(57)【要約】  地下環境において使用済み核燃料などの高レベル放射性廃棄物を貯蔵するための換気システムであり、１つの実施形態においては、本発明は、２重冗長性及び／又は改善された空気送出を実現するように構成された管のネットワークによって相互に連結される空気吸入シェル及び複数の貯蔵シェルを備える換気システムである。もう１つの実施形態においては、本発明は、密閉封止エンクロージャ空洞に収容される低レベル放射性物質の塊を利用する換気システムであり、低レベル放射性廃棄物は、前記換気システムの貯蔵キャビティに貯蔵される高レベル放射性廃棄物に対して放射線遮蔽を与える。【選択図】図１
2014529079.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高レベル放射性廃棄物を貯蔵するための換気システムであって、
地下貯蔵アセンブリであって、空気吸入下降管キャビティを形成し、或る軸に沿って延びる空気吸入シェルと、各々が貯蔵キャビティを形成し、或る軸に沿って延びる複数の貯蔵シェルと、各貯蔵シェルについての、前記空気吸入下降管キャビティの底部から前記貯蔵キャビティの底部まで１次空気送出通路を形成する１次空気送出管であって、該１次空気送出通路のそれぞれの全体が前記地下貯蔵アセンブリの他のすべての前記１次空気送出通路の全体と異なる１次空気送出管と、を備える地下貯蔵アセンブリと、
前記貯蔵キャビティのうちの１又はそれ以上の貯蔵キャビティに配置される高レベル放射性廃棄物を収容するための密閉封止容器と、
前記貯蔵シェルの各々の頂上に配置され、少なくとも１つの空気出口通路を備える蓋と、
を具備することを特徴とする換気システム。
【請求項２】
前記複数の貯蔵シェルが、隣り合って前記空気吸入シェルを取り囲み、前記１次空気送出管のそれぞれが、前記空気吸入シェルの前記軸と交差する実質的に直線の軸に沿って延在する、請求項１に記載の換気システム。
【請求項３】
前記１次空気送出通路のそれぞれの前記実質的に直線の軸が、前記空気吸入シェルの前記軸に対して実質的に垂直である、請求項２に記載の換気システム。
【請求項４】
前記空気吸入シェルの前記軸及び前記貯蔵シェルのそれぞれの前記軸が、実質的に垂直であり、前記１次空気送出通路のそれぞれが、同じ水平面内に配置される、請求項１から請求項３のいずれかに記載の換気システム。
【請求項５】
前記貯蔵シェルの隣接するものの前記貯蔵キャビティの前記底部の間に２次空気送出通路を形成する、前記貯蔵シェルの隣接したものの各対の間に延在する２次空気送出管をさらに備える、請求項１から請求項４のいずれかに記載の換気システム。
【請求項６】
前記２次空気送出通路及び前記複数の貯蔵シェルの前記貯蔵キャビティが、流体回路ループを集合的に形成し、前記流体回路ループの全体が、前記地下貯蔵アセンブリの前記１次空気送出通路のすべての全体から独立している、請求項５に記載の換気システム。
【請求項７】
各貯蔵キャビティについて、前記空気吸入キャビティから前記貯蔵キャビティに達する少なくとも３つの空気送出通路があり、前記３つの空気送出通路のそれぞれの全体が、前記他の２つの空気送出通路の全体と異なる、請求項１から請求項６のいずれかに記載の換気システム。
【請求項８】
前記地下貯蔵アセンブリが、地下流体の進入に対して密閉封止される、請求項１から請求項７のいずれかに記載の換気システム。
【請求項９】
前記密閉封止容器のうちの１つが配置される各貯蔵キャビティについて、前記密閉封止容器の底端部が、その貯蔵キャビティのための頂端部前記１次空気送出通路より上の高さで配置される、請求項１から請求項８のいずれかに記載の換気システム。
【請求項１０】
前記密閉封止容器のうちの少なくとも２つが、積み重ねられた配置で前記貯蔵キャビティのそれぞれに配置される、請求項１から請求項９のいずれかに記載の換気システム。
【請求項１１】
前記貯蔵キャビティのそれぞれが、前記容器のうちのわずか１つを収容する横断面を有する、請求項１から請求項１０のいずれかに記載の換気システム。
【請求項１２】
エンクロージャ空洞を形成するエンクロージャをさらに備え、前記空気吸入シェル及び前記貯蔵シェルが前記エンクロージャの屋根スラブを通過するように、前記地下貯蔵アセンブリが、前記エンクロージャ空洞内に配置される、請求項１から請求項１１のいずれかに記載の換気システム。
【請求項１３】
前記エンクロージャ空洞が、密閉封止され、前記エンクロージャの前記屋根スラブの上部表面が、前記地盤の地盤面水準と実質的に同じ高さである、請求項１２に記載の換気システム。
【請求項１４】
前記エンクロージャが、床スラブを備え、前記地下貯蔵アセンブリが、頂上に配置され、前記床スラブに固定され、前記換気システムが、前記空気吸入キャビティの底部、前記貯蔵キャビティの底部、及びすべての空気送出管を包み込む前記エンクロージャ内にグラウトの層をさらに備える、請求項１２又は請求項１３に記載の換気システム。
【請求項１５】
前記エンクロージャ空洞の残りの容積が、前記密閉封止容器内の前記高レベル放射性廃棄物に対して放射線遮蔽を与える低レベル放射性廃棄物で満たされる、請求項１２から請求項１４のいずれかに記載の換気システム。
【請求項１６】
前記低レベル放射性廃棄物が、低比放射能土壌、低比放射能破砕コンクリート、低比放射能砂利、活性化金属、及び低比放射能デブリから成るグループから選択される、請求項１４に記載の換気システム。
【請求項１７】
高レベル放射性廃棄物を貯蔵するための換気システムであって、
地下貯蔵アセンブリであって、空気吸入下降管キャビティを形成し、或る軸に沿って延在する空気吸入シェルと、各々が、貯蔵キャビティを形成し、或る軸に沿って延在する、複数の貯蔵シェルと、前記空気吸入キャビティの底部と前記貯蔵キャビティのそれぞれの底部との間に密閉封止通路を形成する管のネットワークと、を備える地下貯蔵アセンブリと、
前記貯蔵キャビティのうちの１又はそれ以上の貯蔵キャビティに配置される高レベル放射性廃棄物を収容するための密閉封止容器と、
前記貯蔵シェルのそれぞれの頂上に配置され、少なくとも１つの空気出口通路を備える蓋と、
を具備し、
各貯蔵キャビティについて、管の前記ネットワークが、前記空気吸入キャビティから前記貯蔵キャビティに達する少なくとも３つの空気送出通路を画定し、前記３つの空気送出通路のそれぞれの全体が、前記他の２つの空気送出通路の全体と異なることを特徴とする換気システム。
【請求項１８】
高レベル放射性廃棄物を貯蔵するための換気システムであって、
地下貯蔵アセンブリであって、空気吸入下降管キャビティを形成し、或る軸に沿って延在する空気吸入シェルと、各々が、貯蔵キャビティを形成し、或る軸に沿って延在する、複数の貯蔵シェルと、前記空気吸入キャビティの底部と前記貯蔵キャビティのそれぞれの底部との間に密閉封止通路を形成する管のネットワークと、を備える地下貯蔵アセンブリと、
エンクロージャ空洞を形成するエンクロージャであって、前記地下貯蔵アセンブリが、前記エンクロージャ空洞内に配置され、前記エンクロージャ空洞が密閉封止される、エンクロージャと、
前記空気吸入キャビティ及び前記貯蔵キャビティのそれぞれにアクセスを提供する前記エンクロージャ内の開口部と、
前記貯蔵キャビティのうちの１又はそれ以上の貯蔵キャビティに配置される高レベル放射性廃棄物を収容するための密閉封止容器と、
前記貯蔵シェルのそれぞれの頂上に配置される蓋と、
各貯蔵キャビティについて、加熱空気が前記貯蔵キャビティから出て行くことができるようになっている少なくとも１つの空気出口通路と、
を具備することを特徴とする換気システム。
【請求項１９】
前記蓋のそれぞれが、前記少なくとも１つの空気出口通路を備える、請求項１８に記載の換気システム。
【請求項２０】
前記空気吸入シェル及び前記貯蔵シェルのそれぞれが、前記エンクロージャの床スラブを通過する、請求項１８又は請求項１９に記載の換気システム。
【請求項２１】
前記エンクロージャ空洞の残りの容積を満たす強化盛土をさらに備える、請求項１８から請求項２０のいずれかに記載の換気システム。
【請求項２２】
前記密閉封止容器内の前記高レベル放射性廃棄物に対して放射線遮蔽を与える前記エンクロージャ空洞の残りの容積を満たす低レベル放射性廃棄物をさらに備える、請求項１８から請求項２０のいずれかに記載の換気システム。
【請求項２３】
前記低レベル放射性廃棄物が、低比放射能土壌、低比放射能破砕コンクリート、低比放射能砂利、活性化金属、及び低比放射能デブリから成るグループから選択される、請求項２１に記載の換気システム。
【請求項２４】
前記エンクロージャが、床スラブ、屋根スラブ、及び直立壁を備える、請求項１８から請求項２３のいずれかに記載の換気システム。
【請求項２５】
