(57)【要約】ハイレベル廃棄物を含む複数のキャニスタを貯蔵するとともに、使用済み燃料の適切な換気を行うシステムおよび方法である。１つの観点では、本発明は、熱を放射するハイレベル廃棄物を貯蔵するための換気システムであって、略垂直の空気吸入キャビティを形成する空気吸入シェルと、各々が略垂直の貯蔵キャビティを形成する複数の貯蔵シェルと、１またはそれ以上の貯蔵キャビティ内に配置されるハイレベル廃棄物を保持する密閉キャニスタであって、それによって、貯蔵シェルと当該キャニスタ間に間隙が存在し、貯蔵キャビティの水平断面が単一のキャニスタのみを収容してなる、密閉キャニスタと、貯蔵シェルの各々の頂上に配置され、それによって蓋−シェル間インタフェースを形成する除去可能な蓋であって、各蓋が周囲環境と貯蔵キャビティとの間の通路を形成する排出通気口を含む蓋と、吸入キャビティの底部と貯蔵キャビティの各々の底部との間の通路を形成する配管網と、を備えている。
2008533444.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱を放射するハイレベル廃棄物を貯蔵するための換気システムであって、
略垂直の空気吸入キャビティを形成する空気吸入シェルと、
各々が略垂直の貯蔵キャビティを形成する複数の貯蔵シェルと、
１またはそれ以上の前記貯蔵キャビティ内に配置されるハイレベル廃棄物を保持する密閉キャニスタであって、それによって、前記貯蔵シェルと当該キャニスタ間に間隙が存在し、貯蔵キャビティの水平断面が単一のキャニスタのみを収容してなる、密閉キャニスタと、
前記貯蔵シェルの各々の頂上に配置され、それによって蓋−シェル間インタフェースを形成する蓋であって、各蓋が周囲環境と前記貯蔵キャビティとの間の通路を形成する排出通気口を含む蓋と、
前記吸入キャビティの底部と前記貯蔵キャビティの各々の底部との間の通路を形成する配管網と、
を備えたシステム。
【請求項２】
前記キャニスタが略垂直向きで貯蔵キャビティ内に固定されずに配置される、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記吸入シェルと前記貯蔵シェルが金属または金属合金で構成される、請求項１記載のシステム。
【請求項４】
蓋−シェル間インタフェースを形成するように前記空気吸入シェルの頂上に配置される蓋をさらに備え、当該蓋が周囲環境と前記空気吸入キャビティ間の通路を形成する吸入通気口を含む、請求項１記載のシステム。
【請求項５】
前記配管網は、前記貯蔵シェルを空気吸入シェルに連結する１またはそれ以上の母管を備える、請求項１記載のシステム。
【請求項６】
前記貯蔵シェルの周囲を取り囲む断熱材の層をさらに備える、請求項１記載のシステム。
【請求項７】
第１高圧空間がキャニスタとキャビティの床との間に存在し、かつ、第２高圧空間がキャニスタと前記蓋との間に存在するようにして前記貯蔵キャビティ内のキャニスタを支持する手段をさらに備え、
前記配管網が前記空気吸入キャビティと前記第１高圧空間の間の通路を形成し、前記蓋の排出通気口が周囲環境と前記第２高圧空間との間の通路を形成する、請求項１記載のシステム。
【請求項８】
前記支持手段は一定間隔で円周上に配置される支持ブロックを備える、請求項７記載のシステム。
【請求項９】
前記貯蔵シェルを取り囲む放射能遮蔽体を備える、請求項１記載のシステム。
【請求項１０】
前記放射能遮蔽体はコンクリートモノリスである、請求項９記載のシステム。
【請求項１１】
各貯蔵シェルの高さの少なくとも主要部分が地下に配置されるようにして貯蔵シェルが配置され、前記配管網が地下に配置され、前記空気吸入キャビティが地上開口と配管網との間の通路を形成する、請求項１記載のシステム。
【請求項１２】
前記貯蔵シェルを取り囲む放射能吸収材をさらに備える、請求項１１記載のシステム。
【請求項１３】
前記放射能吸収材は、コンクリート、処理済み充填物および土からなる一群の中から選択される、請求項１２記載のシステム。
【請求項１４】
前記貯蔵シェルの頂上に配置される前記蓋が地上に配置される、請求項１１記載のシステム。
【請求項１５】
前記貯蔵シェル、前記空気吸入シェルおよび前記配管網が、地下の液体の浸入に対して密閉されている、請求項１１記載のシステム。
【請求項１６】
前記配管網、前記貯蔵シェルおよび前記空気吸入シェル間のすべての接続が密閉状態となっている、請求項１記載のシステム。
【請求項１７】
前記貯蔵シェルは、配列を形成するように前記空気吸入シェルを取り囲み、貯蔵シェルと空気吸入シェルとが並列の関係で配置されている、請求項１記載のシステム。
【請求項１８】
前記貯蔵シェルと前記キャニスタとの間の間隙は小さな環状の間隙である、請求項１記載のシステム。
【請求項１９】
各貯蔵キャビティは、前記キャニスタと前記床との間の第１高圧空間とキャニスタと前記蓋との間の第２高圧空間を備え、前記小さな環状の間隙が第１および第２高圧空間の間の通路を形成し、前記配管網が空気吸入キャビティと第１高圧空間との間の通路を形成し、前記蓋の排出通気口が周囲環境と第２高圧空間との間の通路を形成する、請求項１８記載のシステム。
【請求項２０】
熱負荷を有するハイレベル廃棄物を貯蔵するための換気システムであって、
並列の関係で配置され、略垂直向きのシェルの配列であって、各シェルがキャビティを形成している配列と、
複数のキャビティの内の１つに配置されるハイレベル廃棄物を保持するための少なくとも１つの密閉キャニスタであって、当該キャビティが複数のキャニスタの内の１つのみを収容する水平断面を備えてなる、密閉キャニスタと、
前記シェルの各々の頂上に配置され、それによって蓋−シェル間インタフェースを形成する蓋であって、各蓋が周囲環境と前記キャビティとの間の通路を形成する通気口を含む蓋と、
前記キャビティのすべての底部の間の通路を形成する配管網と、
を備え、
複数のキャビティの内少なくとも１つは空となっており、それによって、冷気が配管網に進入可能であるシステム。
【請求項２１】
各シェルの高さの少なくとも主要部分が地下に配置されるようにしてシェルが配置され、前記配管網が地下に配置され、空のキャビティが地上開口と配管網との間の通路を形成する、請求項２０記載のシステム。
【請求項２２】
ハイレベル廃棄物を貯蔵し、パッシブ方式で換気する方法であって、
並列の関係で配置され、略垂直向きのシェルの配列であって、各シェルがキャビティを形成している配列と、前記キャビティのすべての底部の間の通路を形成する配管網とを備えるシステムを提供し、
当該システムを地下の穴に配置し、それによって、シェルの高さの主要部分が地下に置かれるようにし、
前記シェルを取り囲み、前記配管網を覆い、キャビティの頂部が地上からアクセス可能となるようにして、地下のキャビティに放射能吸収材を充填し、
ハイレベル廃棄物を含む密閉キャニスタを複数のシェルの内の１つに沈め、それによって、キャニスタとシェル間に間隙が存在し、キャビティがキャニスタを１つのみ収容する水平断面を備えるようにし、
キャニスタを含むシェルの頂上に除去可能な蓋であって、それによって蓋−シェル間インタフェースを形成しており、周囲環境とキャニスタを含むキャビティとの間の通路を形成する通気口を有する蓋を配置し、
複数のシェルの内少なくとも１つを空状態に維持し、
