(57)【要約】  使用済核燃料の移送および貯蔵用の分離可能な多部品キャスクは、中性子放射遮蔽組成物を有する垂直に延びる外部シリンダーと、ガンマ線遮断組成物を有する垂直に延びる内部シリンダーとを含む。内部シリンダーは、使用済み核燃料キャニスターを保持するように構成された空洞を含む。内部シリンダーは、外部シリンダーの空洞内に取り外し可能に取り付けられ、入れ子にされており、使用済燃料キャスクの装着作業中に段階的に分離可能である。第１のシリンダーと第２のシリンダーの間に形成された換気環は、第２のシリンダー内に配置されたときに放射性キャニスターによって放出された熱を除去するための熱除去通路を形成する。内部シリンダーと外部シリンダーの取り外し可能に結合された一対の嵌合トップフランジは、片持ち式で内部シリンダーを支持および吊り下げ、それにより、直接加熱された内部シリンダーが外部シリンダーよりも大幅に熱膨張することを可能にする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用済み核燃料の輸送および貯蔵用の分離可能な多部品キャスクであって、
垂直の長手方向軸と、
中性子放射遮蔽組成物を有する垂直に延びる第１のシリンダーであって、前記長手方向軸に沿って延びる第１の空洞を規定する、第１のシリンダーと、
ガンマ線遮断組成物を有する垂直に延びる第２のシリンダーであって、前記長手方向軸に沿って延在し、使用済み核燃料キャニスターを保持するように構成された第２の空洞を規定し、前記第１のシリンダーの前記第１の空洞内に取り外し可能に取り付けられる、第２のシリンダーと、
前記第１のシリンダーと前記第２のシリンダーとの間に形成された換気環であって、前記第２のシリンダー内に配置されたときに前記キャニスターによって放出される熱を除去するための熱除去通路を規定する、換気環と、
を備える、分離可能な多部品キャスク。
【請求項２】
前記第２のシリンダーは、第１のシェルよりも高い熱伝導率を有する前記第１のシリンダーよりも高い熱伝導率を有する、請求項１に記載のキャスク。
【請求項３】
前記第２のシリンダーは、前記第２のシリンダーの下端に取り付けられた下蓋と、前記第２のシリンダーの上端の周りに円周方向に延びる半径方向に突出する上部取り付けフランジと、を備える、請求項１に記載のキャスク。
【請求項４】
前記上部取り付けフランジは、前記第１のシリンダーの上端に形成された上向きに開いた環状凹部に少なくとも部分的に収容される、請求項１−３のいずれか一項に記載のキャスク。
【請求項５】
前記環状凹部は、Ｌ字型の断面を有する角度リングによって形成される、請求項４に記載のキャスク。
【請求項６】
前記環状凹部は、複数の隆起したスペーサーブロックを含み、前記第２のシリンダーの前記上部取り付けフランジは、前記スペーサーブロック上に着座して、前記第１のシリンダーと前記第２のシリンダーとの間の前記換気環と流体連絡する前記凹部内に前記第１のシリンダーと前記上部フランジとの間に複数の上部空気出口開口部を形成する、請求項４に記載のキャスク。
【請求項７】
前記上部取り付けフランジが、ねじ付き留め具によって前記スペーサーブロックに直接結合されている、請求項６に記載のキャスク。
【請求項８】
前記第１のシリンダーは、城郭風の上端を含み、前記第２のシリンダーの前記上部取り付けフランジは、前記城郭風の上端に支持されて、前記換気環と流体連絡する複数の上部空気開口部を形成する、請求項１−３のいずれかに記載のキャスク。
【請求項９】
前記下蓋が、ガンマ遮断材料および中性子吸収材料で構成される、請求項３または８に記載のキャスク。
【請求項１０】
前記下蓋が、水素性材料を含む、請求項９に記載のキャスク。
【請求項１１】
前記第２のシリンダーの下端に取り付けられた下蓋をさらに備え、前記下蓋は、前記第１のシリンダーの下端にある環状支持フランジの下に下方に延在して、前記換気環へのより低い空気入口を形成する、請求項１に記載のキャスク。
【請求項１２】
前記第２のシリンダーの下端に取り付けられた下蓋をさらに備え、前記下蓋は、前記第２のシリンダーの側壁の間で半径方向外向きに突出しない、請求項１に記載のキャスク。
【請求項１３】
前記第１のシェルの内面は、前記第２のシリンダーを前記第１のシリンダーの中心に配置する前記換気環に配置された複数の垂直の長手方向スプラインを備え、前記換気環の複数の長手方向に延びる空気通路は、前記スプライン間に形成される、請求項１−１２のいずれか一項に記載のキャスク。
【請求項１４】
前記第２のシリンダーを吊上げて移動させるために、前記第２のシリンダーの前記上部取り付けフランジに取り外し可能に取り付けられた複数の吊り上げラグをさらに備える、請求項３に記載のキャスク。
【請求項１５】
前記第２のシリンダーの前記上部取り付けフランジは、前記第１のシリンダーの上部フランジと係合する複数のねじ付き留め具によって前記第１のシリンダーに結合され、前記第１および前記第２のシリンダーは、前記吊り上げラグを介して前記第２のシェルを吊上げることによってユニットとして吊上げられる、請求項１４に記載のキャスク。
【請求項１６】
前記第１のシリンダーおよび第２のシリンダーはそれぞれ、円形の横断面形状を有する円筒形の本体を有する、請求項１に記載のキャスク。
【請求項１７】
使用済み核燃料の貯蔵および輸送のための多成分移送キャスクシステムであって、
垂直の長手方向軸と、
中性子放射遮蔽組成物を有する垂直に延びる外部容器であって、環状上部フランジを含む上端、下端、およびこれらの両端の間に延在し、第１の空洞を規定する円筒形側壁を含む、外部容器と、
ガンマ線遮断組成物を有する垂直に延びる内部容器であって、環状取り付けフランジを含む上端、下端、およびこれらの両端の間に延在し、使用済み核燃料キャニスターを保持するように構成された第２の空洞を規定する側壁を含む、内部容器と、
を備え、前記内部容器が片持ち支持形態で結合されたこれらのフランジを介して吊り下げられて支持されるように、前記内部容器の前記取り付けフランジが前記外部容器の前記上部フランジに取り外し可能に結合され、前記内部容器は、前記外部容器から軸方向にスライド可能に分離可能である、多部品移送キャスクシステム。
【請求項１８】
前記内部容器の前記第２の空洞に配置され、前記内部容器を加熱する使用済み核燃料キャニスターと、
前記長手方向軸に沿って前記内部容器と前記外部容器との間に形成された換気環であって、前記環内の空気は、前記環を通る冷却空気の上方への流れを誘発する内部シェルによって加熱される、換気環と、
前記内部容器の取り付けフランジと前記外部容器の前記上部フランジとの間の界面であって、周囲環境への加熱された空気を排除するために、前記換気環と流体連絡する複数の上部冷却空気出口開口部を規定するように構成される、界面と、をさらに備える、請求項１７に記載システム。
【請求項１９】
前記外部容器の前記上部フランジは、城郭の形となって、前記上部冷却空気出口開口部を規定する前記内部容器の前記取り付けフランジと前記上部フランジとの間に円周方向に離間した複数の垂直ギャップを形成する、請求項１７または１８に記載のキャスクシステム。
【請求項２０】
前記内部シェルの前記下端に取り付けられた下蓋をさらに備え、前記下蓋は、前記外部シェルの前記下端の下に下向きに延在し、前記内部容器と前記外部容器との間に下向きに開いた環状下部冷却空気入口を規定して周囲の冷却空気を前記換気環に導入する、請求項１７−１９のいずれか一項に記載のキャスクシステム。
【請求項２１】