蓋のそれぞれが、前記エンクロージャに着脱自在に連結される、請求項１８から請求項２４のいずれかに記載の換気システム。
【請求項２６】
前記複数の貯蔵シェルが、隣り合って前記空気吸入シェルを取り囲み、前記空気吸入シェルの前記軸及び前記貯蔵シェルの前記軸が、実質的に垂直である、請求項１８から請求項２５のいずれかに記載の換気システム。
【請求項２７】
前記エンクロージャが、コンクリートで形成され、前記エンクロージャ空洞の全体が、地盤面水準より下にある、請求項１８から請求項２６のいずれかに記載の換気システム。
【請求項２８】
前記エンクロージャが、床スラブを備え、前記地下貯蔵アセンブリが、頂上に配置され、前記床スラブに固定され、前記換気システムが、前記空気吸入キャビティの底部、前記貯蔵キャビティの底部、及び管の前記ネットワークを包み込む前記エンクロージャ内にグラウトの層をさらに備える、請求項１８から請求項２７のいずれかに記載の換気システム。
【請求項２９】
高レベル放射性廃棄物を貯蔵するための換気システムであって、
貯蔵キャビティを形成する少なくとも１つの貯蔵シェルと、
低温空気を前記貯蔵キャビティの底部に導入するための少なくとも１つの空気送出通路と、
加熱空気が前記貯蔵キャビティから出て行くことができるようになっている少なくとも１つの空気出口通路と、
前記貯蔵キャビティに配置される高レベル放射性廃棄物を収容するための少なくとも１つの密閉封止容器と、
エンクロージャ空洞を形成するエンクロージャであって、前記少なくとも１つの貯蔵シェルが、前記エンクロージャ空洞内に配置され、前記エンクロージャ空洞が、密閉封止されるエンクロージャと、
前記貯蔵キャビティにアクセスを提供する前記エンクロージャ内の開口部と、
前記貯蔵キャビティの頂端部を閉じ込める蓋と、
前記密閉封止容器内で前記高レベル放射性廃棄物に対して放射線遮蔽を与える前記エンクロージャ空洞の残りの容積を満たす低レベル放射性廃棄物と、
を具備することを特徴とする換気システム。
【請求項３０】
前記低レベル放射性廃棄物が、低比放射能土壌、低比放射能破砕コンクリート、低比放射能砂利、活性化金属、及び低比放射能デブリから成るグループから選択される、請求項２９に記載の換気システム。
【請求項３１】
前記エンクロージャ空洞の全体及び前記少なくとも１つの密閉封止容器が、地盤面水準より下に配置される、請求項２９又は請求項３０に記載の換気システム。
【請求項３２】
前記エンクロージャが、コンクリートで形成される、請求項２９から請求項３１のいずれかに記載の換気システム。
【請求項３３】
前記蓋が、前記少なくとも１つの空気出口通路を備える、請求項２９から請求項３２のいずれかに記載の換気システム。
【請求項３４】
密閉シールが、前記貯蔵シェルと前記エンクロージャとの間に形成される、請求項２９から請求項３３のいずれかに記載の換気システム。
【請求項３５】
前記貯蔵シェルが、前記エンクロージャの屋根スラブを通過する、請求項２９から請求項３４のいずれかに記載の換気システム。
【請求項３６】
前記エンクロージャの前記屋根スラブの上部表面が、前記地盤の地盤面水準と実質的に同じ高さである、請求項３５に記載の換気システム。
【請求項３７】
前記貯蔵キャビティが、前記密閉封止容器のうちのわずか１つを収容する横断面を有する、請求項２９から請求項３６のいずれかに記載の換気システム。
【請求項３８】
前記換気システムが、前記エンクロージャ空洞内に配置される複数の貯蔵シェルを備え、前記エンクロージャが、前記貯蔵シェルのそれぞれにアクセスを提供する複数の前記開口部を備える、請求項２９から請求項３７のいずれかに記載の換気システム。
【請求項３９】
高レベル放射性廃棄物を貯蔵するための換気システムであって、
開口頂端部及び閉鎖低端部を有する貯蔵キャビティを形成し、低レベル放射性廃棄物の塊を備える放射線遮蔽体と、
低温空気を前記貯蔵キャビティの底部に導入するための少なくとも１つの空気送出通路と、
加熱空気が前記貯蔵キャビティから出て行くことができるようになっている少なくとも１つの空気出口通路と、
前記貯蔵キャビティに配置される高レベル放射性廃棄物を収容するための少なくとも１つの密閉封止容器と、
前記貯蔵キャビティの前記開口頂端部を閉じ込める蓋と、
を具備することを特徴とする換気システム。
【請求項４０】
低レベル放射性物質の前記塊が、前記本体内に密閉封止される、請求項３９に記載の換気システム。
【請求項４１】
前記本体は、前記低レベル放射性物質の前記塊が収容される密閉封止エンクロージャ空洞を集合的に形成するエンクロージャ及び貯蔵シェルを備える、請求項４０に記載の換気システム。
【請求項４２】
前記シェルが、金属で形成され、前記エンクロージャが、コンクリートで形成される、請求項４１に記載の換気システム。
【請求項４３】
前記本体が、地盤面水準より下に配置される、請求項３９から請求項４２のいずれかに記載の換気システム。
【請求項４４】
前記低レベル放射性廃棄物が、低比放射能土壌、低比放射能破砕コンクリート、低比放射能砂利、活性化金属、及び低比放射能デブリから成るグループから選択される、請求項３９から請求項４３のいずれかに記載の換気システム。
【請求項４５】
前記蓋が、前記少なくとも１つの空気出口通路を備える、請求項３９から請求項４４のいずれかに記載の換気システム。
【請求項４６】
前記貯蔵キャビティが、前記密閉封止容器のうちのわずか１つを収容する横断面を有する、請求項３９から請求項４５のいずれかに記載の換気システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連特許出願の相互参照）
本出願は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる、２０１１年９月８日に出願された米国仮特許出願第６１／５３２３９７号の利益を主張するものである。
【０００２】
本発明は、一般に、高レベル放射性廃棄物を貯蔵するための換気システム、詳細には、人的行為による脅威、ならびに極端な自然現象による脅威に対して極めて安全である、キャニスタ化された高レベル放射性廃棄物を貯蔵するための換気システムに関する。
【背景技術】
【０００３】
５０年ほど前の商業用原子力の始まり以来、米国原子炉によって製造された使用済み核燃料の圧倒的大部分は、現在、燃料プールに貯蔵されている。５０年ほど前から、ユーティリティズは、使用済み核燃料をいわゆる「乾式貯蔵」システムに移動させてきており、この「乾式貯蔵」システムは、変性酸化を防止するようにヘリウムなどのガスによって取り囲まれた極端な乾燥状態で使用済み核燃料が貯蔵されるので、そのように名づけられている。キャスク内の使用済み核燃料の乾式貯蔵は、リヒタースケール９．０の地震とこれに続く高さ１３．１＋メートルの津波という二重の事象が現場でたった１つのキャスクも漏洩させないで終わったことを考えると、福島第一大洪水中に極めて立派な働きを見せた。他方では、燃料プールは、冷却の喪失及び構造的損傷を受けた。福島の経験は、疑いもなく、使用済み核燃料を貯蔵する信頼性のある安全手段として乾式貯蔵に対して根拠のしっかりした立派な実績を与えている。福島以前にも、９／１１の跡を追って安全保障への懸念が、アメリカ合衆国において強い刺激を与えてきており、これは、使用済み核燃料を乾式貯蔵に移動させることによって水で満たされたプールに貯蔵された使用済み核燃料の量を低減するものである。現在では、大量の使用済み核燃料を収容する多数のキャニスタが、アメリカ合衆国の商業用貯蔵施設において現場で貯蔵されている。２００個を超えるキャニスタが、毎年、アメリカ合衆国では乾式貯蔵備蓄品に加えられている。また、現場の貯蔵は、ヨーロッパ及び日本でもより広く容認を得ている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