空状態のシェルのキャビティに冷気が進入し、当該冷気は前記配管網とキャニスタを含むキャビティとへ導かれ、さらに当該冷気はキャニスタからの熱によって暖められ、その暖気は前記蓋の通気口を通してキャビティから退出する、
方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的にハイレベル廃棄物を貯蔵する分野に関し、具体的には、パッシブ方式の対流性冷却を利用し、換気される垂直型のモジュールにおいて、使用済み核燃料を貯蔵するシステムと方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子炉の操作において、所定のレベルまでエネルギーを使い果たした後に、燃料アセンブリを取り除くことが通例である。取り除くにあたっては、この使用済み核燃料が依然として高い放射能があり、かなりの熱を生成しているため、その梱包、移送および貯蔵の際に大変な注意を払うことが必要である。放射能の被爆から環境を保護するために、使用済み核燃料は先ず、移送可能なキャニスタ内に配置される。使用済み核燃料を移送し、最終的に貯蔵するために使用される代表的なキャニスタの例は、１９９９年４月２７日にクリシュナ・シンに付与された米国特許５，８９８，７４７に開示されている。かかるキャニスタは、多目的キャニスタ（ＭＰＣ）のような技術に共通して関連し、使用済み核燃料の乾燥貯蔵を実施するために密閉可能である。
【０００３】
いったん使用済み核燃料がキャニスタに装填されると、そのキャニスタは移送されて、キャスクと呼ばれる大型の円筒状コンテナ内に貯蔵される。移送キャスクは、ある場所からある場所へ使用済み核燃料を移送するために使用され、貯蔵キャスクは、使用済み核燃料を所定の期間貯蔵するために使用される。
【０００４】
代表的な核パワープラントにおいて、開状態の空のキャニスタが先ず、開状態の移送キャスク内に配置される。そして、移送キャスクと空のキャニスタが水のプール内に沈められる。キャニスタと移送キャスクが水のプール内に沈められている間に、使用済み核燃料がキャニスタ内に装填される。いったん十分に使用済み核燃料が装填されると、プール内において、典型的には蓋がキャニスタの頂上に配置される。そして、移送キャスクとキャニスタは、水のプールから取り除かれ、キャニスタの蓋が溶接され、移送キャスク上に別の蓋が取り付けられる。次に、キャニスタは適切に排水され、不活性ガスが充填される。さらに、キャニスタは密閉される。装填され密閉されたキャニスタを保持している移送キャスクは、貯蔵キャスクが配置されている場所まで移送される。そして、キャニスタは、移送キャスクから貯蔵キャスクへ長期間貯蔵のために移送される。移送キャスクから貯蔵キャスクへの移送の間、装填されたキャニスタが環境に曝されないことが必須である。
【０００５】
貯蔵キャスクの１つの型式は、換気される垂直型の過剰梱包容器（ＶＶＯ；ventilated vertical overpack）である。ＶＶＯは、原理的には鉄とコンクリートで製作される巨大な構造物である。従来のＶＶＯは地上に建っており、典型的には円筒形状であって、極端に重く１５０トンを越え、１６フィート以上であるものが多い。代表的なＶＶＯは、平坦な底部と、使用済み核燃料を有するキャニスタを受け入れる空洞部分（キャビティ）と、取り外し可能な頂部の蓋とを備える。
【０００６】
使用済み核燃料を貯蔵するためにＶＶＯを使用する際には、使用済み核燃料を装填したキャニスタは、ＶＶＯの円筒状の本体のキャビティ内に配置される。使用済み核燃料は貯蔵のためにＶＶＯ内に配置されているときにも未だかなりの量の熱を生成しているので、この熱エネルギーがＶＶＯのキャビティから逃げることができるようにすることが必要である。この熱エネルギーは、自然の対流による力を利用してＶＶＯのキャビティをパッシブ方式で換気することによって、キャニスタの外部面から取り除かれる。パッシブ方式でＶＶＯのキャビティを換気する際には、冷気が底部の換気ダクトから進入し、装填されたキャニスタを通過して上方に流れ、頂部の換気ダクトを通って上昇した温度にてＶＶＯから出て行く。従来のＶＶＯ底部と頂部の換気ダクトは、図１に示すように、それぞれＶＶＯの円筒状本体の底部と頂部の円周上の近くに配置されている。
【０００７】
熱がキャニスタから逃げることができるようにＶＶＯのキャビティが通気される必要があると同時に、ＶＶＯが適切な放射能遮蔽を行って、使用済み核燃料が外部環境に直接曝されないようにすることが必須である。過剰梱包容器の底部近くに配置される吸入ダクトは、装填された過剰梱包容器を監視するために短期間ダクト近辺に居なければならない安全および調査職員にとって、特に脆弱な放射能被爆源である。
【０００８】
さらに、使用済み核燃料が装填されたキャニスタが移送キャスクから貯蔵用ＶＶＯへ移送されるとき、移送キャスクは貯蔵用ＶＶＯの頂上に積層され、それによって、キャニスタは貯蔵用ＶＶＯのキャビティに沈められることができる。大部分のキャスクは非常に大型の構造物であって、重さは２５０，０００ｌｂｓ以上となる場合もあり、高さは１６フィートまたはそれ以上である。移送キャスクを貯蔵用ＶＶＯ（貯蔵キャスク）上に積み上げることは、多くの空間と大型の高架クレーンを必要とし、安定のための拘束システムも必要となる可能性がある。そのような空間は核パワープラント内にない場合が多い。さらには、地上の貯蔵用ＶＶＯは、少なくとも地上１６フィートに建っており、テロリストにとってかなり大きな目標を提供する。
【０００９】
図１は、従来技術であるＶＶＯ１を図解している。従来技術のＶＶＯ１は、平坦底部７と、円筒状本体２と、蓋４とを備える。蓋４は、複数のボルト８によって円筒状本体２に固定される。ボルト８は、従来技術のＶＶＯ１が倒れたときに蓋４が本体２から分離することを抑制するために設けられる。底部の換気ダクト６は円柱状本体２の頂部またはその近くに配置され、底部の換気ダクト６は円柱状本体２の底部またはその近くに配置される。底部の換気ダクト６および底部の換気ダクト６の双方は、円筒状本体２の縁に配置される。従来技術のＶＶＯ１の全体は地上に配置され、それゆえ、上述したいくつかの欠点を備えており、これらの欠点は本発明によって改善される。
【発明の開示】
【００１０】
そこで、本発明の目的は、使用済み核燃料のようなハイレベル廃棄物を貯蔵するためのものであって、キャニスタの移送手順中におけるスタックアセンブリの高さを低減させるシステムと方法を提供することである。
【００１１】
本発明の他の目的は、使用済み核燃料のようなハイレベル廃棄物を貯蔵するためのものであって、垂直方向の空間が少なくて済むシステムと方法を提供することである。
【００１２】
本発明のさらなる他の目的は、使用済み核燃料のようなハイレベル廃棄物を貯蔵するためのものであって、貯蔵中に路盤(subgrade)の放射能遮蔽特性を利用しつつ、ハイレベル廃棄物に対する適切なパッシブ方式の換気をもたらすシステムと方法を提供することである。
【００１３】
本発明のさらなる目的は、使用済み核燃料のようなハイレベル廃棄物を貯蔵するためのものであって、十分に検証された核パワープラント構造内で得られる動作上の予防手段と同一またはそれより大きいレベルの予防手段をもたらすシステムと方法を提供することである。
【００１４】