前記内部容器の取り付けフランジが、複数のねじ付き留め具によって前記外部容器の前記上部フランジに結合される、請求項１７−２０のいずれか一項に記載のキャスクシステム。
【請求項２２】
使用済み核燃料を移送および輸送するための方法であって、
内部の第１の空洞を有する外部中性子遮蔽シリンダーおよび内部の第２の空洞を有する内部ガンマ遮断シリンダーを含む核燃料輸送キャスクを用意するステップであって、前記ガンマ遮断シリンダーは、前記中性子遮蔽シリンダーの第１の空洞に取り外し可能に結合され、その内部に入れ子になる、ステップと、
前記ガンマ遮断シリンダーを前記中性子遮蔽シリンダーから分離するステップと、
前記ガンマ遮断シリンダーを支持面に配置するステップと、
複数の使用済み核燃料集合体を、前記ガンマ遮断シリンダーの前記第２の空洞に積み込むステップと、
前記ガンマ遮断シリンダーを前記中性子遮蔽シリンダーの上に持ち上げるステップと、
前記ガンマ遮断シリンダーと燃料キャニスターの組立体を前記中性子遮蔽シリンダーに挿入するステップと、
を含む、方法。
【請求項２３】
前記ガンマ遮断シリンダーを配置するステップの前または後に、前記積み込むステップの前に、燃料キャニスターを前記ガンマ遮断シリンダーに挿入するステップをさらに含み、ここで前記燃料集合体が、前記キャニスターに装着される、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記ガンマ遮断シリンダーを前記中性子遮蔽シリンダーに挿入するステップの後に、前記ガンマ遮断シリンダーの上部取り付けフランジを前記中性子遮蔽シリンダーの上部フランジにボルト締めするステップをさらに含む、請求項２２または２３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連する出願への相互参照
この出願は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる、２０１８年６月７日に出願された米国仮出願第６２／６８１，７３１号の利益を主張する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、一般に、原子力発電所または他の施設によって生成された使用済み核燃料を輸送および貯蔵するために使用されるキャスクに関する。
【０００３】
原子炉の運転において、核エネルギー源は、燃料集合体と呼ばれる集合体に集合的に配置された、濃縮ウランで満たされた中空ジルカロイ管の形態である。燃料集合体のエネルギーが特定の所定のレベルまで枯渇すると、燃料集合体は原子炉から取り出される。軽水炉から排出された使用済み燃料集合体をオフサイト移送またはオンサイト乾式貯蔵のために包装するために使用される標準構造は、燃料バスケットとして知られている。燃料バスケットは、本質的に、プリズム状貯蔵セルの集合体であり、各貯蔵セルは、複数の個別の使用済み核燃料棒を含む１つの燃料集合体を貯蔵するようにサイズ設定される。燃料バスケットは、内部燃料バスケット内の複数の使用済み燃料集合体の安全な輸送または保管のために、換気された外部オーバーパックまたはキャスクに配置される金属製の保管キャニスター内に配置される。
【０００４】
燃料集合体中の使用済み核燃料（ＳＮＦ）は依然として高放射性であり、保護遮蔽を必要とする危険な電離中性子およびガンマ光子（すなわち、中性子およびガンマ線）を同時に放出することに加えて、放散しなければならないかなりの熱を生成する。したがって、燃料集合体の取り扱い、輸送、梱包、保管には注意が必要である。中性子放射は、通常はホウ素を含む金属およびポリマーの遮蔽材料で効果的に減衰させることができる。しかしながら、これらのホウ素含有材料は、燃料バスケットから放出されるガンマ線を減衰および遮蔽するのに効果的ではない。効果的なガンマ線遮蔽には、鉛などの非常に密度の高い材料が必要である。
【０００５】
典型的な移送キャスクは、その内部燃料キャニスターに貯蔵された使用済み核燃料を構造的に保護するように設計された本体を特徴とする。一般的な構成は、鉛で満たされた同心円状に配置された鋼製シェルで構成されている。高密度導電性材料で作られたそのようなキャスク本体は、優れた熱伝導およびガンマ線遮蔽能力を有するが、残念ながら、比較的控えめな中性子捕獲能力を有する。中性子を捕獲するためには、一般に水で満たされたジャケットまたはキャスク本体に一体的かつ恒久的に結合された固体の樹脂材料によって提供される水素材料が必要である。
【０００６】
この従来の移送キャスク設計は、クレーン容量が、キャニスターが挿入された重い移送キャスクを積載するために、一般的に必要なものよりも少ない場合、または施設のキャスク積載面積寸法や空間的制約により、従来の大容量移送キャスクを配置することができない場合に、高い減衰発熱率（すなわち、４０ｋＷを超える）を備えたキャニスターを積載するのに限界または不適切となるいくつかの欠点を有している。
【０００７】
上記のクレーン容量および空間的制約状況を克服する移送キャスクの適用可能性および多様性を拡張するために従来の移送キャスク設計の改善が望まれる。
【発明の概要】
【０００８】
本出願は、２つの取り外し可能に結合され、分離可能な入れ子になった容器からなる、独特の多部品移送キャスクを提供する。本開示による移送キャスクは、主に、外部中性子遮蔽容器またはシリンダー（ＮＳＣ）と、ＮＳＣに取り外し可能に挿入可能な内部ガンマ遮断容器またはシリンダー（ＧＢＣ）と、を含む。中性子遮蔽材料がキャスク本体のガンマ遮断材料と恒久的に組み込まれる可能性がある従来の移送キャスクとは異なり、非恒久的に取り付けられ分離可能なＧＢＣを備えた本発明のツーピース移送キャスクシステムにより、使用済み燃料キャニスターキャスクの装着操作が可能になる。キャスク積載領域（使用済み燃料プールなど）の限られた空間的制約内で、および該当する状況での限られたクレーン持ち上げ能力内で、達成できる特定の方法であるテージングされる。そうでなければ、燃料キャニスターの重量は、キャニスターの全貯蔵容量よりも少ない使用済み燃料集合体を挿入することによって減らす必要があり、より多くのキャニスターを使用しなければならないので非効率的で費用がかかる。
【０００９】
移送キャスクの内部ＧＢＣの本体は、ガンマ線を遮断するのに有効なガンマ線を遮断するために、鋼、鉛、または銅などの高密度で高熱伝導性の材料からなることが好ましいガンマ線遮断組成物を有し、組み合わせてシリンダーに構造的完全性を提供する。したがって、ＧＢＣのシェルは、ＮＳＣのシェル（中性子放射を遮蔽する役割をして、中性子遮蔽のために熱伝導率特性が低く、概して異なる一般的に密度の低い材料を必要とする）よりも高い熱伝導率を有する材料で構成される。ＧＢＣ本体には、使用済み核燃料キャニスターを囲んで支える円筒形の空洞がある。移送キャスクには、ＮＳＣを固定するための適切なサイズのフランジまたはその他の構造的接続または要素がある。ＧＢＣは、いくつかの実施形態では、ＧＢＣが燃料積載のためにステージングされる使用済み燃料プール内のキャスク積載領域のアーキテクチャに適合するように、非円筒形の外部プロファイルであり得る。一実施形態では、ＧＢＣのシェルは、円形の横断面を有する円筒形を有する。
【００１０】