現在、事実上、あらゆる原子力プラント敷地は、通常Ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ  Ｓｐｅｎｔ  Ｆｕｅｌ  Ｓｔｏｒａｇｅ  Ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ（「ＩＳＦＳＩ」）（独立した使用済み燃料貯蔵施設）と呼ばれる特有の現場の貯蔵施設を有する。独立して立っている地上キャスクを搭載しているＩＳＦＳＩは、プラントの風景において間違えようのない存在であり、これは、たとえ乾式貯蔵キャスクが任意の産業プラントにおいて最もテロに強い構造物の中の１つであっても、地域社会への容認という「視覚上の」問題を提起している。たとえそうでも、９／１１タイプの急襲という知覚された危険は、米国国立研究所の専門家によるあまりよく広められていない科学的知見のために、ほとんど緩和されていない不安感を増加させる。この米国国立研究所は、米国プラントで使用中のキャスクがいかなる放射性物質も環境に放出されるようになることなく墜落する航空機による衝撃に耐えることができると主張する。乾式貯蔵システムの素晴らしい構造特性は、Ｐｒｅｓｉｄｅｎｔａｌ  Ｂｌｕｅ  Ｒｉｂｂｏｎ  Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎｓ（大統領ブルーリボン委員会）の最近の報告書で恐らく１つの役割を演じており、この報告書は、使用済み核燃料を公衆の安全衛生の最大限のセキュリティ及び安全防護対策によって安全に貯蔵することができる限られた数の現場において、乾式貯蔵キャスク内の使用済み燃料のＩｎｔｅｒｉｍ  Ｓｔｏｒａｇｅ（暫定貯蔵）を要求している。用語Ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ  Ｓｔｏｒａｇｅ  Ｆａｃｉｌｉｔｙ（「ＩＳＦ」）（独立した貯蔵施設）は、３００年の耐用年数のような中期の使用のための安心安全システムを説明するのに使用され、それは、近い将来に投棄場所を確立する必要性を回避し、使用済み燃料の生産的使用を提供する将来の科学的発展の期待を維持することになる。同様に重要な、その固有の安全性によって公衆の信頼及び容認を獲得する乾式貯蔵システムを有することが必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一実施形態においては、本発明は、高レベル放射性廃棄物を貯蔵するための換気システムであって、地下貯蔵アセンブリであり、空気吸入下降管キャビティを形成し、軸に沿って延在する空気吸入シェル、各貯蔵シェルが貯蔵キャビティを形成し、軸に沿って延在する、複数の貯蔵シェル、及び各貯蔵シェルについて、空気吸入下降管キャビティの底部から貯蔵キャビティの底部まで１次空気送出通路を形成する１次空気送出管であり、１次空気送出通路のそれぞれの全体が地下貯蔵アセンブリの他のすべての１次空気出通路の全体と異なる１次空気送出管を備える、地下貯蔵アセンブリと、貯蔵キャビティのうちの１つ又は複数に配置される高レベル放射性廃棄物を収容するための密閉封止容器と、貯蔵シェルのそれぞれの頂上に配置され、少なくとも１つの空気出口通路を備える蓋とを備える、換気システムであってもよい。
【０００６】
もう１つの実施形態においては、本発明は、高レベル放射性廃棄物を貯蔵するための換気システムであって、地下貯蔵アセンブリであり、空気吸入下降管キャビティを形成し、軸に沿って延在する空気吸入シェル、各貯蔵シェルが貯蔵キャビティを形成し、軸に沿って延在する、複数の貯蔵シェル、及び空気吸入キャビティの底部と貯蔵キャビティのそれぞれの底部との間に密閉封止通路を形成する管のネットワーを備える地下貯蔵アセンブリと、貯蔵キャビティのうちの１つ又は複数に配置される高レベル放射性廃棄物を収容するための密閉封止容器と、貯蔵シェルのそれぞれの頂上に配置され、少なくとも１つの空気出口通路を備える蓋とを備え、各貯蔵キャビティについて、管のネットワークが、空気吸入キャビティから貯蔵キャビティに達する少なくとも３つの空気送出通路を画定し、３つの空気送出通路のそれぞれの全体が、他の２つの空気送出通路の全体と異なる、換気システムであってもよい。
【０００７】
もう１つの実施形態においては、本発明は、高レベル放射性廃棄物を貯蔵するための換気システムであって、地下貯蔵アセンブリであり、空気吸入下降管キャビティを形成し、軸に沿って延在する空気吸入シェル、各貯蔵シェルが貯蔵キャビティを形成し、軸に沿って延在する、複数の貯蔵シェル、及び空気吸入キャビティの底部と貯蔵キャビティのそれぞれの底部との間に密閉封止通路を形成する管のネットワークを備える地下貯蔵アセンブリと、エンクロージャ空洞を形成するエンクロージャであり、地下貯蔵アセンブリが、エンクロージャ空洞内に配置され、エンクロージャ空洞が、密閉封止されるエンクロージャと、空気吸入キャビティ及び貯蔵キャビティのそれぞれにアクセスを提供するエンクロージャ内の開口部と、貯蔵キャビティのうちの１つ又は複数に配置される高レベル放射性廃棄物を収容するための密閉封止容器と、貯蔵シェルのそれぞれの頂上に配置される蓋と、各貯蔵キャビティについて、加熱空気が貯蔵キャビティから出て行くことができるようになっている少なくとも１つの空気出口通路とを備える、換気システムであってもよい。
【０００８】
もう１つの実施形態においては、本発明は、高レベル放射性廃棄物を貯蔵するための換気システムであって、貯蔵キャビティを形成する少なくとも１つの貯蔵シェルと、低温空気を貯蔵キャビティの底部に導入するための少なくとも１つの空気送出通路と、加熱空気が貯蔵キャビティから出て行くことができるようになっている少なくとも１つの空気出口通路と、貯蔵キャビティに配置される高レベル放射性廃棄物を収容するための少なくとも１つの密閉封止容器と、エンクロージャ空洞を形成するエンクロージャであり、少なくとも１つの貯蔵シェルが、エンクロージャ空洞内に配置され、エンクロージャ空洞が、密閉封止されるエンクロージャと、貯蔵キャビティにアクセスを提供するエンクロージャ内の開口部と、貯蔵キャビティの頂端部を閉じ込める蓋と、密閉封止容器内で高レベル放射性廃棄物に対して放射線遮蔽を与えるエンクロージャ空洞の残りの容積を満たす低レベル放射性廃棄物とを備える、換気システムであってもよい。
【０００９】
さらなる実施形態においては、本発明は、高レベル放射性廃棄物を貯蔵するための換気システムであって、開口頂端部及び閉鎖低端部を有する貯蔵キャビティを形成する放射線遮蔽体であり、低レベル放射性廃棄物の塊を備える放射線遮蔽体と、低温空気を貯蔵キャビティの底部に導入するための少なくとも１つの空気送出通路と、加熱空気が貯蔵キャビティから出て行くことができるようになっている少なくとも１つの空気出口通路と、貯蔵キャビティに配置される高レベル放射性廃棄物を収容するための少なくとも１つの密閉封止容器と、貯蔵キャビティの開口頂端部を閉じ込める蓋とを備える、換気システムであってもよい。
【００１０】
本発明を適用することができるさらなる分野は、以下に与えられる詳細な説明から明らかになるであろう。本発明の好ましい実施形態を示しているが、詳細な説明及び特定の例は、単に説明を目的として意図され、本発明の範囲を限定することは意図されないことを理解されたい。
【００１１】
本発明は、詳細な説明及び添付の図面によってより完全に理解されるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態による貯蔵アセンブリ１００の上面図である。
【図２】本発明の一実施形態による高レベル放射性廃棄物を貯蔵するための換気システムの図４の視点ＩＩ−ＩＩから見た断面図であり、換気システムが地下に配置される図である。
【図３】本発明の一実施形態による高レベル放射性廃棄物を貯蔵するための換気システムの図４の視点ＩＩＩ−ＩＩＩから見た断面図であり、換気システムが地下に配置される図である。
【図４】本発明の一実施形態による高レベル放射性廃棄物を貯蔵するための換気システムの等角図であり、換気システムが地盤から取り除かれ、部分切り取りで示された図である。
【図５Ａ】図３の領域Ｖ−Ａの拡大図である。
【図５Ｂ】図３の領域Ｖ−Ｂの拡大図である。
【図５Ｃ】図３の領域Ｖ−Ｃの拡大図である。
【図６】図３の領域ＶＩの拡大図である。
【図７】図３の領域ＶＩＩの拡大図である。
【図８】空気吸入キャビティの頂端部を閉じ込める着脱自在の蓋を備える、図４の換気システムの空気吸入シェルの頂部部分の拡大図である。
【図９】図２の領域ＩＸの拡大図である。
【図１０】換気システムで使用する貯蔵アセンブリの他の実施形態に組み込まれ得る均圧管配管網の概略図である。