また、本発明のさらなる目的は、使用済み核燃料のようなハイレベル廃棄物を貯蔵するためのものであって、地震や他の壊滅的な事象によってもたらされる危険を低下させ、貯蔵されたキャニスタに対する世界貿易センターやペンタゴンに対して行われたような型の攻撃からの潜在的な損傷を実質的に除去するシステムと方法を提供することである。
【００１５】
本発明の目的はまた、使用済み核燃料のようなハイレベル廃棄物を貯蔵するためのものであって、移送キャスクから貯蔵用ＶＶＯへのハイレベル廃棄物の人間工学に則した（効率が最大となるような）移送を可能にするシステムと方法を提供することである。
【００１６】
本発明の他の目的は、使用済み核燃料のようなハイレベル廃棄物を貯蔵するためのものであって、地下にあるシステムと方法を提供することである。
【００１７】
本発明のさらなる他の目的は、使用済み核燃料のようなハイレベル廃棄物を貯蔵するためのものであって、環境に対して放射される放射能の量を低減させるシステムと方法を提供することである。
【００１８】
また、本発明の他の目的は、ハイレベル廃棄物を含む複数のキャニスタを地下にある別のキャビティ内に貯蔵しつつ、各キャニスタに対して適切なパッシブ方式の換気冷却を促進させるシステムと方法を提供することである。
【００１９】
上記および他の目的は本発明によって達成され、１つの観点において当該本発明は、熱を放射するハイレベル廃棄物を貯蔵するための換気システムであって、略垂直の空気吸入キャビティを形成する空気吸入シェルと、各々が略垂直の貯蔵キャビティを形成する複数の貯蔵シェルと、１またはそれ以上の貯蔵キャビティ内に配置されるハイレベル廃棄物を保持する密閉キャニスタであって、それによって、貯蔵シェルと当該キャニスタ間に間隙が存在し、貯蔵キャビティの水平断面が単一のキャニスタのみを収容してなる、密閉キャニスタと、貯蔵シェルの各々の頂上に配置され、それによって蓋−シェル間インタフェースを形成する除去可能な蓋であって、各蓋が周囲環境と貯蔵キャビティとの間の通路を形成する排出通気口を含む蓋と、吸入キャビティの底部と貯蔵キャビティの各々の底部との間の通路を形成する配管網と、を備えている。
【００２０】
好ましくは、本発明のシステムは、地下環境において使用済み核燃料を貯蔵するために使用される。かかる実施形態では、貯蔵シェルは、その高さの少なくとも主要部分が地下に（すなわち、地表の表面のレベルより下方に）配置されるようにして配置される。配管網もまた地下に配置され、貯蔵シェルの頂上に配置される蓋が地上に設置される。好ましくは放射能吸収材が貯蔵シェルを取り囲み、配管網を覆う。この放射能吸収材は、コンクリート、処理済み充填物土および／またはそれらの組合せであり得る。
【００２１】
さらに好ましくは、貯蔵シェル、空気吸入シェル、配管網およびこれらのすべての接続が、地下の液体の浸入を防止するように密閉されて組み立てられる。空気吸入シェル、貯蔵シェルおよび配管網は、好ましくは金属または合金で構成される。すべての接続は溶接または必須の密閉構造をもたらす他の適切な手順によって達成され得る。
【００２２】
本システムの地下での実施形態では、空気吸入キャビティは、地上の空気と配管網との間の空気通路を形成する。同様に、貯蔵シェルの頂上に配置された蓋内の通気口は、貯蔵キャビティと地上の空気との間の通路を形成する。この設計の結果として、密閉キャニスタ（高熱のハイレベル廃棄物が装填されている）が貯蔵キャビティ内に装填されると、冷たい周囲の空気が空気吸入キャビティに進入し、配管網を通って貯蔵キャビティの底部に進入する。キャニスタ内のハイレベル廃棄物からの熱が冷気を暖め、その空気を貯蔵シェルとキャニスタ間の間隙を通して上昇させる。上昇を続けると、暖められた空気は、蓋内の通気口を通して貯蔵キャビティから退出する。貯蔵キャビティから逃れる熱気の煙突効果によって、新たな冷気が空気吸入キャビティへ吸い上げられ、配管網を通して、貯蔵キャビティへと進む。従って、複数の使用済み核燃料のキャニスタの地下貯蔵が実現されると同時に、冷却のための適切な換気が行われる。
【００２３】
従来の過剰梱包容器システムのように、キャニスタは好ましくは、略垂直向きで貯蔵キャビティ内に固定されずに配置される。換言すると、キャニスタは、貯蔵キャビティ内で固定物を使用せずに支えなしで立っている状態である。結果として、必要な場合にキャニスタを貯蔵キャビティに対して容易に挿入、除去、移送可能である。
【００２４】
蓋は、空気吸入シェルと蓋−シェル間インタフェースを形成するように空気吸入シェルの頂上に配置される。蓋は好ましくは、周囲環境と空気吸入キャビティ間の通路を形成する吸入通気口を含む。結果として、冷気を空気吸入キャビティへ吸い上げることが可能であるとともに、岩窟および／または雨水の浸入を防止する。
【００２５】
配管網は好ましくは、貯蔵シェルを空気吸入シェルに連結する１またはそれ以上の母管を備える。母管はマニフォルドとして作用し、入ってくる冷気を貯蔵キャビティへ均等に分配するのを助ける。断熱材の層も貯蔵シェルの周囲を取り囲むために設けることが可能である。この断熱は、入ってくる冷気が貯蔵キャビティへの進入前に熱せられることを防止することを促進する。換言すると、この断熱は、キャニスタから生ずる熱が貯蔵シェルを取り囲む放射能吸収材へ伝達することを防止し、それによって空気吸入キャビティと配管網を冷たい状態に維持する。
【００２６】
好ましくは、このシステムは、第１高圧空間がキャニスタの底部と貯蔵キャビティの床との間に存在するようにして貯蔵キャビティ内のキャニスタを支持する手段をさらに備える。さらに好ましくは、第２高圧空間がキャニスタの頂部と貯蔵キャビティを閉じ込める蓋の底面との間に存在する。この実施形態では、配管網は、空気吸入キャビティと第１高圧空間との間の通路を形成し、蓋内の排出通気口が周囲環境と第２高圧空間との間の通路を形成する。一実施形態では、一定間隔で円周上に配置される支持ブロックを備える。
【００２７】
貯蔵シェルとキャニスタ間に存在する間隙が小さな環状の間隙であることがさらに好ましい。一実施形態では、貯蔵シェルは空気吸入シェルを取り囲み、それによって、並列の関係で配置された、シェルの配列を形成する。配列の大きさは、要求に応じて変更可能である。
【００２８】
他の観点では、本発明は、熱負荷を有するハイレベル廃棄物を貯蔵するための換気システムであって、並列の関係で配置され、略垂直向きのシェルの配列であって、各シェルがキャビティを形成している配列と、複数のキャビティの内の１つに配置されるハイレベル廃棄物を保持するための少なくとも１つの密閉キャニスタであって、当該キャビティが複数のキャニスタの内の１つのみを収容する水平断面を備えてなる、密閉キャニスタと、シェルの各々の頂上に配置され、それによって蓋−シェル間インタフェースを形成する除去可能な蓋であって、各蓋が周囲環境と前記キャビティとの間の通路を形成する通気口を含む蓋と、キャビティのすべての底部の間の通路を形成する配管網と、を備え、複数のキャビティの内少なくとも１つは空となっており、それによって、冷気が配管網に進入可能である。
【００２９】