移送キャスクの外部ＮＳＣは、キャニスターおよびＧＢＣの内部で使用された燃料によって放出される中性子を減衰および吸収する（すなわち、遮蔽する）機能を果たす。したがって、ＮＳＣは、中性子減速のためにホウ素を含み得る固体または液体の中性子放射遮断組成物を有する。それは補足的なガンマ遮蔽を提供することもできるが、その主な機能は中性子の遮蔽を提供することである。ＮＳＣは、ＮＳＣの重量が利用可能な原子力施設のクレーンの吊り上げ能力を超える可能性があるか、またはそのサイズが空間的制約という理由により施設のキャスク積載エリア（すなわち、使用済み燃料プール）での積載作業を制限する場合に、キャスクのＧＢＣ本体から分離される。使用済燃料集合体を備えた水で満たされた燃料キャニスターは、燃料プールに沈められた状態でＧＢＣに装着され得る。キャスク積載エリア（キャニスターを含む）からＧＢＣを取り外した後、ＧＢＣとＮＳＣを結合する。使用済燃料プールからＧＢＣを除去する際、燃料キャニスターに含まれた水は、ＧＢＣが外部ＮＳＣに配置されるまで中性子遮蔽を提供する。ＧＢＣおよび積載された水で満たされた燃料キャニスター（ＮＳＣなし）のより軽いリフト重量は、許容されるクレーン容量の範囲内であることが有利である。使用済燃料プールのキャスク積載エリアでの操作が完了すると、ＧＢＣが設置され、ＮＳＣとＧＢＣは、本明細書でさらに説明するように結合される。ＧＢＣとＮＳＣで構成される移送キャスク組立体は、従来のキャニスターの閉鎖と移送作業を開始するために必要なキャニスター内の使用済み核燃料の遮蔽を備える。好ましくは、ＮＳＣは、中性子遮蔽の失効がないことを保証するために、ＧＢＣ内のキャニスターの脱水の前に設置される。ＧＢＣ、キャニスター、およびＮＳＣを含む移送キャスクを持ち上げる前に、キャニスターを脱水して、全体のリフト重量をクレーン（またはキャスク、垂直移送車両などの他のリフト装置）の容量内に減らすことが好ましい。ＮＳＣを設置すると、キャニスター内の水による中性子保護の必要がなくなる。
【００１１】
本開示によるツーピース移送キャスクにおける熱除去の主な手段は、ＧＢＣとＮＳＣとの間に形成された円周方向および垂直方向に延びる換気環における自然対流気流換気作用である。冷却空気の循環は、ＧＢＣの内部にあるキャニスター内の使用済み燃料集合体から放出される崩壊熱によって加熱されるＧＢＣの高温の外面によって自然に引き起こされる。環は、下部空気入口開口部および上部空気出口開口部を有するキャスクの実質的に全高にわたって延びる。熱除去は、オンデマンドの換気能力のために、キャニスターとＧＢＣの界面に、ＧＢＣ内に開放され、換気された環状スペースを提供することによって、さらに強化することができる。最適な熱性能とＡＬＡＲＡ性能を得るには、必要に応じて追加の中性子遮蔽のためにこの二次内部環を水で満たしたままにする機能、または使用済み燃料の装着と移送プロセスのさまざまな段階で追加の熱除去のために時々換気する機能が望ましい。
【００１２】
この排水可能なキャニスターからＧＢＣへの環状空間は、状況によっては、キャニスターの蓋に冷却水を噴霧して過剰な熱を除去することによってキャニスターをより効率的に冷却することが望まれる場合にも価値がある。スプレーは重力で供給され、キャニスターとその中の燃料集合体の構造的完全性を保護するための最大の信頼性のために、環状空間を通ってキャニスターの上および周りを流れることができる。計算によると、スプレーモードでは、無期限水で満たされたキャニスター内の水が沸騰するのを防ぐことができる。これは、燃料ベアリングキャニスターが中性子遮蔽などの長期間水で満たされたままでなければならない場面に対処するために非常に重要である。
【００１３】
分離可能なＮＳＣとＧＢＣとの間の結合構成は独特であり、これらの２つのシリンダー間の熱膨張差を補償する。内部ＧＢＣには上部取り付けフランジがあり、これは、外部ＮＳＣの上部フランジにしっかりと取り外し可能に結合されるので、内部ＧＢＣは、上部の結合フランジを介して片持ち梁式に吊り下げられて支持される。１つの好ましい実施形態では、結合された上部フランジの下で、ＮＳＣとＧＢＣとの間に他の堅固な結合はない。有利なことに、これにより、内部ＧＢＣのより高温の本体（ＧＢＣ内のキャニスターから放出される崩壊核燃料熱によって加熱される）が熱的に成長し、結合されたフランジから長さが垂直に下向きに膨張する。その程度は、自然の周囲冷却空気にされされた比較的低温の外部ＮＳＣよりも大きい。これにより、熱膨張差によるＧＢＣとＮＳＣ間の亀裂の形成が回避される。一実施形態では、２つのフランジは、複数のねじ付き留め具によって一緒にボルト締めすることができる。
【００１４】
一態様では、使用済み核燃料の輸送および貯蔵用の分離可能な多部品キャスクは、垂直の長手方向軸と、中性子放射遮蔽組成物を有する垂直に延びる第１のシリンダーであって、前記長手方向軸に沿って延びる第１の空洞を規定する、第１のシリンダーと、ガンマ線遮断組成物を有する垂直に延びる第２のシリンダーであって、前記長手方向軸に沿って延在し、使用済み核燃料キャニスターを保持するように構成された第２の空洞を規定し、前記第１のシリンダーの前記第１の空洞内に取り外し可能に取り付けられる、第２のシリンダーと、前記第１のシリンダーと前記第２のシリンダーとの間に形成された換気環であって、前記第２のシリンダー内に配置されたときに前記キャニスターによって放出される熱を除去するための熱除去通路を規定する、換気環と、を備える。
【００１５】
一態様では、使用済み核燃料の貯蔵および輸送のための多成分移送キャスクシステムは、  垂直の長手方向軸と、中性子放射遮蔽組成物を有する垂直に延びる外部容器であって、環状上部フランジを含む上端、下端、およびこれらの両端の間に延在し、第１の空洞を規定する円筒形側壁を含む、外部容器と、ガンマ線遮断組成物を有する垂直に延びる内部容器であって、環状取り付けフランジを含む上端、下端、およびこれらの両端の間に延在し、使用済み核燃料キャニスターを保持するように構成された第２の空洞を規定する側壁を含む、内部容器と、を備え、前記内部容器が片持ち支持形態で結合された前記フランジを介して吊り下げられて支持されるように、前記内部容器の前記取り付けフランジが前記外部容器の前記上部フランジに取り外し可能に結合され、前記内部容器は、前記外部容器から軸方向にスライド可能に分離可能である。内部容器を吊り下げて片持ち形態で取り付けることにより、使用済み核燃料キャニスターによって直接加熱された容器を、より冷たい外部容器よりも高い熱膨張率で成長させることができるので、２つの容器間の熱膨張亀裂を回避できる。
【００１６】
一態様では、使用済み核燃料を移送および輸送するための方法は、内部の第１の空洞を有する外部中性子遮蔽シリンダーおよび内部の第２の空洞を有する内部ガンマ遮断シリンダーを含む核燃料輸送キャスクを用意するステップであって、前記ガンマ遮断シリンダーは、前記中性子遮蔽シリンダーの第１の空洞に取り外し可能に結合され、その内部に入れ子になる、ステップと、前記ガンマ遮断シリンダーを前記中性子遮蔽シリンダーから分離するステップと、前記ガンマ遮断シリンダーを支持面に配置するステップと、複数の使用済み核燃料集合体を、前記ガンマ遮断シリンダーの前記第２の空洞に積み込むステップと、前記ガンマ遮断シリンダーを前記中性子遮蔽シリンダーの上に持ち上げるステップと、前記ガンマ遮断シリンダーと燃料キャニスターの組立体を前記中性子遮蔽シリンダーに挿入するステップと、を含む。
【００１７】
本発明のさらなる適用可能領域は、以下に提供される詳細な説明から明らかになるであろう。詳細な説明および特定の例は、本発明の好ましい実施形態を示しているが、例示のみを目的としており、本発明の範囲を限定することを意図していないことを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