【図１１】低レベル放射性廃棄物が使用されている遮蔽高レベル放射性廃棄物である、本発明の他の実施形態による換気システムの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の原理による例示の実施形態の説明は、添付の図面と関連して読まれることが意図されており、これは、明細書全体の一部と考えられるべきである。本明細書において開示された本発明の実施形態の説明では、方向又は方向付けのいかなる参照も、単に説明の便宜上意図されており、本発明の範囲を何ら限定することが意図されるものではない。「下部の（ｌｏｗｅｒ）」、「上部の（ｕｐｐｅｒ）」、「水平な（ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ）」、「垂直な（ｖｅｒｔｉｃａｌ）」、「の上に（ａｂｏｖｅ）」、「より下に（ｂｅｌｏｗ）」、「上に（ｕｐ）」、「下に（ｄｏｗｎ）」、「一番上の（ｔｏｐ）」、及び「底の（ｂｏｔｔｏｍ）」などの相対語、ならびにそれらの派生語（たとえば、「水平に（ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｌｙ）」、「下方に（ｄｏｗｎｗａｒｄｌｙ）」、「上方に（ｕｐｗａｒｄｌｙ）」、等）は、議論中に図面でその時に説明され、又は示された方向付けを指すと解釈されるべきである。これらの相対語は、説明の便宜のためだけであり、そういうものとして明示されない限り、装置が特定の方向付けで構成され又は運転されることを要求するものではない。「取り付けられた（ａｔｔａｃｈｅｄ）」、「固定された（ａｆｆｉｘｅｄ）」、「接続された（ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」、「連結された（ｃｏｕｐｌｅｄ）」、「互いに接続された（ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」などの用語及び類似語は、明示的に別段の説明がなされない限り、介在する構造体を通して構造体が直接的又は間接的に互いに対して固定され又は取り付けられる関係、ならびに可動もしくは剛性の取付け又は関係の両方を指している。さらに、本発明の特徴及び利益は、例示した実施形態の参照によって示される。したがって、本発明は、明らかに、単独で又は特徴の他の組合せで存在し得る特徴の、いくつかの可能な非限定的な組合せを示すこの種の例示的な実施形態に限定されるべきではなく、本発明の範囲は、本明細書に添付された特許請求の範囲によって定義される。
【００１４】
背景として、ある実施形態において、本発明は、Ｓｉｎｇｈの２０１２年３月９日に発行された米国特許第７６７６０１６号明細書に開示されたシステム及び方法の改善である。したがって、米国特許第７６７６０１６号明細書に開示されたシステムの構造的詳細及び機能の全体が、参照により本明細書に組み込まれる。米国特許第７６７６０１６号明細書に開示されたシステムの構造的特徴は、本発明のある実施形態に組み込まれ得ることを理解されたい。
【００１５】
図１〜図４を同時に参照して、高レベル放射性廃棄物を貯蔵するための換気システム１０００が、本発明の一実施形態により示されている。換気システム１０００は、通常、貯蔵アセンブリ１００、複数の着脱自在の蓋２００Ａ−Ｂ、エンクロージャ３００、放射線遮蔽用盛土４００、及び密閉封止容器５００を備える。図４に示されるように、換気システム１０００は、地盤１０から取り除かれる（図２〜図３）。しかし、図１〜図３に示されるように、換気システム１０００は、特に、地下環境（すなわち、地盤１０の地盤面水準１５より下）において高レベル放射性廃棄物を収容する複数の密閉封止容器５００の乾式貯蔵を実現するように設計される。
【００１６】
例示した実施形態においては、換気システム１０００の実質的な全体は、（着脱自在の蓋２００Ａ−Ｂを除いては）地盤面水準１５より下にある。より詳細には、例示した実施形態においては、エンクロージャ３００の屋根スラブ３０２の上部表面３０１は、周囲の地盤面水準１５と実質的に同じ高さにある。他の実施形態においては、換気システム１０００の一部が、地盤面水準１５の上に突出する場合がある。このような例においては、換気システム１０００は、貯蔵シェル１１０Ｂに支持される密閉封止容器５００の全体が地盤面水準１５より下にある限りは、依然として「地下」にあると考えられる。これは、ＩＳＦＳＩ又はＩＳＦにおいて周囲の土壌／地盤１０の放射線遮蔽効果を十分活用している。このように、土壌／地盤１０は、地上のオーバーパックで実現され得ない、換気システム１０００に貯蔵される高レベル放射性廃棄物に対してある程度の放射線遮蔽を与える。
【００１７】
本発明は使用済み（ｓｐｅｎｔ）／使用済み（ｕｓｅｄ）核燃料の貯蔵のために使用されているとして本明細書において説明されるが、換気システム１０００は、他のタイプの高レベル放射性廃棄物を貯蔵するのに使用され得る。本明細書において使用される用語「密閉封止容器５００」は、使用済み核燃料などの高レベル廃棄物の乾式貯蔵のために密閉封止されるキャニスタ及び熱導電性キャスクの両方を含むことが意図される。通常、この種の容器５００は、間隔を置いて配置された関係で複数の使用済み燃料棒を収容するようにその中に直接建造されるハニカム・グリッドワーク／バスケット、又は他の構造体を備える。本発明において使用するのに特に適しているキャニスタの例は、多目的キャニスタ（「ＭＰＣ」）である。本発明において使用するのに特に適しているＭＰＣは、１９９９年４月２７日に発行されたＫｒｉｓｈｎａ  Ｓｉｎｇｈの米国特許第５８９８７４７号明細書に開示されており、その全体が参照により本明細書中に組み込まれる。
【００１８】
換気システム１０００は、高レベル使用済み燃料キャニスタ移送作業用の１００トン及び１２５トンの移送キャスクと完全に互換性がある、垂直な、換気された乾式貯蔵システムである。換気システム１００は、任意のサイズ又はスタイルの移送キャスクと互換性があるように改変され／設計され得る。換気システム１０００は、地上のオーバーパックの代わりにＩＳＦＳＩ又はＩＳＦにおいて貯蔵するための高レベル放射性廃棄物を収容する複数の密閉封止容器５００を受け入れるように設計される。
【００１９】
換気システム１０００は、自然対流／換気によって密閉封止容器５００内の高レベル放射性廃棄物の受動冷却を容易にする貯蔵システムである。換気システム１０００には、送風機及び閉ループ強制流体冷却システムなどの強制冷却装置がない。その代わりとして、換気システム１０００は、密閉封止容器５００の周りで必要な空気の循環を実現するように、上昇する暖められた空気の自然現象、すなわち煙突効果を利用する。本質において、換気システム１０００は、地下環境において高レベル放射性廃棄物を収容する複数の容器５００の必要な換気／冷却を実現することができる複数の改変された換気垂直モジュールを備える。
【００２０】
貯蔵アセンブリ１００は、通常、垂直に方向付けられた空気吸入シェル１１０Ａと、複数の垂直に方向付けられた貯蔵シェル１１０Ｂと、（１）空気吸入シェル１１０Ａから貯蔵シェル１１０Ｂへ、及び（２）隣接する貯蔵シェル１１０Ｂの間で空気を分布させるための管のネットワーク１５０とを備える。貯蔵シェル１１０Ｂは、空気吸入シェル１１０Ａを取り囲む。例示した実施形態においては、空気吸入シェル１１０Ａは、貯蔵シェル１１０Ｂと構造的に全く同じである。しかし、下記で説明されるように、空気吸入シェル１１０Ａは、換気システム１０００の方への低温空気用の入口下降管通路として働き得るように、空の（すなわち、熱負荷がなく、遮るものがない）ままであることが意図される。貯蔵シェル１１０Ｂのそれぞれは、積み重ねられた配置で２つの密閉封止容器５００を受け入れ、容器５００の貯蔵／冷却チャンバとして作用するのに適応している。しかし、本発明のある実施形態においては、空気吸入シェル１１０Ａは、空気吸入シェル１１０Ａの空気吸入キャビティ１１１Ａにより低温空気の入口が貯蔵シェル１１０Ｂを換気できるようにする限りは、構造的に貯蔵シェル１１０Ｂと異なる。簡単に言うと、空気吸入シェル１１０Ａの空気吸入キャビティ１１１Ａは、（下記で議論される）配管網１５０の方への冷却空気の入口のための下降管通路として作用する。
【００２１】
他の実施形態においては、空気吸入シェル１１０Ａは、貯蔵シェル１１０Ｂのそれとは異なる断面形状、断面サイズ、建築材料、及び／又は高さを有する。空気吸入シェル１１０Ａは通常の運転及び使用時に空のままであることが意図されるが、循環空気流が必要とされないほどに貯蔵シェル１１０Ｂに貯蔵されている容器５００の熱負荷が十分に小さい場合には、空気吸入シェル１１０Ａは、（適切な放射線遮蔽蓋がその上に配置される限り）１つ又は複数の容器５００に対して使用され得る。
【００２２】
例示した実施形態においては、各空気吸入シェル１１０Ａ及び複数の貯蔵シェル１１０Ｂは、形状が円筒形である。しかし、他の実施形態においては、シェル１１０Ａ、１１０Ｂは、長方形、等などの他の形状をとることができる。シェル１１０Ａ、１１０Ｂは、開口頂端部及び閉鎖低端部を有する。シェル１１０Ａ、１１０Ｂは、３×３のアレイを形成する並んで立っている方向付けで配置される。空気吸入シェル１１０Ａは、３×３のアレイの中央に配置される。空気吸入シェル１１０Ａは中央に配置されることが好ましいが、本発明はそのように限定されないことに留意されたい。アレイにおける空気吸入シェル１１０Ａの配置は、要望通り変更され得る。さらに、換気システム１０００の例示した実施形態は、シェル１１０Ａ、１１０Ｂの３×３のアレイを備えるが、他のアレイ・サイズ及び／又は配置が、本発明の代替実施形態において実施され得る。