また他の観点では、本発明は、ハイレベル廃棄物を貯蔵し、パッシブ方式で換気する方法であって、並列の関係で配置され、略垂直向きのシェルの配列であって、各シェルがキャビティを形成している配列と、キャビティのすべての底部の間の通路を形成する配管網とを備えるシステムを提供し、当該システムを地下の穴に配置し、それによって、シェルの高さの主要部分が地下に置かれるようにし、シェルを取り囲み、配管網を覆い、キャビティの頂部が地上からアクセス可能となるようにして、地下のキャビティに放射能吸収材を充填し、ハイレベル廃棄物を含む密閉キャニスタを複数のシェルの内の１つに沈め、それによって、キャニスタとシェル間に間隙が存在し、キャビティがキャニスタを１つのみ収容する水平断面を備えるようにし、キャニスタを含むシェルの頂上に除去可能な蓋であって、それによって蓋−シェル間インタフェースを形成しており、周囲環境とキャニスタを含むキャビティとの間の通路を形成する通気口を有する蓋を配置し、複数のシェルの内少なくとも１つを空状態に維持し、空のシェルのキャビティに冷気が進入し、当該冷気は配管網とキャニスタを含むキャビティとへ導かれ、さらに当該冷気はキャニスタからの熱によって暖められ、その暖気は蓋の通気口を通してキャビティから退出する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
図２を参照すると、本発明の一実施形態マニフォルド型貯蔵システム１００が図示される。図２に図示されるように、マニフォルド型貯蔵システム１００は、地表から取り除かれた状態となっている。しかしながら、以下で詳細に説明されるように、マニフォルド型貯蔵システム１００は、とりわけ、地下環境における使用済み核燃料を含む、複数の密閉されたキャニスタを乾燥貯蔵することを実現するために設計される。
【００３１】
マニフォルド型貯蔵システム１００は垂直型で、換気されており、使用済み燃料を乾燥貯蔵するシステムであって、使用済み燃料のキャニスタの移送動作のための１００トンおよび１２５トンの移送キャスクと十分に適合する。マニフォルド型貯蔵システム１００は、いかなる大きさまたは形の移送キャスクとも適合するように変更／設計可能である。マニフォルド型貯蔵システム１００は、地上に配置される過剰梱包容器（図１における従来のＶＶＯ２のようなもの）の代わりに、独立型使用済み燃料貯蔵装置（ＩＳＦＳＩ：Independent Spent Fuel Storage Installation）において、貯蔵のための複数の使用済み燃料のキャニスタを受け入れるように設計される。
【００３２】
地上の過剰梱包容器内において使用済み燃料の乾燥貯蔵のために設計されるすべてのキャニスタ型は、マニフォルド型貯蔵システム１００内に貯蔵可能である。好適なキャニスタは、多目的キャニスタと、使用済み核燃料のようなハイレベル廃棄物の乾燥貯蔵のために密閉される熱伝導性キャスクとを含む。典型的には、かかるキャニスタは、ハニカム格子の機械構造／バスケット構造、または、他の構造を備え、直接その中に、複数の使用済み燃料棒を一定間隔をあけて収容する。本発明における使用に好適なキャニスタの一例は、１９９９年４月２７日にクリシュナ・シンに付与された米国特許５，８９８，７４７に開示されており、その全体が本開示で参照される。
【００３３】
マニフォルド型貯蔵システム１００は、自然の方法／換気を通して貯蔵キャニスタに対するパッシブ方式の冷却を促進する貯蔵システムである。マニフォルド型貯蔵システム１００は、ブロワや閉ループ方式の冷却システムのような強制冷却装置を備えていない。その代わりに、マニフォルド型貯蔵システム１００は、キャニスタ近辺の空気の所要の循環を有効にするために、上昇暖気の自然現象、すなわちチムニー効果（煙突効果）を利用する。本質的には、マニフォルド型貯蔵システム１００は、地下環境において使用済み核を含む複数のキャニスタの所要の換気／冷却を実現することを可能とする、換気された垂直型モジュールを複数備える。
【００３４】
マニフォルド型貯蔵システム１００は、垂直に向けられた空気吸入シェル１０Ａと、垂直に向けられた複数の貯蔵シェル１０Ｂとを備える。貯蔵シェル１０Ｂは、空気吸入シェル１０Ａを取り囲んでいる。構造的には、空気吸入シェル１０Ａは、貯蔵シェル１０Ｂと同一である。しかしながら、以下で説明するように、空気吸入シェル１０Ａは空の状態（すなわち、熱負荷から開放され、遮られていない状態）のままとなるように意図されており、それによって、マニフォルド型貯蔵システム１００への冷気の吸入通路として動作可能となっている。貯蔵シェル１０Ｂは、使用済み核燃料を含む密閉されたキャニスタを受入れ、かつ、当該キャニスタに対する貯蔵／冷却チャンバとして動作するように適合される。しかしながら、本発明のいくつかの実施形態では、空気吸入シェル１０Ａの内部のキャビティ（空洞部分）が貯蔵シェル１０Ｂを換気するための冷気の吸入を可能にする限りにおいて、空気吸入シェル１０Ａは貯蔵シェル１０Ｂとは構造的に異なるように設計可能である。例えば、空気吸入シェル１０Ａは、貯蔵シェル１０Ｂとは異なる断面形状、断面の大きさ、構造の材料および／または高さを備えることができる。空気吸入シェル１０Ａは通常の動作および使用の間に空のままであることを意図されているが、貯蔵シェル１０Ｂに貯蔵されているキャニスタの熱負荷が循環空気流を必要としないほど十分に低い場合には、空気吸入シェル１０Ａは使用済み燃料のキャニスタを貯蔵するのに使用可能である。
【００３５】
空気吸入シェル１０Ａと貯蔵シェル１０Ｂは共に円筒形状である。ところが、他の実施形態においてシェル１０Ａ、１０Ｂは、例えば長方形のような他の形状を採りうる。シェル１０Ａ、１０Ｂは、開放している頂部と、閉塞している底部とを有する。シェル１０Ａ、１０Ｂは、３×３配列を形成し、横に並んだ向きで配置されている。空気吸入シェル１０Ａは、３×３配列の中心に配置される。特記すべきことは、空気吸入シェル１０Ａが中心に配置されることが好ましいものの、本発明はそのように限定されないということである。配列内の空気吸入シェル１０Ａの位置は、単に１またはそれ以上の貯蔵シェル１０Ｂを空けておくことによって所望の変更が可能である。さらに、図示されたマニフォルド型貯蔵システム１００は３×３配列のシェル１０Ａ、１０Ｂを備えるが、他の配列サイズおよび／または配置が本発明の代替の実施形態に実装可能である。
【００３６】
シェル１０Ａ、１０Ｂは、好ましくは並列の関係で一定間隔をあけて配置される。シェル１０Ａ、１０Ｂの垂直方向の中心軸間の水平方向の距離は、約１０〜２０フィートの範囲内であって、より好ましくは約１５フィートである。しかしながら、シェル間の正確な距離はケースバイケースで決定されるものであって、本発明を限定しない。
【００３７】
シェル１０Ａ、１０Ｂは、好ましくは、低炭素鋼のような厚みのある金属で組み立てられる。しかしながら、合金やプラスチックを含む、金属の限定がない他の材料を使用可能である。例として、ステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、リード(lead)等を含む。シェル１０Ａ、１０Ｂの厚みは、好ましくは０．５〜４インチの範囲内であって、最も好ましくは約１インチである。しかしながら、シェル１０Ａ、１０Ｂの正確な厚みは、組立の材料、貯蔵される使用済み燃料の熱負荷、および、貯蔵される使用済み燃料の放射能レベルのような因子を考慮し、ケースバイケースで決定される。
【００３８】