本発明は、詳細な説明および添付の図面からより完全に理解され、同様の要素が同様にラベル付けされ、以下の点である。
【００１９】
【図１】本開示による使用済み核燃料の貯蔵および移送のための多部品輸送キャスクシステムの斜視図である。
【００２０】
【図２】その分解斜視図である。
【００２１】
【図３】外部中性子遮蔽シリンダーから切り離されて分離された内部ガンマ遮断シリンダーを示す分解斜視図である。
【００２２】
【図４】縦方向のガイドスプラインおよび他の特徴を示す、中性子遮蔽シリンダーの上部の拡大上面斜視図である。
【００２３】
【図５】移送キャスクの側面断面斜視図である。
【００２４】
【図６】図５から取られたキャスクの拡大された上部詳細であり、矢印で示される冷却空気流路および取り付けフランジ配置を示す。
【００２５】
【図７】図５から取られたキャスクの拡大された底部詳細である。
【００２６】
【図８】シーリングおよび空気流パターンを示すキャスクの底部の拡大側面図の詳細である。
【００２７】
【図９】図２下蓋を内部ガンマ遮断シリンダーに取り付けるための取り付け機構を示すキャスクの底面斜視図である。
【００２８】
【図１０】図９の取り付け機構を示すキャスクの底部の拡大詳細である。
【００２９】
【図１１】内部ガンマ遮断シリンダーの取り付けフランジを外部中性子遮蔽シリンダーに結合するための機構を示す拡大側面断面図である。
【００３０】
【図１２】中性子遮蔽シリンダーの上面図である。
【００３１】
【図１３】キャスクの換気システムを示す断面側面図である。
【００３２】
【図１４】図１のキャスクシステムを利用する核燃料貯蔵および積載施設を示す概略図である。
【００３３】
すべての図面は概略図であり、必ずしも縮尺どおりではない。特定の図に番号が付けられて示されている機能は、本書で特に明記されていない限り、他の図では番号が付けられていないように見える機能と同じである。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
本発明の特徴および利点は、例示的な実施形態を参照することにより、本明細書に例示および説明される。例示的な実施形態のこの説明は、添付の図面に関連して読むことを意図しており、これらは、発明の詳細な説明全体の一部と見なされるべきである。したがって、本開示は、単独でまたは他の特徴の組み合わせで存在し得るいくつかの可能な非限定的な特徴の組み合わせを示すそのような例示的な実施形態に明示的に限定されるべきではない。
【００３５】
本明細書に開示される実施形態の説明において、方向または向きへの言及は、単に説明の便宜のために意図されており、本発明の範囲を限定することを決して意図されていない。  「下」、「上」、「水平」、「垂直」、「上」、「下」、「上へ」、「下へ」、「上部」、「底部」などの相対的な用語、およびそれらの派生語（例えば、「水平に」、「下向きに」、「上向きに」など）は、その時点で説明されている、または説明中の図面に示されている方向を指すと解釈されるべきである。これらの相対的な用語は、説明の便宜のためだけのものであり、装置が特定の方向で構築または操作されることを必要としない。  「取り付けられた」、「固定された」、「接続された」、「結合された」、「相互接続された」などの用語は、特に明記されていない限り、構造が、介在する構造を介して直接的または間接的に互いに固定または取り付けられている関係、ならびに可動式または固定式のアタッチメントまたは関係の両方を指す。
【００３６】
全体を通して使用されるように、本明細書に開示される任意の範囲は、範囲内にあるすべての値を説明するための省略形として使用される。範囲内の任意の値を範囲の終端として選択できる。さらに、本明細書で引用されたすべての参考文献は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。本開示の定義と引用文献の定義に矛盾がある場合は、本開示が優先する。
【００３７】
図１−１３は、キャスク２０を含む放射性使用済み核燃料を貯蔵および移送するためのシステムを示す。キャスク２０は、垂直に細長く形成されて垂直長手方向軸ＬＡを定義し、外部中性子遮蔽シリンダー２１（ＮＳＣ）および外部シリンダー内に取り外し可能に配置および挿入された内部ガンマ遮断シリンダー４０（ＧＢＣ）を備える。これらのシリンダーは、本明細書において、それらの略語／頭字語、フルネーム、または単に内部および外部シリンダーとも呼ばれる。
【００３８】
外部ＮＳＣ２１は、上端２２、下端２３、両端の間に延びる円筒形側壁２４、および内部空洞２５を含む細長い本体を有する。空洞２５は、上端から下端まで長手方向軸に沿って該シリンダー２１を通って完全に延びる。シリンダー２１は、内面３０および対向する外面３０を備える。ＮＳＣ２１は、単一の長いシリンダー本体から構成され得るか、あるいは、セグメント間の接合部で一緒にシール溶接されてシリンダー本体を集合的に形成する軸方向に整列されかつ垂直に積み重ねられた複数のシリンダーセグメントによって形成され得る。
【００３９】
中性子遮蔽シリンダー２１の下端２３は、ＮＳＣの支持およびシリンダーの側壁２４の補強のためのガセット付き環状の放射状底部支持フランジ２６を含み得る。フランジ２６は、１つの非限定的な実施形態において、シリンダーの内面３０から外側に露出した外面３１まで半径方向／横方向に完全に延びることができる（例えば、図７を参照）。フランジ２６は、フル装着の燃料キャニスター、ＧＢＣ、およびＮＳＣと共に完全に積載されたキャスク２０（図１３および１４に概略的に表されている）を輸送するために使用される自走式車輪付きまたは追跡式垂直キャスク輸送車両またはクローラー７５のレセプタクル７４を取り囲むプラットフォーム７３と係合するように構成され、かつ配置される。このようなキャスクトランスポーターは当技術分野でよく知られており、エナパック株式会社などのメーカーから市販されている。燃料キャニスター６０が装着された内部ガンマ遮断シリンダー４０が外部ＮＳＣ２１の内側に取り付けられると、ＧＢＣの下端は、支持フランジ２６の下で、上向きに開いたレセプタクル７４内に下向きに突出し、支持のために輸送車両のいかなる構造面とも係合しない場合がある。したがって、外部ＮＳＣの下部支持フランジ２６は、キャスク２０およびその中の使用済み燃料の全重量を支持する。
【００４０】
シリンダー２１の上端２２は、上向きに開いた上部凹部２８を規定する環状の放射状上部フランジ２７を含み得る。フランジ２７は、シリンダー２１の上端の周りに円周方向に延びる垂直に延びる環状リップ２７−１を形成するように構成される。一実施形態では、フランジ２７は、水平断面２７−２と、フランジの周囲を規定する環状リップ２７−１を規定する隣接する垂直断面とを含むＬ字型の金属構造角によって形成され得る（例えば、図６参照）。上部および下部フランジ２６、２７の両方は、例えばシール溶接などを介して、中性子遮蔽シリンダー２１の側壁２４に堅固に結合されている。各フランジ２６、２７は、１つの非限定的な実施形態に示されるように、中性子遮蔽シリンダー２１の側壁２４を越えて半径方向外向きにさらに突出し得る。
【００４１】