【００２３】
シェル１１０Ａ、１１０Ｂは、並んで立っている関係で間隔を置いて設けられることが好ましい。シェル１１０Ａと１１０Ｂとの間のピッチは、約１５フィートから２５フィートの範囲内であり、より好ましくは約１８フィートである。しかし、シェル１１０Ａと１１０Ｂとの間の正確な距離は、ケースバイケースを基本に決定され、本発明を限定するものではない。シェル１１０Ａ、１１０Ｂは、低炭素鋼を含む、鋼などの厚い金属で構成されることが好ましい。しかし、金属、合金、及びプラスチックを含むがそれに限定されない他の材料が使用され得る。他の例には、ステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、鉛、等がある。シェル１１０Ａ、１１０Ｂの厚さは、０．５インチから４インチの範囲内であり、より好ましくは約１インチである。しかし、シェル１１０Ａ、１１０Ｂの正確な厚さは、建築材料、貯蔵されている使用済み燃料の熱負荷、及び貯蔵されている使用済み燃料の放射線レベルのような要因を考慮して、ケースバイケースを基本に決定されることになる。
【００２４】
空気吸入シェル１１０Ａは、空気吸入下降管キャビティ１１１Ａを形成し、軸Ａ−Ａに沿って延在する。例示した実施形態においては、空気吸入シェル１１０Ａの軸Ａ−Ａは、実質的に垂直に方向付けられる。貯蔵シェル１１０Ｂのそれぞれは、貯蔵キャビティ１１１Ｂを形成し、軸Ｂ−Ｂに沿って延在する。例示した実施形態においては、貯蔵シェル１１０Ｂのそれぞれの軸Ｂ−Ｂは、実質的に垂直に方向付けられる。貯蔵キャビティ１１１Ｂのそれぞれは、容器５００のうちのわずか１つを収容する水平横断面を有する（これは、高レベル放射性廃棄物を搭載している）。貯蔵シェル１１０Ｂの貯蔵キャビティ１１１Ｂの水平横断面は、容器５００が貯蔵のためにその中に配置された場合に、小さなギャップ／クリアランス１１２Ｂが容器５００の外側側壁と貯蔵キャビティ１１１Ｂの側壁との間に存在するように、寸法付けされ、形成される。貯蔵シェル１１０Ｂ及び容器５００について形状が円筒形である場合には、ギャップ１１２Ｂは、環状ギャップである。
【００２５】
小さなギャップ１１２Ｂが貯蔵された容器５００の側壁と貯蔵キャビティ１１１Ｂの側壁との間に形成されるように貯蔵シェル１１０Ｂの貯蔵キャビティ１１１Ｂを設計すると、容器５００が大惨事中に貯蔵キャビティ１１１Ｂ内で移動し得る程度が制限され、それによって、容器５００が貯蔵キャビティ１１１Ｂ内で倒れることを阻止すると同時に、容器５００及び貯蔵シェル１１０Ｂの損傷が最小限になる。また、これらの小さなギャップ１１２Ｂは、容器５００内で高レベル放射性廃棄物の冷却中の加熱空気の流れが容易にする。
【００２６】
上で述べたように、貯蔵アセンブリ１００はまた、貯蔵シェル１１０Ｂのすべてを空気吸入シェル１１０Ａに（及び互いに対して）流体接続する管のネットワーク１５０を備える。管のネットワーク１５０は、複数の１次空気送出管１５１及び複数の２次空気送出管１５２を備える。１次空気送出管１５１は、貯蔵シェル１１０Ｂのそれぞれに設けられる。各貯蔵シェル１１０Ｂについて、その貯蔵シェル１１０Ｂに供給する１次空気送出管１５１は、空気吸入下降管キャビティ１１１Ａの底部からその貯蔵シェル１１０Ｂの貯蔵キャビティ１１０Ｂの底部に１次空気送出通路を形成する。したがって、各貯蔵シェル１１０Ｂについて、低温空気をその貯蔵シェル１１０Ｂの貯蔵キャビティ１１１Ｂに送出する１次空気送出通路の全体は、貯蔵アセンブリ１００の１次空気送出通路の他のすべてのものの全体と異なる。たとえば、低温空気を左上コーナー貯蔵シェル１１０Ｂの貯蔵キャビティ１１１Ｂに送出する１次空気送出管１５１の１次空気送出通路は、図１で太い矢印１５５によって示される第１の経路に沿って延在する。しかし、低温空気を左下コーナー貯蔵シェル１１０Ｂの貯蔵キャビティ１１１Ｂに送出する１次空気送出管１５１の１次空気送出通路は、図１で太い矢印１５６によって示される第２の経路に沿って延在する。図に示すように、第１の経路１５５及び第２の経路１５６は、いかなる共通した部分も有さない。同じことが、貯蔵アセンブリ１００の１次空気送出管１５１によって形成される１次空気送出通路のすべてにも当てはまる。
【００２７】
１次空気送出管１５１のそれぞれは、空気吸入シェル１１０Ａの軸Ａ−Ａと交差する実質的に直線の軸Ｃ−Ｃに沿って延在する。例示した実施形態においては、１次空気送出管１５１は、それらの軸Ｃ−Ｃに沿って空気吸入シェル１１０Ａの軸Ａ−Ａから四方に広がる。例示した実施形態においては、１次空気送出管１５１のそれぞれの実質的に直線の軸Ｃ−Ｃは、空気吸入シェル１１０Ａの軸Ａ−Ａに対して実質的に垂直である。図に示すように、１次空気送出管１５１によって形成される１次空気送出通路のそれぞれは、換気システム１０００の底部の近くに同じ水平面内に配置される。
【００２８】
例示した実施形態においては、８本の別個の１次空気送出管１５１によって形成される８つ（８）の別個の１次空気送出通路がある。他の実施形態においては、多かれ少なかれ８つの貯蔵シェル１１０Ｂが使用されることができ、したがって、１次空気送出管１５１の適切な数がまた請われることになる。さらに、他の実施形態においては、１次空気送出管１５１は、直線でなくてもよい。
【００２９】
上で述べたように、管のネットワーク１５０はまた、貯蔵シェル１１０Ｂの隣接するものそれぞれの対の間に延在する２次空気送出管１５２を備える。各２次空気送出管１５２は、それが接続する貯蔵シェル１１０Ｂのうちの隣接するものの貯蔵キャビティ１１１Ｂの底部の間に２次空気送出通路を形成する。図１に見られるように、２次空気送出管１５２の２次空気送出通路及び貯蔵シェル１１０Ｂの貯蔵キャビティ１１１Ｂは、流体回路ループ１５７を集合的に形成する（これは、例示した実施形態においては、正方形のループである）。図に示すように、流体回路ループ１５７の全体は、貯蔵アセンブリ１００の１次空気送出管１５１によって形成される１次空気送出通路のすべての全体から独立している。
【００３０】
さらに、管のネットワーク１５０の管１５１、１５２の構成、ならびに貯蔵シェル１１０Ｂ及び空気吸入シェル１１０Ａの配置の結果として、空気吸入キャビティ１１１Ａから各貯蔵キャビティ１１０Ｂの貯蔵キャビティ１１１Ｂに至る少なくとも３つの異なる空気送出通路がある。これらの３つの空気送出通路のそれぞれのものの全体は、これらの空気送出通路の他の２つの全体と異なる。たとえば、アレイの右上コーナー貯蔵シェル１１０Ｂの貯蔵キャビティ１１１Ｂについて、第１の空気送出経路１５７、第２の空気送出経路１５８、及び第３の空気送出経路１５９が存在する（これらのすべては、図１に太い点線で描写されている）。第１の空気送出経路１５７は、１次空気送出管１５１のうちの１つの１次空気送出通路、上部中央貯蔵シェル１１０Ｂの貯蔵キャビティ１１１Ｂ、及び２次空気送出管１５２のうちの１つの２次空気送出通路を通過する。第２の空気送出経路１５８は、１次空気送出管１５１の別の１つの１次空気送出通路のみを通過する。第３の空気送出経路１５９は、１次空気送出管１５１のうちのさらに別の１つの１次空気送出通路、右中央貯蔵シェル１１０Ｂの貯蔵キャビティ１１１Ｂ、及び２次空気送出管１５２のうちの別の１つの２次空気送出通路を通過する。図に示すように、第１の空気送出経路１５７、第２の空気送出経路１５８、及び第３の空気送出経路１５９は、いかなる共通した部分／一部も有さない。したがって、換気システム１０００のあらゆる貯蔵キャビティ１１１Ａは、その貯蔵キャビティ１１１Ａと空気吸入キャビティ１１１Ａとの間を導く３つの異なる空気送出経路によって支配されており、それにより、換気システム１０００に積載されたあらゆる容器５００への空気供給に関して２重冗長性が確保される。ある実施形態においては、管のネットワーク１５０は、貯蔵シェル１１０Ｂのそれぞれによって吸い込まれる空気の量がベルヌーイの法則に従うように調整するように構成される。各貯蔵キャビティ１１１Ｂを通る空気流（これは、容器５００の熱負荷によって引き起こされる）は、換気システム１０００の貯蔵キャビティ１１１Ｂの他の任意のものによって引き寄せられる空気流により左右される。そのうえ、上で述べたように、換気システム１０００のあらゆる貯蔵キャビティ１１１Ｂは、任意の２つの流れの幹線の封鎖が影響を受けたセルの急激な温度上昇を引き起こさないように、少なくとも３つの異なる空気送出通路（すなわち経路）によって空気が供給される。
【００３１】