マニフォルド型貯蔵システム１００はさらに、シェル１０Ａ、１０Ｂの各々の頂上に配置される除去可能な蓋１２を備える。蓋１２は、シェル１０Ａ、１０Ｂの頂上に配置され、それによって、シェル１０Ａ、１０Ｂによって形成されるキャビティの開放頂部を塞いでいる。蓋１２は、所要の放射能遮蔽を提供し、それによって、装填されたキャニスタが配置されているときに貯蔵シェル１０Ｂによって形成されるキャビティから放射能が上方向に逃げるのを妨げる。蓋はシェル１０Ａ、１０Ｂに対してボルトまたは他の接続手段によって固定される。蓋１２またはシェル１０Ａ、１０Ｂの完全性を妥協することなく、および／または、そのいずれかを損傷することなく、蓋１２はシェル１０Ａ、１０Ｂから取り除くことが可能である。換言すると、各蓋１２は、シェル１０Ａ、１０Ｂによって形成されているキャビティへの周囲の空気からの通路を形成する１またはそれ以上の吸入ダクトを備える。蓋１２の構造上の詳細については、図６Ａおよび６Ｂに関連して以下で詳細に説明される。蓋１２とシェル１０Ａ、１０Ｂとの相互作用については、図７に関連して以下で詳細に説明される。
【００３９】
さらに図２を参照すると、マニフォルド型貯蔵システム１００は、すべての貯蔵シェル１０Ｂを空気吸入シェル１０Ａに流体接続する配管／ダクトの網５０を備える。網５０は、２つの母管（ヘッダ）５１と、複数の直線状の管５２と、複数の湾曲状の拡張継手５３とを備える。母管５１は、入ってくる冷気の流れを貯蔵シェル１０Ｂに必要に応じてより均等に分散するため、すべての貯蔵シェル１０Ｂを空気吸入シェル１０Ａに流体接続するマニフォルドとして使用される。湾曲状の拡張継手５３は、網の熱膨張／熱収縮のために必要に応じて設けられる。直線状の管は網５０を完成させ、それによって、シェル１０Ａ、１０Ｂは密閉された状態で流体接続される。
【００４０】
配管網５０は、シェル１０Ａ、１０Ｂの底部またはその近くで接続しており、すべてのシェル１０Ａ、１０Ｂの内部のキャビティ間における流体通路網を形成する。より具体的には、配管網５０は、母管５１を通して、空気吸入シェル１０Ａの内部のキャビティから貯蔵シェル１０Ｂの内部のキャビティのすべてへの通路を提供する。結果として、空気吸入シェル１０Ａに入る冷気は、配管網５０を通して貯蔵シェル１０Ｂのすべてに分配されることができる。入ってくる冷気が貯蔵シェル１０Ｂの内部のキャビティの底部またはその近くに供給されることが好ましく、これによって、そのキャビティに配置されるキャニスタの冷却が実現する。配管網５０は、貯蔵シェル１０Ｂのいかなる２つの内部のキャビティ間において見た目で直線が存在しないように設計される。
【００４１】
配管網５０の配管系統／レイアウトの一実施形態が図示されているが、本発明は特定のレイアウトに限定されない。無限の数の設計レイアウトが配管網５０に対して存在し得ることを当業者は理解するであろう。さらに、所定のマニフォルド型貯蔵システムの換気および空気流の必要性に応じて、配管網が母管（ヘッダ）および／または拡張継手を備えてもよいし、備えなくてもよい。配管網の正確なレイアウトおよびコンポーネントの必要性は、ケースバイケースの設計によって決定される。
【００４２】
配管網５０およびシェル１０Ａ、１０Ｂの内部面は滑らかであることが好ましく、それによって、圧力損失を最小化する。同様に、配管網のすべての角度を有する部位を確実に湾曲配置にすることは、さらに圧力損失を最小化する。配管網５０内で使用される配管／ダクトの大きさは、いかなる大きさをも採ることが可能である。ダクトの正確な大きさはケースバイケースで決定され、キャニスタを効果的に冷却するために必要とする空気流の必要な速度のような因子が考慮される。一実施形態では、２４インチと３６インチの外径を有する鋼鉄配管の組合せが使用される。
【００４３】
配管網５０のコンポーネント５１、５２、５３は、すべての接続点において互いに密閉して接合されている。さらに配管網５０は、すべてのシェル１０Ａ、１０Ｂと密閉して接合されており、水および他の流体の入口を密閉する、完全かつ一元的な構造を形成している。溶接可能な金属の場合には、この密閉接合は溶接またはガスケットの使用を含む。溶接の場合には、配管網５０およびシェル１０Ａ、１０Ｂは、一元的に接続される床１１をさらに備える。そのため、水や他の流体がシェル１０Ａ、１０Ｂの内部のキャビティまたは配管網５０に浸入できる唯一の方法は、内部のキャビティの頂部の開放端を通してである。
【００４４】
例えばコールタールエポキシのような適切な保存剤がシェル１０Ａ、１０Ｂおよび配管網５０の露出面に適用され、密閉を確実にし、材料の腐敗を低減させ、そして、火災に対して保護する。適切なコールタールエポキシは、セントルイス州ミズーリにあるカーボラインカンパニーによってビツマスティック(Bitumastic)３００Ｍの商品名で製造されている。
【００４５】
図２および図３を参照すると、断熱部材２０が貯蔵シェル１０Ｂの各々の周囲を取り囲んでいることを視認できる。適切な断熱物の形式は、限定するものではないが、アルミナ−シリカの耐火粘土（カオウールブランケット；Kaowool Blanket）、アルミナおよびシリカの酸化物（カオウールエスブランケット；Kaowool S Blanket）、アルミナ−シリカ−ジルコニア繊維（セラブランケット；Cerablanket）、および、アルミナ−シリカ−クロミア（セラクロムブランケット；Cerachrome Blanket）を含む。断熱物２０は、貯蔵シェル１０Ｂ内の使用済み燃料のキャニスタからコンクリートモノリス４０（図７）、空気吸入シェル１０Ａおよび配管網５０のような周囲の構造／材料に向けて熱が過剰に伝達することを防止する。
【００４６】
貯蔵シェル１０Ｂは、入ってくる冷気が貯蔵シェル１０Ｂのキャビティに進入する前にその冷気の温度上昇を最小化するように動作する。この点は、貯蔵される使用済み燃料のキャニスタの適切な換気／冷却を促進し維持するうえで非常に重要である。断熱プロセスは様々な方法で実現可能であるが、そのいずれかの方法も本発明を限定しない。例えば、貯蔵シェル１０Ｂの外部に対して１層の断熱物２０を追加することに加え、配管網５０の各コンポーネントおよび／または空気吸入シェル１０Ａにも断熱物が取り囲むようにすることができる。さらに、断熱物に加えて、または、断熱物の代わりに、コンクリートモノリス４０（図７）の適切な位置に間隙を与えることで、入ってくる冷気の所要の断熱を提供することが可能である。かかる間隙には、所望の場合に不活性ガスや空気を充填するようにしてもよい。
【００４７】
次に図４を参照すると、蓋１２がシェル１０Ａ、１０Ｂから取り除かれたマニフォルド型貯蔵システム１００が図示されている。視認されるように、シェル１０Ａ、１０Ｂの各々は、頂上またはその付近にコンテナリング１３を備えている。コンテナリング１３は、厚みのある鋼鉄の環状の構造物である。コンテナリング１３は、シェル１０Ａ、１０Ｂの周辺を円周方向に取り囲んでおり、溶接または他の接続技術によってシェルに固定される。コンテナリング１３は、シェル１０Ａ、１０Ｂに対する構造上の完全性を追加することに加え、蓋１２上のシアリング２３（図６Ａ、６Ｂ）と干渉し、横方向の力に対する抗力を提供する。
【００４８】