一実施形態では、外部中性子遮蔽シリンダー２１の上端２２は、上部取り付けフランジ２７（例えば、図４参照）によって形成されたシリンダーの上部凹部２８に配置された隆起スペーサーブロック２９によって形成された複数の城郭（ｃａｓｔｅｌｌａｔｉｏｎ）を含む構成で城郭化され得る。スペーサーブロック２９は、上部フランジ２７の平面上向き面２７−１から垂直に上向きに延びる。スペーサーブロック２９は、長方形または正方形の直方体の形状であり得る。ブロック２９は、本明細書でさらに説明するように、一実施形態では、好ましくは一定の間隔で上部フランジ２７上に円周方向に離間して、内部ガンマ遮断シリンダー４０の取り付けフランジ７０に均一に係合し、シリンダーを支持することができる。
【００４２】
一実施形態では、中性子遮蔽シリンダー２１は、内部円筒シェル３３および外部円筒シェル３２を含む複合壁構造を有し得る（図７に最もよく示されている）。内部円筒シェル３３および外部円筒シェル３２の間には、中性子減衰遮蔽媒体３５が介在されている。シェルは、腐食保護のためにステンレス鋼など（これに限定されない）の十分な構造強度および厚さの適切な金属で形成することができる。中性子遮蔽媒体３５は、中性子減衰のためのホウ素含有材料であり得る。一実施形態では、中性子遮蔽は、ニュージャージー州カムデンのホルテックインターナショナルから入手可能なホルタイト（登録商標）などの固体材料であり得、これは、均一に分散した炭化ホウ素粒子を含浸させた水素に富むポリマーを含む配合物である。他のホウ素含有材料を使用することができる。他の実施形態では、中性子遮蔽媒体３５は、ホウ酸を含む水などの液体であり得る。固体または液体中性子遮蔽媒体のいずれの場合でも、媒体は、示されるように、壁３２、３３とシリンダー２１の上部および下部フランジ２７、２６との間に完全に封入または包まれてもよい。
【００４３】
次に、内部ガンマ遮断シリンダー４０についてさらに説明する。概して図１−１３に示されるように、内部シリンダー４０は、上端４１、下端４２、両端間に延びる側壁４３、および内部空洞４４を含む細長い本体を有する。側壁４３は、いくつかの実施形態では、燃料キャニスター６０の円筒形に一致する円形の横断面を備えた円筒形であり得る。しかしながら、例えば、六角形などの他の非円筒形の側壁であり得る。
【００４４】
ガンマ遮断シリンダー４０の空洞４４は、長手方向軸ＬＡに沿って上端から下端４１、４２までシリンダー４０の本体を通って完全に延びる。空洞４４は、その中に核使用済み燃料キャニスター６０を保持および支持するように構成される。ガンマ遮断シリンダー４０の空洞４４は、好ましくは、単一の使用済み核燃料キャニスター６０のみを保持するように構成された横断面積を有し、これは、それぞれが燃料棒を含む複数の使用済み燃料集合体を保持する。キャニスター６０は、キャニスターの内部およびそこに格納された燃料集合体へのアクセスを提供するための密閉可能な蓋６１を含む。典型的な核燃料キャニスターは、最大容量で約８９個の燃料集合体を保持し得る。内部シリンダー４０は、内面４５および対向する外面４６をさらに含む。ガンマ遮断シリンダー４０は、単一の長いシリンダー本体からなるか、あるいは、軸方向に整列し、かつ垂直に積み重ねられた複数のシリンダーセグメントをセグメント間の接合部でシール溶接して集合的にシリンダー本体を形成することによって形成することができる。
【００４５】
一実施形態では、ＧＢＣ４０は、ガンマ遮断ライナー４９が挿入され、それらの間に介在する、内部円筒シェル４７および外部円筒シェル４８を含む複合壁構造を有し得る（図７に最もよく示されている）。環状底部閉鎖リング５１は、２つのシェルおよびライナーの下端を囲み、支持するために提供され得る。シェル４７、４８は、腐食保護のためのステンレス鋼などの（これに限定されない）十分な構造強度および厚さの適切な金属で形成することができる。ガンマ遮断ライナー４９の材料は、好ましくは、ガンマ線を遮断するように選択され、動作可能な高密度で高熱伝導性の金属材料で構成される。これらの基準を満たす使用できる適切な材料には、いくつかの非限定的な例として、鋼、鉛、または銅が含まれる。一実施形態では、複合壁構造は、鋼／鉛／鋼であり得る。これらはすべて、ＧＢＣの空洞４４に配置された燃料キャニスター６０内に保持された崩壊核燃料によって放出されるガンマ線を遮断するのに役立つ。
【００４６】
ＧＢＣ４０の下端４２にある空洞４４は、図５、７、８に最もよく示されている取り外し可能な下蓋５０によって閉じることができる。蓋５０は、内部ガンマ遮断シリンダー４０がその中に配置されると、外部中性子遮蔽シリンダー２１の底部支持フランジ２６および下端２３の下に垂直に下向きに突出する。蓋５０は、使用済み燃料キャニスター６０を支持するように構成されており、該使用済み燃料キャニスター６０は、キャニスターの重量から過度にたわむことなく、この目的に適した厚さの蓋の平らな水平上面上にある。
【００４７】
蓋５０は、リングと蓋との間にインターロックされた配置を形成するように選択された適切な留め具によって、シリンダー４０の底部閉鎖リング５１に取り外し可能に結合され得る。一実施形態では、図９および１０に最もよく示されたように、シリンダー４０および蓋５０の周囲に円周方向に間隔を置いて配置された複数のロックキー５３を使用して、蓋を閉鎖リング５１に結合することができる。キー５３は、相補的な構成されたロックスロット５４に挿入される。スロットの半分は、ロックスロットの形状を集合的に形成する隣接する底部閉鎖リング５１および蓋５０のそれぞれに形成される。スロット５４は、横方向に開いており、適切な距離だけ長手方向軸ＬＡに向かってシリンダー４０内に半径方向内側に延びる。キー５３は、１つの非限定的な実施形態において多角形、好ましくは直線多角形であり得る。一実施形態では、キー５３および嵌合スロット５４は、示されるようにＩ字形であり得る。しかしながら、非多角形を含む他の形状のキーは、ＧＢＣの底部閉鎖リング５１と蓋５０との間にインターロックされた配置が形成される限り、使用され得る。キーの形状は、本発明を限定するものではない。
【００４８】
内部ガンマブ遮断シリンダー４０が外部中性子遮蔽シリンダー２１に挿入されたときにロックキー５３へのアクセスを提供するために、複数の半径方向に延在し、横方向に開いたアクセススロット５６が、外部シリンダー２１の下部フランジ２６に形成され得る（図９に最もよく示されている）。各キー５３には、関連するアクセススロット５６がある。
【００４９】
他の可能な実施形態では、ボルトなどのねじ付き留め具５５（図８に破線で表される）を使用して、蓋５０をＧＢＣの底部閉鎖リング５１に取り外し可能に結合することができる。留め具５５は、示されるように、閉鎖リングおよび蓋に対して対角線方向に挿入され得る。一実施形態では、蓋５０と底部閉鎖リング５１との間の界面は、適切な弾性圧縮性エラストマー材料またはゴムで形成された環状ガスケットまたはシール５２によってシールされ得る。シールは、核廃棄物燃料キャニスター６０を気密および液密の方法で保持するガンマブ遮断シリンダー４０の内部空洞４４をシールするように選択および構成される。
【００５０】