配管網１５０の特定の構成により、アレイの中の１つの貯蔵キャビティ１１１Ｂが空のままにしておかれた場合、この空の貯蔵キャビティ１１１Ｂは、（空気吸入シェル１１０Ａの１つに類似した）別の空気吸入下降管通路になるであろう。換言すれば、空の貯蔵キャビティ１１１Ｂ内の空気は、下方に流れ、低温空気を配管網１５０に給送し始めることになる。実際に、低発熱キャニスタを搭載している任意の貯蔵キャビティ１１１Ｂはまた、ダウンドラフト・セルになり得る。任意の所与のキャニスタ積載状況において空気が流れる方向を決定するために、人は、コンピュータ・プログラムの助けにより、一組の非線形（流れが二次の）連立方程式（配管網についてのベルヌーイの方程式）を解く必要がある。トリチェリの法則のやり方による手動計算は、可能であるとは限らない。
【００３２】
配管網１５０の相互接続性の利点は、人が１つの貯蔵キャビティ１１１Ｂに達する１次空気送出管１５１を封鎖する結果を考えると明らかになる（原子力プラント設計業務における必修の安全性問題）。なぜなら、隣接した／隣り合った貯蔵キャビティ１１１Ｂが２つの交互で異なる経路を通して困窮した貯蔵キャビティ１１１Ｂを救援することができるとその貯蔵キャビティ１１１Ｂは吸気を無くさないことになるからである。
【００３３】
管のネットワーク１５０は、空気吸入キャビティ１１１Ａ及び貯蔵キャビティ１１１Ｂのそれぞれを一緒に密閉流体接続する。１次空気送出管１５１及び２次空気送出管１５２のすべてが、キャビティ１１１Ａと空洞１１１Ｂとの間に流体通路のネットワークを形成するように空気吸入シェル１１０Ａ及び貯蔵シェル１１０Ｂの底部に又はその近くに密閉接続する。もちろん、適切に配置された開口部が、配管網１５０の１次空気送出管１５１及び２次空気送出管１５２が流体連結される空気吸入シェル１１０Ａ及び貯蔵シェル１１０Ｂのそれぞれの側壁に設けられる。結果として、空気吸入シェル１１０Ａに入る低温空気は、配管網１５０を介して貯蔵シェル１１０Ｂのすべてに分配され得る。入って来る低温空気は、その中に配置される容器５００の冷却を実現するように（開口部を介して）貯蔵シェル１１０Ｂの貯蔵１１１Ｂの底部に又はその近くに供給されることが好ましい。
【００３４】
配管網１５０の管１５１、１５２及びシェル１１０Ａ、１０Ｂの内部表面は、圧力損失を最小限にするように滑らかであることが好ましい。１次及び２次空気送出管１５１、１５２は、一体の／単一構造を形成するように取り付けられたシェル１１０Ａ、１１０Ｂのそれぞれにシール接合され、この一体の／単一構造は、水及び他の流体の進入に対して密閉封止する。溶接可能な金属の場合は、このシール接合は、溶接又はガスケットの使用を含んでもよい。溶接の場合は、配管網１５０及びシェル１１０Ａ、１１０Ｂは、単一構造体を形成する。さらに、図６及び図９に示されるように、シェル１１０Ａ、１１０Ｂのそれぞれは、一体に連結された床１３０、１３１をさらに備える。したがって、水及び他の流体がシェル１１０Ａ、１１０Ｂの内部キャビティ１１１Ａ、１１１Ｂ又は配管網１５０の任意のものに入り得る唯一の方法は、内部キャビティの開口頂端部を通してであり、これは、着脱自在の蓋２００Ａ、２００Ｂによって閉じ込められる。
【００３５】
コール・タール・エポキシ、等などの適切な防腐剤が、シールを確実にし、材料の腐食を低減し、かつ火災を防止するように、シェル１１０Ａ、１１０Ｂ及び配管網１５０の露出面に塗布される。適切なコール・タール・エポキシは、商品名Ｂｉｔｕｍａｔｉｃ  ３００Ｍの下にＳｔ．Ｌｏｕｉｓ，ＭｉｓｓｏｕｒｉのＣａｒｂｏｌｉｎｅ  Ｃｏｍｐａｎｙによって製造されている。
【００３６】
上で述べたように、換気システム１００は、エンクロージャ３００をさらに備える。エンクロージャ３００は、通常、屋根スラブ３０２、床スラブ３０３、及び直立壁３０４を備える。エンクロージャ３００は、貯蔵アセンブリ１００が配置されるエンクロージャ空洞３０５を形成する。エンクロージャ空洞３０５は、屋根スラブ３０２が地盤面水準１５のところにあるにもかかわらず地下の液体がエンクロージャ空洞の中に又はそれから滲み出ることができないように、密閉封止される。
【００３７】
床スラブ３０３は、空気吸入キャビティ１１１Ａ及び貯蔵キャビティ１１１Ｂのそれぞれにアクセスを提供する複数の開口部３０６を備える。例示した実施形態においては、空気吸入シェル１１０Ａ及び貯蔵シェル１１０Ｂのそれぞれは、エンクロージャ３００の屋根スラブ３０２、より詳細には開口部３０６を通過する。空気吸入シェル１１０Ａと屋根スラブ３０２との間の界面、及び貯蔵シェル１１０Ｂと屋根スラブ３０２との間の界面は、本質的に密閉している。結果として、エンクロージャ３００もシェル１１０Ａ、１１０Ｂも共に、エンクロージャ空洞３０５の密閉封止に寄与する。適切なガスケット、密閉剤、Ｏ−リング、又は厳しい精度の構成部品が、これらの界面で所望の密閉封止を実現するのに使用され得る。
【００３８】
屋根スラブ３０２（これはまた、ＩＳＦＳＩパッドと考えられ得る）は、キャスク・トランスポーターに適格な耐荷重面を提供する。また、屋根スラブ３０２は、偶発的なミサイル及び発射体に対する防御の第１の防御線として役立つ。屋根スラブ３０２は、モノリシック鉄筋コンクリート構造物である。開口部３０６に隣接する屋根スラブ３０２の一部は、わずかに傾斜され、雨水が空気吸入シェル１１０Ａ及び貯蔵シェル１１０Ｂから遠ざかるように方向付けられることを確保するように残部よりも厚肉である。屋根スラブ３０２は、（１）地盤の中への雨／雪による水の浸透に対する鉄筋コンクリートの本質的に不浸透性のバリアを提供すること、（２）空気吸入シェル１１０Ａ及び貯蔵シェル１１０Ｂのフランジの接合部表面を提供すること、（３）空気吸入シェル１１０Ａ、貯蔵シェル１１０Ｂのそれぞれの周りに清浄なデブリフリー領域を維持するように補助すること、及び（４）キャスク・トランスポーターのために必要な搭乗面を提供することを含む、換気システム１０００のいくつかの目的のために機能する。
【００３９】
貯蔵アセンブリ１００は、床スラブ３０３の上に載っており、これは、鉄筋コンクリート・パッド（また支持基盤パッド（ＳＦＰ）と呼ばれる）である。シェル１１０Ａ、１１０Ｂのそれぞれは、床スラブ３０３にキー止めされる。例示した実施形態においては、このキーイングは、床１３０、１３１の隆起部分１３２、１３３を床スラブ３０３の上面に形成される適切な凹所３０７と整合させることによって実現される（図６及び図９を参照されたい）。また、このキーイングは、床スラブ３０３に関して各シェル１１０Ａ、１１０Ｂの横方向移動を抑制する。空気吸入シェル１１０Ａは、床スラブ３０３のわずかにより深い凹所に着座し、この床スラブ３０３は、塵、デブリ、地下水、等の捕集のためにシステム１０００に「排水だめ」を備え、その場所から、これは容易に取り除かれる。直立壁３０４と屋根スラブ３０２との間の接合箇所３０８（図５Ａ）が、水の進入を防ぐように設計される。同様に、直立壁３０４と床スラブ３０３との間の接合箇所３０９（図５Ｂ）が、水の進入を防ぐように設計される。もちろん、スラブ３０２、３０３のどちらか又は両方は、直立壁３０４と一体に形成され得る。
【００４０】
床スラブ３０３は、長期間の貯蔵及び地震中に、積載された貯蔵アセンブリ１００の重量を支持するのに十分に強固である。積載された容器５００の重量に加えて貯蔵アセンブリ１００の重量は、掘削され取り去られた地盤の重量に類似するので、長期沈下を引き起こすように床スラブに作用する追加の圧力は極めて小さい。
【００４１】
ある実施形態においては、上で議論したように、いったん貯蔵アセンブリ１００が床スラブ３０３の上に配置されると、管のネットワーク１５０及びシェル１１０Ａ、１１０Ｂの底部は、グラウトの層３１０に包み込まれる。ある実施形態においては、グラウトの層３１０は、省略され、又はコンクリートの層で置き換えられてもよい。
【００４２】
エンクロージャ空洞３０５の残りの容積は、放射線遮蔽用盛土４００で満たされる。ある実施形態においては、放射線遮蔽用盛土は、強化盛土、土壌、及び／又はそれらの組合せであってもよい。適切な強化盛土は、砂利、粉砕岩石、コンクリート、砂土、等を含むがそれに限定されない。所望の強化盛土は、手作業、投げ捨て、その他を含む任意の実現可能な手段でエンクロージャ空洞３０５に供給され得る。他の実施形態においては、エンクロージャ空洞３０５の残りの容積は、エンクロージャ３０５によってモノリシック構造物を形成するようにコンクリートで満たされ得る。
【００４３】