図６Ａ、６Ｂを参照すると、本発明の一実施形態における蓋１２が詳細に図示されている。貯蔵シェル１０Ｂに貯蔵される使用済み燃料のキャニスタに対して必要な放射能遮蔽を提供するために、蓋１２は低炭素鋼とコンクリートの組合せで製造される。より具体的には、蓋１２の一実施形態を製造する際には、鋼鉄の内層（ライニング）が与えられてコンクリート（または他の放射能吸収剤）が充填される。他の実施形態では、蓋１２は、金属の限定がない多様な材料、例えば、ステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、プラスチック等で製造することができる。いくつかの実施形態では、蓋は、例えばコンクリートまたは鋼鉄のような単一の材料で製造してもよい。
【００４９】
蓋１２は、フランジ部２１とプラグ部２２とを備える。プラグ部２２は、フランジ部２１から下方向に延びている。フランジ部２１は、プラグ部２２を取り囲み、プラグ部２２から放射方向に延びている。複数の排出通気口２８が蓋１２に設けられる。各排出通気口２８は、プラグ部２２の底面３０における開口２９から蓋１２の上面３２における開口３１への通路を形成する。キャップ３３が開口３１の上方に設けられ、雨水や他の岩屑が排出通気口２８に対して進入および／または塞ぐことを防止する。キャップ３３は、ボルト、または、溶接、留め金（クランピング）、タイトフィット、スクリュー等の他の適切な接続を介して蓋１２と固定される。
【００５０】
キャップ３３は、雨水や他の岩屑が開口３１に浸入することを禁止すると同時に、開口２９を通して通気口２８に進入する高熱の空気を逃がすように設計されている。一実施形態では、この設計は、キャップの天井部３５の突出部のすぐ下のキャップ３３の壁部３４に複数の小さな孔（図示せず）を設けることで実現することができる。他の実施形態では、この設計は、キャップ３３の天井部３５を壁部３４に密閉せずに接続する、および／または、ガスに対してのみ透過性のある材料からキャップ３３（またはその一部）を製造することによって実現することができる。開口３１は、蓋１２の中心に配置される。
【００５１】
雨水や他の岩屑が開口３１に浸入することからさらに防止する目的で、蓋１２の上面３２が開口３１から離れるにつれて傾斜（すなわち、下方向および外方向に傾斜）させられている。天井として機能する蓋１２の上面３２は、フランジ部２１の側壁部３５を越えて突出している。
【００５２】
排出通気口２８は、見た目で直線が存在しないように湾曲している。これは、周囲環境から貯蔵シェル１０Ｂに装填されているキャニスタへの見た目上の直線が存在することを禁止しており、それによって、環境への放射能の光を減少させている。他の実施形態では、排出通気口が角度を付けられているか、十分に傾斜させられており、それによって、かかる見た目上の線が存在しない。
【００５３】
蓋１２はさらに、フランジ部３１の底面３７に固定されたシアリング２３を備える。シアリング２３は、底面３７に対して溶接され、ボルトで留められ、または、底面３７に固定される。シアリング２３は、図７に示すように、底面３７から下方に延び、かつ、シェル１０Ａ、１０Ｂのコンテナリング１３の周囲を取り囲み、係合するようにして設計される。
【００５４】
図示されていないが、貯蔵シェル１０Ｂおよび空気吸入シェル１０Ａの双方に対して蓋１２の通気口２８のすべてに対して、形状および／または大きさとは無関係にダクト型フォトン(duct photon)減衰器が挿入されることが好ましい。適切なダクト型フォトン減衰器がボングラツィオの米国特許６，５１９，３０７に記述されており、そのすべてがここで参照される。いくつかの実施形態において空気吸入シェル１０Ａが蓋１２を有しないこともある点は特筆すべきである。
【００５５】
次に図７を参照すると、蓋１２の各要素とシェル１０Ａ、１０Ｂの各要素との協動関係が図示されている。重複記載を防止するため、下記の説明が貯蔵シェル１０Ｂおよび空気吸入シェル１０Ａのすべてに適用されることを当業者が正しく認識するであろうという理解のもとに、蓋１２の貯蔵シェル１０Ｂとの相互作用のみが詳細に記述される。
【００５６】
蓋１２がマニフォルド型貯蔵システム１００の貯蔵シェル１０Ｂの頂上に配置されると（すなわち、使用済み燃料が装填されているキャニスタを貯蔵する間）、蓋１２のプラグ部２２は、貯蔵シェル１０Ｂによって形成されているキャビティ２４内に下げられ、最後には、蓋１２のフランジ部２１が貯蔵シェル１０Ｂの頂部に当接し、それによって、蓋−シェル間のインタフェースが形成する。より具体的には、蓋１２のフランジ部２１の底面３７（図６Ｂ）が貯蔵シェル１０Ｂの頂面に当接し、それによって、蓋−シェル間のインタフェースが形成する。蓋１２と貯蔵シェル１０Ｂは、一体化していない構造を形成する。
【００５７】
この時点で、蓋１２のシアリング２３は、コンテナリング１３の外部面と係合し、その周囲を取り囲む。シアリング２３とコンテナリング１３の相互作用は、地震、衝撃のあるミサイルや他の投射体による横方向の力に対して巨大なせん断抵抗を提供する。蓋１２は、コンクリートモノリス６０内の穴または貯蔵シェル１０Ｂ自体のいずれかに延びるボルト（または他の固定手段）を介して適所に固定される。蓋１２は、貯蔵シェル１０Ｂおよび／またはコンクリートモノリス６０に固定されるものの、一体的ではなく取り外し可能となっている。図示されていないが、１またはそれ以上のガスケットが蓋−シェル間インタフェースの所定の位置に設けられ、それによって、密閉されたインタフェースを形成している。
【００５８】
図７に示すように蓋１２が適切に貯蔵シェル１０Ｂの頂上に配置されると、通気口２８は、貯蔵シェル１０Ｂによって形成されているキャビティ２４と空間上の協調関係を持つ。換言すると、通気口２８は、周囲環境からキャビティ２４自体への通路を形成する。空気吸入シェル１０Ａの頂上に配置される蓋内の通気口は、同様の通路を提供する。空気吸入シェル１０Ａに関しては、通気口２８は、周囲の冷気を、空気吸入シェル１０Ａのキャビティ２４へ、そして、配管網５０を通して、貯蔵シェル１０Ｂのキャビティ２４の底部へ向けて吸い上げることを可能にする通路として動作する。使用済み燃料（または他のＨＬＷ）を含み熱負荷を有するキャニスタが１またはそれ以上の貯蔵シェル１０Ｂのキャビティ２４に配置されると、この入ってくる冷気がキャニスタによって暖められ、キャビティ２４内を上昇し、そして、貯蔵シェル１０Ｂの頂上の蓋１２における通気口２８を通してキャビティ２４から退出する。空気吸入シェル１０Ａ内においてサイフォン効果を生み出すのが前述の煙突効果である。
【００５９】
次に図７および図８を参照すると、シェル１０Ａ、１０Ｂは、垂直に向けられた円筒状のキャビティ２４を形成している。キャビティ２４は円筒形状となっているが、キャビティ２４はいかなる特定の形状に限定されず、本発明の主旨から外れることなく、ほぼいかなる形状のキャニスタを受入れ、かつ、貯蔵するように設計可能である。貯蔵シェル１０Ｂのキャビティ２４の水平断面の大きさおよび形状は、内部に貯蔵されるべき使用済み燃料のキャニスタ８０（図８）の水平断面の大きさおよび形状に概ね対応するように設計される。貯蔵シェル１０Ｂのキャビティ２４の水平断面の大きさおよび形状は、使用済み燃料のキャニスタ８０を１つ収容するに過ぎない。
【００６０】
貯蔵シェル１０Ｂのキャビティ２４の水平断面は、使用済み燃料のキャニスタ８０が内部に貯蔵のために配置されるときに、小さな間隙／隙間２５がキャニスタ８０の外部の側壁とキャビティ２４の側壁との間に存在するようにして、その大きさおよび形状が設定される。シェル１０Ｂとキャニスタ８０が円筒形状である場合には、間隙２５は環状の間隙である。一実施形態では、貯蔵シェル１０Ｂのキャビティ２４の径は、５〜７フィートの範囲にあり、より好ましくは約６フィートである。