下蓋５０は、好ましくは、図８に最もよく示されるように、ガンマブ遮断シリンダー４０の側壁４３を越えて延在しない。これは、シリンダー４０の外部中性子遮蔽シリンダー２１への妨害のない挿入を提供し、本明細書でさらに説明される内部シリンダーと外部シリンダーとの間に冷却空気換気環３４を形成するためのクリアランスを維持する。内部シリンダー４０のセンタリングおよび挿入を容易にするために、複数の長手方向ガイドリブまたはスプライン５７が、空洞２５内の外部シリンダー２１の内面３０上に提供され得る。ガイドスプライン５７は、円周方向に間隔を置いて配置され、垂直方向に延び、好ましくは空洞２５の長手方向長さの大部分またはより好ましくは実質的に全体にわたって、長手方向軸ＬＡに沿って長手方向に延びる。スプライン５７は、外部中性子遮蔽シリンダー２１の上部開口部に外接するＮＳＣ上部フランジ２７の内径を少し越えて、空洞２５内に半径方向内側に延びることによって、それが下げられたときに、内部シリンダー４０との係合および誘導を確実にする。スプライン５７の上端は、内部シリンダー４０のセンタリングおよび外部シリンダーの空洞２５への進入を容易にするために斜めに角度を付けられ、クレーンによって外部シリンダーへ下げられたときに、キャスクの長手方向軸ＬＬＡと完全に同軸に位置合わせされていない場合、内部シリンダーの下蓋５０の周縁と滑らかに係合する。ガイドスプライン５７は、内部および外部シリンダー４０、２１の間で実質的に均一な冷却空気換気環３４を維持する重要な機能をさらに果たすことに留意されたい。ガイドスプライン５７は、一実施形態では、溶接によって外部中性子遮蔽シリンダー２１に恒久的に取り付けられ得る。
【００５１】
概して図１−１３を参照すると、内部ガンマ遮断シリンダー４０の上端４１は、環状上部取り付けフランジ７０によって終端することができる。フランジ７０は、ガンマブ遮断シリンダー４０（ＧＢＣ）の側壁４３を越えて半径方向／横方向外向きに突出して、図５および６に示されるような外部中性子遮蔽シリンダー２１（ＮＳＣ）の上部フランジ２７と係合する。ＧＢＣ取り付けフランジ４１は、１つの非限定的な実施形態において、ねじ付きボルトなどの複数の取り付け留め具７１によってＮＳＣ上部フランジ２７に取り外し可能に取り付けられ、それによって、内部シリンダーおよび外部シリンダーを取り外し可能に結合する（図４および１１も参照）。留め具７１は、ＧＢＣ取り付けフランジ７０を通って垂直に完全に延在し、ＮＳＣ上部フランジ２７に形成された対応する上向きに開いたねじ穴７２と係合する。一実施形態では、ねじ穴７２は、図４に最もよく示されるように、スペーサーブロック２９に形成され得る。スペーサーブロック２９は、構造的強度のために取り付け留め具７１をＮＳＣ上部フランジ２７に固定するための追加の購入または材料の厚さを有利に提供する。
【００５２】
内部ガンマ遮断シリンダー４０が外部中性子遮蔽シリンダー２１に取り付けられている場合、使用済み燃料キャニスター６０が装着された内部シリンダー４０の全重量は、取り付けフランジ７０と上部フランジ２７との間の係合を介して片持ち式で外部シリンダー２１によって完全に支持される。これにより、その中の熱放出燃料キャニスター６０によって直接加熱された内部シリンダー４０が、外部中性子遮蔽シリンダー２１とは独立して長さが熱的に成長し、熱膨張差による亀裂を回避することができる。次に、外部中性子遮蔽シリンダー２１の下部支持フランジ２６は、本明細書の他のところで説明される垂直キャスク輸送クローラーまたは車両７５によって支持される。
【００５３】
１つの構造では、使用済み燃料キャニスター６０を備えた外部中性子遮蔽シリンダー２１および内部ガンマ遮断シリンダー４０を含む全負荷キャスク２０は、ＧＢＣ取り付けフランジ７０およびボルト締めのみを介して吊り上げられる。したがって、フランジ７０は、キャスク全体の重量を支えるのに十分に頑丈な構造および厚さを有する。キャスクを持ち上げるために、図１−３に示された少なくとも１対の吊り上げラグ集合体７６は、ボルトなどのねじ付きラグ留め具７７を介して、取り付けフランジ７０の上部に取り外し可能に取り付けることができる。他の実施形態では、所望のリギング配置に応じて、より多くのラグ集合体を使用することができる。様々な実施形態において、取り付けフランジ７０を外部中性子遮蔽シリンダー２１に固定するために使用される既存の取り付け留め具７１は、ラグ留め具として使用され得る。他の実施形態では、別個のねじ付きラグ留め具７７を使用することができる。
【００５４】
図３は、クレーン８０のホイスト７９を介してシリンダー４０を取り外しまたは外部中性子遮蔽シリンダー２１に挿入する過程での内部ガンマ遮断シリンダー４０を示している。吊り上げハーネス７８は、ガンマ遮断シリンダーに取り付けられた下の吊り上げラグ集合体７６および上のホイストに結合されている。内部ガンマ遮断シリンダー４０が、上記のように取り付け留め具７１を介して外部中性子遮蔽シリンダー２１に取り付けられると、キャスク２０全体が、示されるのと同じ方法で昇降される。示されているクレーン８０は、使用済み核燃料プールにアクセスできる原子炉格納構造内のもの、または垂直キャスク輸送車両７５に取り付けられているものであり得ることに留意されたい（例えば、図１４を参照）。
【００５５】
使用済み燃料キャニスター６０を保持する内部ガンマ遮断シリンダー４０は、使用済み核燃料から発せられる崩壊熱によって加熱され、これは、かなり長期間にわたって重要であり得る。したがって、キャスク部品とその核燃料含有量の構造的完全性を維持するために、崩壊熱を効果的に除去するための対策を講じる必要がある。
【００５６】
本発明の一態様によれば、内部ガンマ遮断シリンダー２１の垂直側壁４３を介して崩壊する燃料集合体によって放出される熱によって誘発される煙突効果により生成された自然流循環および利用可能な周囲冷却空気を利用する冷却空気システムが提供される。図５−８、１１、および１３を参照すると、開放垂直延長冷却空気換気環３４は、内部ガンマ遮断シリンダー４０の垂直側壁４３の外面４６と、外部中性子遮蔽シリンダー２１の垂直側壁２４の内面３０との間の空間またはギャップによって開放された垂直延長冷却空気換気環３４が提供される。冷却空気換気環３４は、キャスク２０の全高にわたって、内部および外部シリンダー４０、２１との間の全界面の周りに円周方向に延在する。本明細書で前述したように、空気換気環３４は、外部中性子遮蔽シリンダー２１の内面に取り付けられた長手方向スプライン５７によって生成された実質的に均一な横断面積を有し得る（図４及び１２を参照）。空気は、スプライン５７との間の冷却空気換気環３４を通って垂直上方に流れ、スプラインによって定義される複数の長手方向に延びる空気通路３４−１を生成する。
【００５７】
内部ガンマ遮断シリンダー４０は、ＧＢＣ取り付けフランジ７０とＮＳＣ上部フランジ２７との間の係合を介して上部から外部中性子遮蔽シリンダー２１の内側に完全に支持されるので、換気環がキャスクの下端を通って完全に延びることができる。これは、キャスクの底部にあるシリンダーの間の換気環３４への環状下部冷却空気入口開口部３４−２を形成する（図７−８に最もよく示されている）。いくつかの実施形態では、空気入口開口部３４−２は、完全に３６０度の間中断されずに、連続的に開いていてもよい。
【００５８】
本明細書で前述した方法で、中性子遮蔽シリンダー上部フランジ２７のスペーサーブロック２９上にガンマ遮断シリンダー４０の上部取り付けフランジ７０を着座させると、
ガンマ遮断シリンダー４０と中性子遮蔽シリンダー２１との間の換気環３４と流体連通する垂直方向に離隔された嵌合フランジ間に複数の上部冷却空気出口開口部３４−３をさらに形成する。中性子遮蔽シリンダー上部フランジ２７の垂直方向に突出した環状リップ２７−１とフランジの角度のある断面形状は、上部出口開口部３４−３を介して中性子が外部環境に直接流れるのを有利に防止する遠回りの空気Ｌ字型出口経路を作成する。中性子の流れを防ぐために、外部から空気出口開口部３４−３を通ってキャスク２０の内部への直接視線がない。