さらに他の実施形態においては、エンクロージャ空洞３０５の残りの容積は、容器５００内の高レベル放射性廃棄物に対して放射線遮蔽を与える低レベル放射性物質で満たされ得る。適切な低レベル放射性物質には、低比放射能土壌、低比放射能破砕コンクリート、低比放射能砂利、活性化金属、低比放射能デブリ、及びそれらの組合せがある。この種の低レベル放射性廃棄物による放射線は、鋼、及びエンクロージャ３００の鉄筋コンクリート構造物によって容易に封鎖される。結果として、地盤１０（すなわち地盤（ｓｕｂｇｒａｄｅ））も低レベル放射性廃棄物／物質も共に、容器５００に貯蔵された高レベル廃棄物から放射される放射線に対して有効な遮蔽材として役立つ。地盤空間内での低比放射能廃棄物の隔離は、浄化を必要とするおびただしい量のこの種の材料を有するプラントに対して貴重な機会を提供する。廃炉中のプラント、特にチェルノブイリ及び福島などの使えなくなったユニットは、明らかに、本発明の地下キャニスタ貯蔵システムで入手できるこの補助的な利益を駆使することができる。
【００４４】
図１〜図４及び図８を同時に参照して、空気吸入シェル１１０Ａの開口頂端部は、着脱自在の蓋２００Ａによって閉じ込められる。着脱自在の蓋２００Ａは、従来技術で知られているように、空気吸入シェル１１０Ａ又はエンクロージャ３００の屋根スラブ３０２に着脱自在に連結される。着脱自在の蓋２００Ａは、低温空気が空気吸入キャビティ１１１Ａの中に吸い込まれるようになる１つ又は複数の空気送出通路２２１Ａを備える。適切なスクリーンが、１つ又は複数の空気送出通路２２１Ａの上に設けられ得る。空気吸入キャビティ１１１Ａは高レベル放射性廃棄物を収容する容器５００を貯蔵するのに使用されないので、着脱自在の蓋２００Ａは、着脱自在の蓋２００Ｂがそうであるように、放射線遮蔽を与えるのに十分なコンクリート及び鋼で構成される必要がない。
【００４５】
図１〜図４及び図７を同時に参照して、貯蔵キャビティ１１１Ｂに貯蔵された積載された容器５００に対して必要な放射線遮蔽を与えるために、低炭素鋼及びコンクリートの組合せで構成された着脱自在の蓋２００Ｂが、貯蔵キャビティ１１１Ｂのそれぞれを閉じ込める。着脱自在の蓋２００Ｂは、従来技術で知られているように、貯蔵シェル１１０Ｂ、又はエンクロージャ３００の屋根スラブ３０２に着脱自在に連結される。蓋２００Ｂは、フランジ部分２１０Ｂ及びプラグ部分２１１Ｂを備える。プラグ部分２１１Ｂは、フランジ部分２１０Ｂから下方に延在する。フランジ部分２１０Ｂは、プラグ部分２１１Ｂを取り囲み、そこから半径方向に延在する。
【００４６】
１つ又は複数の空気出口通路２２１Ｂが、着脱自在の蓋２００Ｂのそれぞれに設けられる。各空気出口通路２２１Ｂは、プラグ部分２１１Ｂの底表面２２３Ｂの開口部２２２Ｂから着脱自在の蓋２００Ｂの外表面の開口部２２４Ｂまで通路を形成する。雨水又は他のデブリが空気出口通路２２１Ｂに入りかつ／又はそれを封鎖するのを防止するように、キャップ２３３Ｂが開口部２２４Ｂの上に設けられる。キャップ２３３Ｂは、空気出口通路２２１Ｂに入る加熱空気をそこから離脱するように提供しながら、雨水又は他のデブリが開口部２２４Ｂに入るのを阻止するように設計される。１つの実施形態においては、これは、キャップ２３３Ｂの屋根のオーバーハングの真下に、キャップ２３３Ｂの壁２３４Ｂに複数の小さな孔（図示せず）を設けることによって実現され得る。
【００４７】
空気出口通路２２１Ｂは、視野方向がそれを通して存在しないように湾曲される。これは、視野方向が周囲環境から貯蔵キャビティ１１１Ｂに積載されている容器５００まで存在することを阻止し、それによって環境の中への放射線の光が排除される。他の実施形態においては、出口ベントが、視野方向が存在しないようにある角度に曲げられ又は十分に傾斜され得る。
【００４８】
着脱自在の蓋２００Ａ、２００Ｂは、ボルト又は他の連結手段によってシェル１１０Ａ、１１０Ｂ（又はエンクロージャ３００）に固定され得る。ある実施形態においては、着脱自在の蓋２００Ａ、２００Ｂは、蓋２００ａ、２００Ｂ、シェル１１０Ａ、１１０Ｂ又はエンクロージャ３００の完全性を危うくすることなく、かつ／又はさもなければそれらを損傷することなくシェル１１０Ａ、１１０Ｂから取り除かれることができる。換言すれば、いくつかの実施形態においては、各着脱自在の蓋２００Ａ、２００Ｂは、その対応するシェル１０１Ａ、１１０Ｂ及びエンクロージャ３００と共に非単一構造を形成する。しかし、ある実施形態においては、蓋２００Ａ、２００Ｂは、溶接、あるいは、いったん貯蔵シェル１１０Ｂが高レベル廃棄物を搭載した容器５００で積載されると実行される他の半永久的な連結技術を介して固定され得る。
【００４９】
着脱自在の蓋２００Ｂが図７に示されるように貯蔵シェル１１０Ｂの頂上に配置されると、空気出口通路２２１Ｂは、貯蔵キャビティ１１１Ｂと空間的に協働している。空気出口通路２２１Ｂのそれぞれは、貯蔵キャビティ１１Ｂから周囲大気まで通路を形成する。空気吸入シェル１１０Ａの頂上に配置される着脱自在の蓋２００Ａの空気送出通路２２１Ａは、同様な通路を形成する。
【００５０】
空気吸入シェル１１０Ａに関して、空気送出通路２２１Ａは、低温周囲空気が配管網１５０を通して空気吸入シェル１１０Ａの空気吸入キャビティ１１１Ａの中に、及び貯蔵シェル１１０Ｂの貯蔵キャビティ１１１Ｂの底部の中に吸い上げられるようになる通路として作用する。使用済み燃料（又は、熱負荷を有する他の高レベル廃棄物）を収容している容器５００が貯蔵シェル１１０Ｂのうちの１つ又は複数の貯蔵キャビティ１１１Ｂ内に配置されると、この入って来る低温空気は、容器５００によって暖められ、貯蔵キャビティ１１１Ｂの環状ギャップ１１２Ｂ内へ上昇し、貯蔵シェル１１０Ｂの頂上の蓋２００Ｂ内の空気出口通路２２１Ｂを介して貯蔵キャビティ１１１Ｂを出て行く。これが、空気吸入シェル１１０Ａにおいてサイフォン効果を発生させるこの煙突効果である。
【００５１】
次に、図３、図４、及び図９を同時に参照して、貯蔵シェル１１０Ａのそれぞれは、互いの頂部に積み重ねられた単一の容器５００又は２つの容器５００を保持するのに十分な高さで製作される。積み重ねられた配置で、下部容器５００は、支持構造体で支持され、これは、例示した実施形態においては半径方向のラグ１７５の組であり、これは、１次空気送出管１５１によって形成される１次空気送出通路の頂部の上で下部容器５００の底部端を支持する。半径方向のラグ１７５は、容器の底部端高さで容器５００の横方向移動を制止するように形成される。同様に、下部容器５００の頂端部は、１組の半径方向ガイド１７６によって横方向に制止される。半径方向ガイド１７６は、容器５００の挿入（又は引っ込め）中の助けとして働き、また、容器５００の「硬点（ｈａｒｄ  ｐｏｉｎｔ）」（すなわち、容器のベースプレート、及び頂部の蓋）に当たっていることによって地震中に別様に独立して立っている容器５００のがたつきを制限する手段となり、それにより、それらの横方向移動がエンジニアリング限界（ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  ｌｉｍｉｔ）に制限され、過度の慣性負荷に対して貯蔵された高レベル廃棄物が保護される。上部容器５００は、セパレータ・シムがあり又はなしで底部容器５００の頂上に着座する。上部容器５００及び底部容器５００の先端部は、地震起因事象の下でがたつきを阻止するように、ラグ１７５及びガイド１７６によって横方向に制止される。図に示すように、容器５００の全体は、貯蔵キャビティ１１１Ｂ内で支持される場合は地盤面水準１５より下にある。
【００５２】
図１０を参照して、換気システム１０００の代替実施形態において、貯蔵アセンブリ１００は、各貯蔵キャビティ１１１Ｂの熱負荷が等しくないこれらの場合は（極めて一般的な状況）、熱サイフォン駆動空気流増加を助けるように均圧管のネットワーク６００を含むように改変され得る。均圧管のネットワーク６００は、図３において高さ輪郭が描かれた均圧管の場合のような、貯蔵キャビティ１１１Ｂの上部領域に配置された水平ネットワークである。貯蔵シェル１１０Ｂへの均圧管のネットワーク６００の接続は、管のネットワーク１５０の場合に上記で説明したものと同様であることになる。しかし、均圧管のネットワーク６００は、空気吸入シェル１１０Ａの空気吸入キャビティ１１１Ａに連結されない。
【００５３】
ＳＮＦなどの高レベル廃棄物が異なる原子力プラント敷地で多種多様な容器に乾式貯蔵で収容されていることを認識して、換気システム１０００は、それらのすべてを受け入れるように設計される。換気システム１０００は、米国の任意の敷地で現在貯蔵されている任意のキャニスタを交換可能に貯蔵することができる汎用貯蔵システムである。これにより、標準化設計から成る単一の換気システム１０００が国土のその指定された領域でプラントすべてのために機能することができる。さらに、国土のすべての地域貯蔵場が、使用済み燃料キャニスタの敷地間の移送が可能であるように同じ標準化設計を有することが望ましいであろう。加えて、使用済み燃料の量はずっと続いている原子炉運転により増加するので、キャニスタの数は将来にわたって増加すことになる。換気システム１０００は、換気システム１０００をモジュール式に再製作することによって将来の必要性を満たすように拡張可能である。換気システム１０００は、中央施設が国家の燃料のすべてのために建造されるようなことがあれば、これが途方もないスペースを占有することにならないように最小の土地面積をとる。