【００６１】
小さな間隙２５がキャニスタ８０の外部の側壁とキャビティ２４の側壁との間に存在するようにして貯蔵シェル１０Ｂのキャビティ２４を設計することは、壊滅的な事象の間にキャニスタ８０がキャビティ２４内を移動可能な角度を制限し、それによって、キャニスタ８０とキャビティの壁に対する損傷を最小化し、キャニスタ８０がキャビティ２４内で倒れることを防止する。さらに、この間隙２５は、使用済み核燃料の冷却時に、熱せられた空気の流れを促進させる。間隙２５の正確な大きさは、所定の状況に対する所望の流れ（フロー）のダイナミクスおよび熱変換能力を実現するように調節／設計可能である。一実施形態では、間隙２５は約１〜３インチの幅である。間隙２５の幅を小さくすることはまた、放射能の流れ（ストリーミング）を低減させる。
【００６２】
支持ブロック４２が貯蔵シェル１０Ｂのキャビティ２４の床１１上に設けられ、それによって、キャニスタ８０がその上に配置することができる。支持ブロック４２は、床１１の近辺で互いに空間を空けて配置されている。キャニスタ８０が貯蔵シェル１０Ｂのキャビティ２４に装填されると、キャニスタ８０の底面８１が支持ブロック４２上に置かれ、キャニスタ８０の底面８１とキャビティ２４の床１１との間に吸入空気の高圧空間２７を形成する。支持ブロック４２は、低炭素鋼で製造され、好ましくは貯蔵シェル１０Ｂのキャビティ２４の床１１に溶接される。他の好適な製造上の材料は、限定することなく、強化コンクリート、ステンレス鋼、他の合金を含む。
【００６３】
支持ブロック４２は、エネルギー／衝撃吸収機能も備える。支持ブロック４２は、好ましくは、例えば米国カリフォルニアのヘクセルコーポレーション(Hexcel Corp.)によって製造されるようなハニカム格子の型を備える。
【００６４】
キャニスタ８０が貯蔵シェル１０Ｂ内で支持ブロック３２の頂上に配置されると、排出空気の高圧空間２６がキャニスタ８０の頂面８２と蓋１２の底面３０との間に形成される。排出空気の高圧空間２６は、好ましくは高さが最小で３インチであるが、いかなる所望の高さとすることも可能である。正確な高さは、所望の流れ（フロー）のダイナミクス、キャニスタ高さ、シェル高さ、キャビティの幅、キャニスタの熱負荷等の設計上考慮する点によって決定される。
【００６５】
空気吸入シェル１０Ａのキャビティ２４は、貯蔵シェル１０Ｂのキャビティ２４よりも深く、地表の水または雨水および／または岩屑（仮に漏れがある場合）のための汚水槽として機能する。空気吸入シェル１０Ａのキャビティ２４は典型的には空であり、それゆえ、岩屑を直ちに取り除くことができる。さらに、配管網５０は、空気吸入シェル１０Ａに向けて、かつ、貯蔵シェル１０Ｂから離れて、勾配をつけられていることが好ましく、それによって、いかなる水分の漏出も空気吸入シェル１０Ａのキャビティ２４の底に集まることになる。所望の場合には、ドレイン（排出口）を貯蔵シェル１０Ｂのキャビティ２４の底に設けるようにすることもできる。
【００６６】
図７および８において、マニフォルド型貯蔵システム１００の図示された実施形態は、シェル１０Ａ、１０Ｂを取り囲むコンクリートモノリス６０と、配管網５０とをさらに備える。コンクリートモノリス６０は、貯蔵シェル１０Ｂに貯蔵される使用済み燃料のキャニスタ８０のために所要の放射能遮蔽を提供する。コンクリートモノリス６０は、シェル１０Ａ、１０Ｂおよび配管網５０のための、構造に関係しない保護を提供する。シェル１０Ａ、１０Ｂの全体の高さがコンクリートモノリス６０に取り囲まれ、蓋１２がそこから突出し、その頂面に置かれている。
【００６７】
暖められた空気を貯蔵シェル１０Ｂから逃がすことを可能にする通気口２８は、蓋１２内に配置されて図示されているが、本発明はそのように限定されない。かかる実施形態では、周囲の空気に対する通気口の開口がモノリス６０の頂面に配置することができ、見た目上の線がその周囲に対して存在しない。排出通気口が蓋内に配置されているときと同様に、排出通気口は、Ｓ字形状またはＬ字形状のような様々な形状および／または配置を採り得る。本発明のすべての実施形態において、吸入および排出空気流の相互作用を最小化するために、貯蔵シェル１０Ｂからの通気口２８の排出開口は、空気吸入シェル１０Ａへの通気口２８の吸入開口から等距離的かつ円周上に離隔していることが好ましい。
【００６８】
上述したように、断熱物２０の１つの層は、貯蔵シェル１０Ｂとコンクリートモノリス６０と間の境界部分（さらに任意的に（オプションとして）、コンクリートモノリス６０と、配管網５０と、空気吸入シェル１０Ａとの間の境界部分）において設けられる。断熱物２０は、使用済み燃料のキャニスタ８０からコンクリートモノリス６０に向けて、熱による劣化が過剰に伝達することを防止するために設けられ、それによって、コンクリートのバルク温度をＦＳＡＲ限界値内に維持する。断熱物２０はまた、入ってくる冷気の温度上昇を、貯蔵シェル１０Ｂのキャビティ２４に進入する前に最小化する機能も有する。
【００６９】
上述したように、マニフォルド型貯蔵システム１００は特に、地下環境における使用済み核燃料と他のハイレベル廃棄物の貯蔵を行うのに好適である。図８を参照すると、マニフォルド型貯蔵システム１００は、全体のコンクリートモノリス６０（貯蔵シェル１０Ｂの全体の高さを含む）がＩＳＦＳＩにおいて高さレベル７３よりも下方にあるようにして配置されている。全体の配管網５０はまた、地下深くに配置される。
【００７０】
マニフォルド型貯蔵システム１００を高さレベル７３よりも下方に配置することによって、システム１００は外観上障害にならず、倒れる危険がない。地下のマニフォルド型貯蔵システム１００の低い側面はミサイルや他の攻撃の対象とならない。さらに、地下のマニフォルド型貯蔵システム１００は、自由領域の加速(free field acceleration)を拡大化し、地上に建っている前述の過剰梱包容器の安定性を潜在的に問題にする、土壌構造の相互作用効果に対処する必要がない。
【００７１】
貯蔵シェル１０Ｂの全体高さが高さレベル７３より下方となって図示されているが、代替の実施形態では、貯蔵シェル１０Ｂの一部は、高さレベル７３の上方を突出することを許容するようにしてもよい。かかる実施形態では、貯蔵シェル１０Ｂの高さの少なくとも主要な部分は、高さレベル７３よりも下方に配置される。高さレベル７３よりも上方に突出する貯蔵シェル１０Ｂのいかなる部分も、所要の放射能遮蔽構造体によって取り囲むようにしなければならない。すべての実施形態において、貯蔵シェル１０Ｂは、高さレベル７３よりも十分に下方に位置し、それによって、使用済み燃料のキャニスタ８０が貯蔵のためのキャビティ２４内に配置され、キャニスタの全体高さが高さレベル７３よりも下方となる。このことは、ＩＳＦＳＩにおいて取り囲んでいる土壌による遮蔽効果を最大限利用することになる。そのため、土壌は、地上の過剰梱包容器で達成することができない程度の使用済み燃料に対する放射能遮蔽を提供する。
【００７２】
