することが好ましい。
【００３０】
上記Ｎｉ−Ｆｅ−Ｍｏ系のニッケル基合金を主成分とし、さらに従成分としてＢ，Ｈｆ，Ｇｄを所定量含有する合せ材を使用することにより、同様に中性子遮蔽材に加工性及び中性子吸収能を付与することができる。
【００３１】
さらに、上記中性子遮蔽材において、前記合せ材は、質量％でニッケルを５８％以上、クロムを２０〜２３％、モリブデンを８〜１０％含有するニッケル基合金を主成分とし、さらにボロン、ハフニウムおよびガドリウムの少なくとも１種を総量で０．１〜０．５％含有することが好ましい。
【００３２】
また、上記中性子遮蔽材において、前記合せ材は、質量％でニッケルを７０％以下、クロムを１４〜１７％含有するニッケル基合金を主成分とし、さらにボロン、ハフニウムおよびガドリウムの少なくとも１種を総量で０．１〜０．５％含有することが好ましい。
【００３３】
上記Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ系またはＮｉ−Ｃｒ系のニッケル基合金を主成分とし、さらに従成分としてＢ，Ｈｆ，Ｇｄを所定量含有する合せ材を使用することにより、同様に中性子遮蔽材に加工性及び中性子吸収能を付与することができる。
【００３４】
また、合せ材を構成する合金として、質量％でニッケルを５０〜６０％、クロムを１２〜２０％、モリブデンを１４〜１８％含有するハステロイ合金を主成分とし、さらに従成分としてボロン，ハフニウム、ガドリウムの少なくとも１種を０．１〜０．５％含有し中性子遮蔽性能を示す合金も好適に使用できる。
【００３５】
さらに、合せ材を構成する合金として、Ｍｏを６％程度含有するスーパーオーステナイトステンレス鋼（ＹＵＳ２７０）を主成分とし、さらに従成分としてボロン，ハフニウム、ガドリウムの少なくとも１種を総量で０．１〜０．５％含有し中性子遮蔽性能を示す合金も好適に使用できる。特に上記ＹＵＳ２７０材は、耐食性合金であり、しかも常温耐力が汎用のステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）の１．５倍であり高強度であるステンレス鋼であるために、中性子遮蔽材の耐食性および構造強度を高めることができ、長期間にわたって耐久性を発揮することが可能である。
【００３６】
本発明に係る中性子遮蔽材において、母材（芯材）となるボロン添加ステンレス鋼の厚さを２〜１０ｍｍとする一方、その片面側または両面側に一体に接合する合せ材の厚さを０．５ｍｍ〜２ｍｍの範囲に調整する。この厚さ範囲の母材と合せ材とを、例えば熱間圧延または冷間圧延して一体に接合することにより、靭性、延性および中性子遮蔽性能が良好な中性子遮蔽材が得られる。
【００３７】
また、上記中性子遮蔽材において、前記中性子遮蔽材は、母材とその表面側に接合された合せ材との二層構造もしくは母材とその表面側に接合された合せ材と裏面側に接合された合せ材との三層構造を有するように構成しても良い。
【００３８】
中性子遮蔽材の表面側と裏面側とで材質的な要求特性が異なる場合には、片面側のみに所定組成の合せ材を一体に接合（クラッド）した二層構造を採用できる。
【００３９】
さらに母材の表裏両面に合せ材を一体に接合した前記三層構造を構成する表面側合せ材と裏面側合せ材とが、同一合金もしくは互いに異なる組成を有する合金で構成しても良い。この構成により、中性子遮蔽材の表面側と裏面側とで材質的な要求特性が同一の場合には同一の合金材で合せ材を形成する。一方、中性子遮蔽材の表面側と裏面側とで材質的な要求特性が異なる場合には、それぞれの組成を規定した合せ材を用いる。
【発明の効果】
【００４０】
本発明に係る中性子遮蔽材によれば、中性子吸収材となるボロンを添加したステンレス鋼を母材として用い、その母材の片面または両面に、中性子吸収性能を示し延性および靭性が高い合金材を合せ材としたクラッド鋼で中性子遮蔽材を構成しているために、中性子線の遮蔽性能を保持しつつ、延性が高い中性子遮蔽材が得られる。
【００４１】