【００５９】
冷却空気システムの動作において、周囲冷却空気は、環状下部空気入口開口部３４−２に垂直に流入し、換気環３４を通ってキャスク２０の上部に垂直に上向きに流れる（長手方向軸ＬＡに平行）。開放環３４内の空気は、内部ガンマ遮断シリンダー側壁４３によって直接加熱される。これは、自然対流により、下部空気入口開口部３４−２を介して空気をキャスク２０内へ引き込む。次に、加熱された冷却空気は、換気環内を上向きに流れ、上部空気出口開口部３４−３を通って半径方向／横方向に流れ（長手方向軸ＬＡに垂直）、次に、外部ＮＳＣシリンダー２１の環状リップ２７−１を通過して垂直上向きに流れ、周囲の大気および環境に排出される。
【００６０】
図７および８に示されるように、円周方向に延びる半径方向環状空間またはギャップＧは、好ましくは、燃料キャニスター６０とガンマ遮断シリンダー４０の内面４５との間の界面に提供され得る。最適な熱およびＡＬＡＲＡ性能のために、環状ギャップＧを（追加の遮蔽のために）水で満たすか、または（追加の熱排除容量のために）空気換気させる能力は、燃料積載シナリオのさまざまな段階で望ましい。ガンマ遮断シリンダー４０の下蓋５０は、周囲冷却換気を環状ギャップＧへ上方に導入するための通路を提供するように構成された複数の空気入口穴６２を含み得る（例えば、図７および９を参照）。空気入口穴６２は、中性子遮蔽シリンダー２１の下部支持フランジ２６の下に延びる蓋５０の部分の側面に形成されている。空気入口穴６２は、Ｌ字形の構成を有し得るが、他の実施形態では、穴は、垂直に真っ直ぐであり、蓋５０の下側を通して直接穴をあけられ、上方に延在して、環状ギャップＧに流体的に結合される。
【００６１】
下蓋の空気入口穴６２は、必要に応じて容易に塞がれるように設計されており、キャスク燃料の装着および取り扱い操作の特定の段階中に必要に応じて環状ギャップＧを代わりに水で満たしたままにする。したがって、キャニスターを取り囲む排水可能な環状ギャップＧを使用して、燃料の装着および移送操作中に、必要に応じて、換気を促進するか、または水で満たしたままにすることができる。環状ギャップＧは、ガンマ遮断シリンダー４０とキャニスター６０との間の界面で上向きに開いて、環状空気出口６３を形成する（図６に最もよく示されている）。上記のように、空冷の代わりに追加の中性子遮蔽のために必要な場合、水を空気出口６３を介して環状ギャップＧに導入して、キャニスター６０を冷却することができる。キャニスター６０が崩壊する核燃料によって生成された熱を放散するためにさらに能動的な冷却を必要とする場合、排水可能な環（ギャップＧ）は、重力供給水滴を使用してキャニスターの蓋に水を噴霧する機能を有利に提供して、能動冷却システムに頼ることなくキャニスターから熱を効率的に除去する。  
【００６２】
本明細書で前述したように、戦略的な時間に内部ガンマ遮断シリンダー４０（ＧＢＣ）から分離可能な物理的に取り外し可能な外部中性子遮蔽シリンダー２１（ＮＳＣ）は、いくつかの利点を提供する。
【００６３】
１つの利点は、移送キャスク（すなわち、ＮＳＣ）の熱導電性の低い部分を熱導電性の高いＧＢＣから分離することによって、それらの間に本明細書で前述した換気環３４を組み込むことが可能になることである。ＧＢＣ内のキャニスター内の燃料からの崩壊熱によって加熱された、ＧＢＣの高温の外面は、効率的な自然対流換気作用を誘導して、燃料が過度に加熱されないようにする。
【００６４】
別の利点は、場合によっては（例えば、キャニスター乾燥操作中）、キャスクを可能な限り高温に保つことが望ましい場合があることである。このような場合、ＮＳＣの高熱慣性中性子遮蔽をキャスク本体のＧＢＣから分離するか、換気を物理的に遮断する機能は、乾燥操作を加速するのに役立つ。
【００６５】
別の利点は、ほとんどの移送キャスクの許容重量が、キャスク処理クレーンの定格リフト容量または使用済み燃料プール内のキャスク積載領域のサイズによって制限されることである。現在の分離可能なＧＢＣとＮＳＣのアプローチでは、ＧＢＣは、プラントの組織とクレーンの容量の制約内で、可能な限り重く、直径が大きく作られる。ＮＳＣも同様に、原子力施設のキャスク積載エリアのキャスク処理クレーンよりも通常高い定格負荷リフト能力を有する移送キャスクを処理するために使用される負荷リフト装置の制約内で可能な限り大きく作られる。これらの２つの機能は、移送キャスクの遮蔽性能を最適化する方法で組み合わされている。
【００６６】
さらに別の利点は、ＮＳＣが、鋼の外部に含まれる、ホルタイト（商標）などの固体の樹脂性中性子遮蔽材料または水を含む単一または複数のセクションの環状シリンダーの形態で作製できることである。ＮＳＣの水塊にホウ酸を加えて、中性子捕獲を強化することができる。
【００６７】
図１４は、使用済み核燃料を一時的に保持するための「湿式」使用済み核貯蔵施設１００の例の概略図である。これは、使用済み核燃料のより長い中間貯蔵のための「乾式」独立使用済み燃料貯蔵施設（ＩＳＦＳＩ）と混同してはならない。湿式貯蔵施設１００は、屋根１２５、壁１２３、および水で満たされた使用済み燃料プール１４０の部分を取り囲み、その上に延びる実質的に水平な操作デッキ１２２を規定する鋼強化コンクリートベースマット１２１を備えた構造的建物エンクロージャを含む。デッキ１２２は、モーター付きキャスク車両またはカートの施設への出入りを容易にするために、周囲の地面レベルまたはグレードＧにあってもよい。アクセスベイ９０は、示されるように、外部中性子遮蔽シリンダー２１および内部ガンマ遮断シリンダー４０からなる本燃料輸送キャスク２０をステージングするための燃料プール１４０に隣接するデッキ１２２によって定義される。いくつかの実施形態では、建物の囲いは、原子炉格納容器の囲い構造であり得る。
【００６８】
燃料プール１４０は、ベースまたはフロア１４２と、そこから上向きに作動デッキ１２２まで延びる複数の垂直側壁１４１とを含む。水位ＷＬがプール内に形成される。プール１４０内に沈められているのは、原子炉から取り外された単一の使用済み核燃料集合体１２８を保持するようにそれぞれ構成された複数の上向きに開いた貯蔵セル１２９を含む燃料貯蔵ラック１２７である。燃料集合体自体は、原子炉内の一次冷却材の流れのための上部および下部の流れノズルと複数の燃料棒とを含む。燃料集合体の設計は、本明細書で過度の詳細を述べることなく当業者によく知られている。燃料プール１４０の一部は、以下でさらに説明するように、燃料集合体をラック１２７からガンマ遮断シリンダー４０内に配置されたキャニスター６０に装着するためのキャスク装着領域１５０を規定する。燃料集合体からキャニスターへの積み込み操作、および移送キャスク２０の構成要素（ＧＢＣ、ＮＳＣ）および燃料キャニスターの操作のために、積載量を持ち上げて湿式貯蔵施設１００を横断するように動作可能な、本明細書で前述した１つまたは複数のオーバーヘッドトロリークレーン８０を提供することができる。  
【００６９】
ここで、使用済み核燃料を移送および輸送するためのプロセスまたは方法を、最初に図１４を参照して簡単に説明する。第１のステップは、内部の第１の空洞２５を有する外部中性子遮蔽シリンダー２１と、内部の第２の空洞４４を有する内部ガンマ遮断シリンダー４０とを備える核燃料輸送キャスク２０を提供することである。最初に、ガンマ遮断シリンダーは、後述するプロセスの開始時に中性子遮蔽シリンダーの第１の空洞に取り外し可能に結合され、その内部に入れ子になることを以下に説明する。キャスク２０は、クレーンが支柱の間の梁によって支持された状態で、１対の垂直支柱８１によってクローラーのプラットフォーム７３の上方に高く取り付けられた高吊上げ能力のオーターヘッドクレーン１０２を持つ自走車輪型または追跡型クローラー７５を介して、乾式使用済燃料貯蔵施設１００に輸送することができる。