【００５４】
再び、図１〜図４を全体的に参照して、換気システム１０００は、垂直換気モジュール式構造で使用されることが意図される。したがって、換気システム１０００は、容器５００が平行な深い垂直貯蔵キャビティ１１１Ｂに配列される地下の垂直換気モジュール式アセンブリを目指している。換気システム１０００は、シェル１１０Ａ、１１０Ｂの３×３アレイから成り、中央の空気吸入キャビティ１１１Ａは、空気入口プレナムとして働き、残りの８つの貯蔵キャビティ１１１Ｂは、それぞれ最大２つの容器５００まで蓄える。空気吸入シェル１１０Ａは、８つの周囲の貯蔵キャビティ１１１Ｂすべてのための送風空気用のフィーダとして役立つ。また、空気吸入キャビティ１１１Ａは、貯蔵アセンブリ１００の他の構成要素についての経年変化及び腐食効果を予知できるようにＴｅｌｌｔａｌｅ（テルタール）プレートを収容する。
【００５５】
加えて、空気吸入シェル１１０Ａ及び貯蔵シェル１１０Ｂの上部領域は、入って来る低温空気及び／又は放射線吸収用盛土４００の過度の加熱を防止するように、ある実施形態においては絶縁される。エンクロージャ３００は、万一直立壁３０４のうちの１つに隣接する地盤が（別のモジュール・アレイの追加などの）任意の理由で掘削されている場合には、土壌土被り、及びＤｅｓｉｇｎ  Ｂａｓｉｓ（設計基準）地震荷重に耐えるように構造的に要求にかなうように設計される。
【００５６】
蓋２００Ｂのそれぞれには、容器５００と貯蔵シェル１１０Ｂとの間の環状空間１１２Ｂにおいて上昇する加熱された送風空気のための出口経路として役立つように、半径方向に対称な開口部及び短い着脱自在の「送風管」が装備される。ある実施形態においては、管のネットワーク１５０によるまさしくその底部領域の場合を除いては、任意の他の高さにおいて貯蔵キャビティ１１１Ｂの相互接続性は全くない。
【００５７】
ある実施形態においては、地盤面水準は、周囲の本来の地盤ではなくキャスク・トランスポーターが乗る搭乗面として定義され得る。９個のセルの貯蔵アセンブリ１００は、モノリシック鉄筋コンクリート・エンクロージャ３００によって地下水の侵入から保護される。キャニスタ貯蔵キャビティの中への水の進入に対する第２のバリアは、上で述べたシェル１１０Ａ、１１０Ｂである。最後に、密閉封止容器５００は、第３の水排除バリアとして役立つ。地下の設計に組み込まれる水進入に対する３つのバリアは、高レベル廃棄物についての非常に信頼できる長期の環境隔離を確保することが意図される。
【００５８】
換気システム１０００は、敷地の制限なしで所要数のコンパクトな構成において互いに隣接して配置され得ることが認識される。しかし、各換気システム１０００は、エンクロージャ３００から成るそのモノリシック隔離システムを保有し、それによりこれが他のものから環境上自律的になる。したがって、１つの換気システム１０００において周囲の地盤から隔離のブリーチ（地下水の漏れなどの）は、もしそれが起こるようなことがあれば、他のものに影響するには及ばない。影響されたモジュール換気システム１０００は、全てのキャニスタが容易に取り除かれ、修理され得る。地下システムのこの長期の保守性の特徴は、そのユーザに重要な利点である。
【００５９】
換気システム１０００のもう１つ長所は、大地と接触しているエンクロージャ３００の地下の表面の外側に予防カバーを加える能力であり、それにより、エンクロージャ空洞３０５とその周りの大地との間の物質の移動に対するさらにもう１つのバリアが生じる。
【００６０】
示された実施形態においては、単一の換気システム１０００は、典型的な３４００ＭＷｔ  Ｗｅｓｔｉｎｇｈｏｕｓｅ  ＰＷＲ原子炉からの最大２９５０００キロまでのウラニウムを収容する１６個の使用済み燃料キャニスタを貯蔵する。もちろん、本発明は、そのように限定されるものではなく、本システムは、要望通り大体１６個の燃料キャニスタを貯蔵することができる。下記表Ｉに示すように、本システムは、およそ４６２４平方フィートの土地面積を占める。地下換気システム１０００は制限なしで互いに隣接して配列され得るので、Ｙｕｃｃａ  Ｒｅｐｏｓｉｔｏｒｙの全設計容量を貯蔵するのに必要とされる土地面積は、単に７２１３４４平方フィート、すなわち１６．５エーカーに過ぎない。
【表１】
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【００６１】
米国で記録された最も強い地震動を受けた本発明の地下換気システム１０００の地震応答のシミュレーションは、本換気システム１０００が地震の余波においても燃料を安全に引き続き貯蔵することを示している。これは、正確な同じ設計が国中のあらゆるＩＦＳ敷地で使用されることができ、これらを互いに完全に代替可能にすることを意味する。
【００６２】
墜落する航空機及び他の典型的な竜巻飛来物の衝撃の解析は、本発明の地下キャニスタ換気システムが、煩わされていない状況に燃料を維持することを示した。さらに、本発明の単一の地下キャニスタ換気システムは、建造コストを低減する。
【００６３】
次に図１１を参照して、本発明の第２の実施形態による換気システム２０００が示されている。換気システム２０００は、Ｓｉｎｇｈの２００８年２月１２日に発行された米国特許第７３３０５２６号明細書に開示されたシステムに構造的に類似しており、その全体がその構造の詳細について参照により本明細書に組み込まれる。しかし、高レベル廃棄物の容器５００を貯蔵するのに使用される先行の換気貯蔵システムとは違って、本換気システム２０００は、本体２１００によって提供される放射線遮蔽の一部が低レベル放射性廃棄物盛土２４００の塊によって提供されるように改変される。換気システム１０００と類似して、低レベル放射性廃棄物盛土２４００は、エンクロージャ２３００及び貯蔵シェル２６００によって形成されるエンクロージャ空洞２５００内に密閉封止される。エンクロージャ空洞２５００は、換気システム１０００について上記で説明したように密閉封止される。
【００６４】
適切な低レベル放射性物質には、低比放射能土壌、低比放射能破砕コンクリート、低比放射能砂利、活性化金属、低比放射能デブリ、及びそれらの組合せがある。この種の低レベル放射性廃棄物による放射線は、鋼、及びエンクロージャ２３００の鉄筋コンクリート構造物によって容易に封鎖される。結果として、エンクロージャ２３００も低レベル放射性廃棄物／物質２４００も共に、容器５００に貯蔵された高レベル廃棄物から放射される放射線に対して有効な遮蔽材として役立つ。貯蔵キャビティ２６５０の換気は、米国特許第７３３０５２６号明細書で説明されたように実現され、その関連性のある部分は、参照によりここに組み込まれており、本出願の図１１に示された例示から明らかなはずである。
【００６５】
放射線遮蔽体２１００は、エンクロージャ２３００及び貯蔵シェル２６００を備える。放射線遮蔽体２１００は、高レベル廃棄物を収容する容器５００が配置される貯蔵キャビティ２６５０を形成する。貯蔵キャビティ２６５０は、開口頂端部２６５１及び閉鎖低端部２６５２を有する貯蔵キャビティを有する。貯蔵キャビティの開口頂端部２６５１は、着脱自在の蓋２２０によって閉じ込められ、これは、空気送出通路２２０１及び空気出口通路２２０２の両方を備える。
【００６６】
ある実施形態においては、換気システム２０００は、エンクロージャ２３００の上面２００１が地盤面水準に又はそれより下にあるように地下に配置される。さらに、高レベル放射性廃棄物に対して放射線遮蔽を与えるようにエンクロージャの封止空間内に低レベル放射性廃棄物／物質の塊を含むという考えは、多種多様なキャスク、オーバーパック、及び貯蔵施設配置において実施され得ることに留意されたい。
【００６７】
本明細書を通じて、範囲は、その範囲内にあるそれぞれの及びあらゆる値を説明するために省略表現として用いている。その範囲内にある任意の値は、その範囲の末端として選択され得る。さらに、本明細書において引用したすべての参照は、それらの全体について参照によりここに組み込まれている。本開示の定義及び引用した参照の定義について衝突が生じた場合には、本開示に従う。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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