またこの中性子遮蔽材を使用した使用済燃料保管設備中性子遮蔽材を採用することにより、ラック表面の衝撃特性の向上が図れ、収納する使用済み燃料の衝突による破損事故が著しく減少する。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明に係る中性子遮蔽材の一実施例の構成を示す断面図であり、図１（ａ）は母材と合せ材とから成る二層構造の中性子遮蔽材を示し、図１（ｂ）は母材とその両面に配置した二枚の合せ材とから成る三層構造の中性子遮蔽材を示す。
【図２】ボロン（Ｂ）の添加量と衝撃値との関係を示すグラフ。
【図３】ボロン（Ｂ）の添加量に対するマトリックス中のＣｒ減少量を示す相関図。
【図４】本実施例に係る中性子遮蔽材および従来の中性子遮蔽材についての曲げ試験結果を比較して示す表。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
以下、本発明の実施形態について添付図面および実施例を参照して具体的に説明する。
【００４４】
図１（ａ）は、母材２の表面側に合せ材１を一体に接合した本発明の実施例に係る中性子遮蔽材３（二層構造）の断面を示している。また、図１（ｂ）は図１（ａ）の状態からさらに母材の裏面側にも合せ材１ｂを一体に接合した本発明の他の実施例に係る中性子遮蔽材３ａ（三層構造）の断面を示している。
【００４５】
（実施例１−３）
具体的には、中性子吸収材としてのボロンを１．５質量％添加し、厚さが４ｍｍである従来のオーステナイト系ステンレス鋼を母材２とする一方、合せ材１，１ａ，１ｂとして、ボロン（Ｂ），ハフニウム（Ｈｆ）およびガドリウム（Ｇｄ）の少なくとも１種が０．１〜０．５％添加され中性子吸収性能が保持された延性が高く厚さが１ｍｍであるオーステナイト系ステンレス鋼（実施例１），Ｎｉ基合金（実施例２），もしくはハステロイ合金（実施例３）から成る合せ材を用意した。そして上記母材と合せ材とが熱間圧延によって一体にクラッドされた図１（ａ）に示す２層構造を有する中性子遮蔽材３を調製した。
【００４６】
なお、上記実施例１で用いる合せ材としては、質量％でニッケルを９％、クロムを１９％含有するオーステナイト系ステンレス鋼を主成分とし、さらにボロンを０．２％、およびガドリウムを０．１％含有したものを使用した。
【００４７】
また、上記実施例２で用いる合せ材としては、質量％でニッケルを６０％、鉄を４％、モリブデンを９％含有するニッケル基合金を主成分とし、さらにボロンを０．２％、ハフニウムを０．１％およびガドリウムを０．１％含有したものを使用した。
【００４８】
さらに、上記実施例３で用いる合せ材としては、質量％でニッケルを５５％、クロムを１６％、モリブデンを１５％含有するハステロイ合金を主成分とし、さらにボロンを０．２％、およびガドリウムを０．１％含有したものを使用した。
【００４９】
これらクラッド鋼から成る中性子遮蔽材３を製作する製造方法としては、母材２と合せ材１とを重ね合わせた状態で熱間圧延と冷間圧延とを組み合わせて圧延する圧延方法が一般的である。しかしながら、母材２及び合せ材１を粉末冶金によって一体に形成する焼結法も採用できる。また、ボロン添加ステンレス合金鋼から成る母材２と合せ材１となる粉末とを熱間静水圧プレス法（ＨＩＰ）により加圧処理して仮焼結体を製作し、この仮焼結体を押出し成形する押出し法なども採用できる。
【００５０】
（比較例）
一方、従来材として実施例１−３で使用したオーステナイト系ステンレス鋼から成る母材のみから成り、全厚さが５ｍｍである単層の従来材を比較例として調製した。
【００５１】
ここで母材を構成するボロン添加ステンレス鋼におけるボロン添加量の大小が母材に及ぼす影響を調査するために、ボロン添加量を０〜２．０質量％まで変化させた各ステンレス鋼を調製し、各試験片を切り出した。各試験片について、ＪＩＳ―Ｚ２２４２に準拠したシャルピー衝撃試験を室温中（２５℃）で実施した。
【００５２】
図２は、各試験片に係るボロン添加ステンレス鋼についてのボロン添加量と衝撃値との関係を示すグラフである。図２に示す結果から明らかなように、ボロンを添加していないステンレス鋼では、約２５０Ｊ／ｃｍ２の衝撃値を示しているが、ボロンが０．３％添加されると、衝撃値は約１５０Ｊ／ｃｍ２までに低下した。さらに、ボロン添加量が０．５％まで増加すると、衝撃値は約１００Ｊ／ｃｍ２まで低下し、ボロンが１％添加では衝撃値は約５０Ｊ／ｃｍ２以下になってしまうことが確認された。本発明者らが実施した衝撃試験では、１％以上のボロンを添加した場合には衝撃値は１０Ｊ／ｃｍ２以下まで低下した。