【００７０】
キャスク２０は、示されているように、頑丈なクローラー７５（例えば、約１７０トンの吊り上げ能力）を介して、燃料貯蔵施設１００のすぐ外側のステージングスポットに移動することができる。クローラーの高さと重量が高いため、一般的に燃料貯蔵施設に入ることができない。一シナリオでは、キャスク２０全体を、通常、施設の外部の地上レベルＧおよび施設内の操作デッキ１２２で支持された１対の連続レールに沿って移動する薄型の車輪付きキャスク輸送カート３０２に配置することができる。次に、キャスク２０は、施設エンクロージャ内で燃料プール１４０と並んでアクセスベイ９０に移動される。プロセスの次のステップは、図１４に示すように、内部クレーン８０を使用して、ガンマ遮断シリンダー４０を外部中性子遮蔽シリンダー２１から分離することである。これは、最初に、ガンマ遮断シリンダー４０の取り付けフランジ７０を外部中性子遮蔽シリンダー２１の上部フランジ２７から外すことによって達成される。次に、ガンマ遮断シリンダー４０は、ガンマ遮断シリンダーの上部取り付けフランジ７０に取り付けられたリフティングハーネス７８および吊り上げラグ７８を介して、クレーン８０で吊り上げられ、中性子遮蔽シリンダー２１から分離される。次に、利用可能な空の燃料キャニスター６０を、クレーン８０によって持ち上げて、燃料プール１４０の外部または内部のいずれかでガンマ遮断シリンダー４０に垂直に下向きに挿入することができる（以前にそこに配置されていない場合）。あるいは、キャニスターは、中性子遮蔽シリンダー２１から分離する前に、ガンマ遮断シリンダー４０の内部に配置することができる。
【００７１】
代替の可能であるがあまり好ましくないシナリオでは、ガンマ遮断シリンダー４０は、クローラークレーン１０２によって、燃料貯蔵施設１００の外部中性子遮蔽シリンダー２１から切り離され、取り外され得る。次に、ガンマ遮断シリンダーは、キャスク輸送カート３０１上に単独で移動され、施設へ移動され得る。
【００７２】
次に、内部オーバーヘッドクレーン８０は、ガンマ遮断シリンダー４０およびキャニスター６０の組立体を持ち上げ（キャニスターが燃料プール１４０の外部シリンダー４０に挿入されると仮定して）、プールのキャスク装着領域１５０の支持面（例えば、燃料プールフロア１４２）上に組立体を燃料プール１４０に配置／下降させる。水はガンマ遮断シリンダーとキャニスター（蓋６１が取り外されている）の両方を満たす。ガンマ遮断シリンダーおよびキャニスター６０は、クレーン８０によってキャニスターに装着されたときに、燃料集合体１２８を水位ＷＬの下に保つのに十分な深さまで水中Ｗに沈められる。次に、燃料集合体は、一度にキャニスターおよびガンマ遮断シリンダーに装着される。
【００７３】
燃料集合体を装着した後、次のステップは、クレーン８０を使用して、装着されたガンマ遮断シリンダー４０および燃料キャニスター６０の組立体を燃料プール１４０から持ち上げることである。ガンマ遮断シリンダー４０および燃料キャニスター６０の組立体は、カート３０１の中性子遮蔽シリンダー２１の上から操作され、次に下げられ／中性子遮蔽シリンダーに挿入される。これで、中性子遮蔽シリンダー２１が中性子放射遮蔽のために所定の位置にあるので、キャニスターは、この時点で任意選択で脱水することができる。次のステップは、各容器の上部フランジ７０、２６の嵌合（取り付け）を介して、内部ガンマ遮断シリンダー４０を外部中性子遮蔽シリンダー２１にボルト締めすることである。次に、キャスク２０が完全に再組み立てされたカート３０１は、施設から戻される。クローラークレーン１０２を使用して、次のステップは、さらなる閉鎖操作および乾式貯蔵施設への輸送のために、キャスク２０をクローラー７５上に持ち上げて戻すことである。
【００７４】
使用済み燃料プール１４０からガンマ遮断シリンダー４０およびキャニスター６０を除去するときに、キャニスター内の水が必要な中性子遮蔽を提供する（ガンマ遮断シリンダーがガンマ放射線遮蔽を提供する）ことに留意されたい。ガンマ遮断シリンダーと水で満たされたキャニスター（中性子遮蔽シリンダー２１なし）のリフト重量は、許容施設クレーン８０のリフト容量の範囲内である。水を含んだキャニスター６０を備えたガンマ遮断シリンダー４０が、外部の再結合された中性子遮蔽シリンダー２１に挿入されると、移送キャスク２０は、キャニスターの脱水、閉鎖、および移送操作を開始するために必要な中性子遮蔽を有する。したがって、中性子遮蔽シリンダー２１は、好ましくは、キャニスター６０の脱水の前に設置されて、中性子遮蔽の失効がないことを保証する。ガンマ遮断シリンダー４０、中性子遮蔽シリンダー２１、およびキャニスター６０で構成される完全に組み立てられた移送キャスク２０全体を持ち上げる前に、脱水されたキャニスターは、キャスク全体／累積リフト重量をクローラー７５クレーン（または他のリフト装置）の容量内に減らす。
【００７５】
前述の一連のステップの変形は、他の実施形態で実際に使用することができ、本発明を限定するものではない。
【００７６】
前述の説明および図面はいくつかの例示的なシステムを表すが、添付の特許請求の範囲の精神および範囲ならびに同等物の範囲から逸脱することなく、様々な追加、修正および置換がその中で行われ得ることが理解される。特に、本発明が、精神または本質的な特性から逸脱することなく、他の形態、構造、配置、比率、サイズ、および他の要素、材料、および構成要素と共に具体化され得ることは当業者には明らかであろう。さらに、本明細書に記載の方法／プロセスに多数の変形を加えることができる。当業者は、本発明が、構造、配置、比率、サイズ、材料、および構成要素の多くの変更とともに使用され得、そうでなければ、本発明の原理から逸脱することなく特定の環境および動作要件に特に適合される本発明の実施において使用され得ることをさらに理解するであろう。したがって、本開示の実施形態は、すべての点で例示的であり、限定的ではないと見なされるべきであり、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲およびその同等物によって定義され、前述の説明または実施形態に限定されない。むしろ、添付の特許請求の範囲は、本発明の同等物の範囲および範囲から逸脱することなく当業者によって作製され得る、本発明の他の変形および実施形態を含むように広く解釈されるべきである。
【符号の説明】
【００７７】
２０  キャスク
ＬＡ  長手方向軸
２１  外部中性子遮蔽シリンダー
２５  （外部シリンダーの）空洞
３４  換気環
４０  内部ガンマ遮断シリンダー
４４  （内部シリンダーの空洞）空洞
６０  燃料キャニスター
【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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【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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