マニフォルド型貯蔵システム１００に関して、ＩＳＦＳＩや他の場所に図７の地下にあるマニフォルド型貯蔵システムを組み立てる方法を説明する。先ず、ＩＳＦＳＩにおける所望の場所に穴が掘られる。いったん穴が掘られて穴底が適切に平坦にされると、土台の基礎が穴底に配置される。基礎は、ＡＣＩ−３４９のような認知された工業基準の負荷組合せを満たすように設計される強化コンクリートスラブであり得る。しかしながら、いくつかの事例では、支持されるべき負荷、および／または、土地の特性に応じて、基礎の使用が不必要であってもよい。
【００７３】
いったん土台／基礎が適切に穴の中に配置されると、図２の一体構造（貯蔵シェル１０Ｂ、空気吸入シェル１０Ａ、および、配管網５０からなる）が垂直方向に穴の中に沈められ、最終的に、基礎の頂上に置かれる。一体構造はさらに、基礎の上面に当接する。所望の場合には、一体構造はこの時点で、基礎に対してボルトで締結されるか、または固定され、これ以降、基礎に対して一体構造が変位することを禁止する。
【００７４】
いったん一体構造が垂直方向に基礎の頂上に当接されると、穴がコンクリートで充填され、一体構造の周囲にコンクリートモノリス６０を形成する。コンクリートモノリスはまた、地下のコンポーネントに対する湿気に対する障壁としても作用する。代替的に、土壌や処理済み充填物（フィル）が穴を充填するためにコンクリートの代わりに使用することが可能である。適切な処理済み充填物は、限定することなく、砂利、岩粉、コンクリート、砂粒、および、同様のものを含む。所望の処理済み充填物が、例えば手作業で落とし込むことを含む実現可能な手段によって穴に供給可能である。
【００７５】
コンクリートが穴に供給され、最終的に、一体構造を取り囲み、高さレベル７３と略同等の高さにコンクリートが達するまで穴に充填される。穴に充填されると、コンクリートモノリス６０が形成される。シェル１０Ａ、１０Ｂは、コンクリートモノリス６０の上面から僅かに突出し、それによって、シェル１０Ａ、１０Ｂのキャビティ２４が上方の位置からアクセス可能である。さらに、前述したように、蓋１２がシェル１０Ａ、１０Ｂの頂上に配置可能である。一体構造は地下において密閉されているので、地下の液体がシェル１０Ａ、１０Ｂのキャビティ２４や配管網５０に浸入することは不可能である。
【００７６】
次に、使用済み核燃料のキャニスタ８０を貯蔵するために図７および８のマニフォルド型貯蔵システム１００を使用する方法についての一実施形態を説明する。使用済み燃料のプールから取り除かれて乾燥貯蔵のために処理される際に、キャニスタ８０は密閉されて移送キャスク内に配置される。移送キャスクはさらに、貯蔵のためにキャスククローラー（軌道車）によって空の貯蔵シェル１０Ｂまで運ばれる。移送キャスクを貯蔵シェル１０Ｂ上の位置まで移送するいかなる適切な手段も使用可能である。例えば、限定することなく、ガントリークレーン、オーバーヘッドクレーン、または他のクレーン機器のような、いかなる適切な型の積荷処理用機器を使用することも可能である。
【００７７】
キャニスタ８０を受け入れるための所望の貯蔵シェル１０Ｂを用意する際には、蓋１２が取り除かれ、それによって、貯蔵シェル１０Ｂのキャビティ２４が開放し、上方からアクセス可能となる。キャスククローラーは、貯蔵シェル１０Ｂの頂上に移送キャスクを配置する。移送キャスクが適切に貯蔵シェル１０Ｂの頂上に固定された後、移送キャスクの底のプレートが取り除かれる。必要な場合には、移送キャスクの貯蔵シェル１０Ｂに対する接続を確実にし、かつ、移送キャスクの底のプレートを取り除いて障害とならない位置まで移動させるため、適切な対応機器が使用され得る。かかる対応機器は、当該技術分野でよく知られており、キャニスタの移送手順において頻繁に使用される。次にキャニスタ８０は、キャスククローラーによって移送キャスクから貯蔵シェル１０Ｂのキャビティ２４まで沈められ、最終的に、キャニスタ８０の底面８１がキャビティ２４の床１１上の支持ブロック４２に当接する。キャニスタ８０はキャビティ２４内で自由な状態で立っており、支えや他の固定手段を備えていない。
【００７８】
貯蔵シェル１０Ｂのキャビティ２４内で支持ブロック４２上に置かれるとき、キャニスタ８０の全体高さは高さレベル７３より下方になっている。いったんキャニスタ８０がキャビティ２４内に配置されると、蓋１２が貯蔵シェル１０Ｂの頂上に配置され実質的にキャビティ２４を閉じ込める。次に、蓋１２がボルトや他の手段を介してコンクリートモノリス６０に固定される。キャニスタ８０が貯蔵シェル１０Ｂのキャビティ２４内にそのように配置されると、吸入空気の高圧空間２７が床１１とキャニスタ８０の底面８１との間に存在するようになる。排出空気の高圧空間２６が蓋１２の底面３０とキャニスタ８０の頂面８２との間に存在するようになる。小さな環状隙間２５もまた、キャニスタ８０の側壁と貯蔵シェル１０Ｂの壁との間に存在するようになる。
【００７９】
キャニスタ８０から発生する熱によって生ずる煙突効果の結果として、周囲からの冷気が蓋１２内の通気口２８を通して空気吸入シェル１０Ａのキャビティ２４へ吸い上げられる。そしてこの冷気は、配管網５０を通して、貯蔵シェル１０Ｂのキャビティ２４の底にある、吸入空気の高圧空間２７へ吸い上げられる。次にこの冷気は、使用済み燃料のキャニスタ８０から発生する熱によって暖められて、キャニスタ８０の周囲の環状隙間２５を通してキャビティ２４を上昇し、キャニスタ８０上の排出空気の高圧空間２６に至る。この暖められた空気は上昇を続け、最終的には、貯蔵シェル１０Ｂの頂上に配置される蓋１２内の通気口２８を通して、熱気としてキャビティ２４を退出する。
【００８０】
当業者が直ちに作り、かつ、使用ができるほど十分詳細に本発明を説明し、図示してきたが、様々な代替案、改変、改良が本発明の主旨および範囲から離れない状態で直ちに明らかとなるはずである。具体的には、一実施形態において、シェル１０Ａ、１０Ｂおよび／または配管網５０が省略され得る。この実施形態では、所望の場合に、シェルのキャビティと配管網の通路とがコンクリートモノリスに向けて直接形成可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】図１は、従来のＶＶＯの上面からの斜視図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態に係るマニフォルド貯蔵システムの上面からの斜視図である。
【図３】図３は、図２のマニフォルド型貯蔵システムの正面図である。
【図４】図４は、図２のマニフォルド型貯蔵システムの正面図であって、貯蔵および空気吸入シェルから蓋が取り除かれている図である。
【図５】図５は、図２のマニフォルド型貯蔵システムの上面図である。
【図６Ａ】図６Ａは、図２のマニフォルド型貯蔵システムとともに使用可能な蓋の一実施形態の上面からの斜視図であって、切り抜き部分を含む。
【図６Ｂ】図６Ｂは、図６Ａの蓋の底の斜視図である。
【図７】図７は、図５のマニフォルド型貯蔵システムのＡ−Ａ視に沿った断面図であって、マニフォルド型貯蔵システムが地下に配置され、キャニスタがない状態となっている。
【図８】図８は、図７のマニフォルド型貯蔵システムの側断面図であって、ハイレベル廃棄物を含むキャニスタが本発明の一実施形態に係る貯蔵用キャビティ内に配置されている。
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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