【００５３】
図３は、ボロンを０．６〜２．２質量％添加したステンレス鋼について、ボロン添加量の大小が母相中のクロム減少量に及ぼす影響をＥＰＭＡ分析により測定した結果を示している。本測定結果によるとボロンが約０．６重量％添加された従来のボロン添加ステンレス鋼の母相中のクロムは約１．７５％減少している。さらにボロンを１重量％添加すると、クロムは約３％減少し、ボロン添加量が１．７重量％になると母相中のクロムは約６％減少することが示された。本結果により母材の延性や衝撃特性の高いオーステナイト相を示した母相がボロン添加の影響で変化したことが確認出来た。
【００５４】
図４は、上記のように調製した実施例１−３と比較例（単層の従来材）について、曲げ試験による割れ発生の割合を確認した結果を示す。曲げ試験については、ＪＩＳ  Ｚ２２４８に規定する「金属材料の曲げ試験方法」に準拠した。すなわち、室温（２５℃）中における３点曲げ試験によって各中性子遮蔽材の試験片を、その平面方向に対して３０度、６０度、９０度、１２０度までの曲げ角度で曲げ試験を実施し、各試験片の外観観察により割れ発生の割合を確認した。
【００５５】
なお各試験片は、本実施例１−３ではボロン添加量０．２％のステンレス鋼、ニッケル基合金、ハステロイ合金から成る板厚１ｍｍの合せ材と板厚４ｍｍの母材とを一体に接合した全体厚さが５ｍｍである２層構造の平板試験片であり、従来材（比較例）は全体厚さが５ｍｍである単層構造の平板試験片である。本実施例１−３では、曲げの外側に合せ材が配置されるようにして曲げ試験を実施した。
【００５６】
図４に示す曲げ試験結果から明らかなように、本実施例１−３に係る中性子遮蔽材によれば、いずれも１２０度までの曲げ角度においても割れは発生しなかった。合せ材１として、ボロン（Ｂ），ハフニウム（Ｈｆ）およびガドリウム（Ｇｄ）の少なくとも１種が０．１〜０．５％添加され延性が高くなった合せ材を一体に接合しているために、曲げ耐性が改善されることが判明した。
【００５７】
一方、全体厚さが５ｍｍである単層構造の従来材においては、３０度の曲げ角度では割れは発生しなかったが、６０度の曲げ角度においては、割れが急激に発生しており、９０度で曲げると破断したため、曲げ角度１２０度での曲げ試験は中止した。
【００５８】
上記構成の実施例に係る中性子遮蔽材によれば以下のような顕著な作用効果が発揮される。すなわち、本実施例に係る中性子遮蔽材を採用することにより、曲げ加工によるラックの製作が可能となり、使用済み燃料貯蔵容器のラックの製作コストを大幅に減少させることが可能となり、十分な強度を持った精度が高い燃料貯蔵ラックを製造することができる。なお、曲げ加工する場合、角筒体のコーナー部は板厚の２倍程度の曲げ半径になるが、本実施例材を使用することにより、コーナー部付近に割れを発生させること無く、その後の溶接も問題なく施工することができる。
【００５９】
また、本実施例に係る中性子遮蔽材を採用することにより、中性子吸収能力を保持したままの中性子遮蔽材を用いて、ラックの製作設置が可能になった。
【００６０】
さらに、本実施例に係る中性子遮蔽材を採用することにより、ラック表面の衝撃特性の向上が図れ、収納する使用済み燃料の衝突による破損事故が著しく減少する。
【００６１】
特に伸びおよび靭性などの材料特性を維持したままで中性子吸収能力を高めた本実施例の中性子遮蔽材を使用することにより、格子板の溶接構造および角筒体の組み合わせ構造でもどちらの構造においても、十分な強度を持ち、簡便で精度の良い燃料貯蔵ラックを製造することができる。
【符号の説明】
【００６２】
１，１ａ，１ｂ…合せ材（表面側合せ材、裏面側合せ材）
２…母材（ボロン添加ステンレス鋼）
３，３ａ…中性子遮蔽材（クラッド材）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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