(57)【要約】      （修正有）【課題】放射性元素を貯蔵するために用いられるキャビティの内部を直接測定する必要なく、確実に乾燥させるための方法及びシステムを提供する。【解決手段】キャビティは、自由体積（ＶF）、出発蒸気圧（ｖＰS）及びキャビティ圧力（ＰC）を有していて、該方法は：所望の蒸気圧（ｖＰD）を得るためにキャビティにおける所望の乾燥度を決め；非反応性ガスを温度（ＴC）まで冷却することによって非反応性ガスを乾燥させ；キャビティの自由体積ＶFがＸ回入れ替わるように、乾燥非反応性ガスをキャビティ中に導入し；そして、キャビティから湿潤非反応性ガスを取り出すことを含み；その際、ＴC及びＸを調節して、キャビティ中において所望の蒸気圧（ｖＰD）を達成する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射性元素で充填されたキャビティを乾燥させる方法であって、該充填されたキャビティが、自由体積（ＶF）、出発蒸気圧（ｖＰS）及びキャビティ圧力（ＰC）を有し、該方法が：
所望の蒸気圧（ｖＰD）を得るためにキャビティにおける所望の乾燥度を決め；
非反応性ガスを温度（ＴC）まで冷却することによって該非反応性ガスを乾燥させ；
時間（ｔ）の間、流量（Ｒ）で該乾燥非反応性ガスを該キャビティ中に導入し；そして、
該キャビティから湿潤非反応性ガスを取り出すことを含み、
その際、ＴC及びＲを調節して、時間ｔの後に、該キャビティ中において所望の蒸気圧（ｖＰD）を達成する、前記方法。
【請求項２】
流量Ｒが体積流量又は質量流量である、請求項１記載の方法。
【請求項３】
冷却工程後及び導入工程前に、温度（ＴH）まで乾燥非反応性ガスを加熱することを更に含み、その際、ＴHを調節して、時間ｔの後に、キャビティにおいて所望の蒸気圧ｖＰDを達成する、請求項１記載の方法。
【請求項４】
ｖＰDが約３トルであるとき、ＶFは約３００立方フィートであり、ＰCは一平方インチあたり約５０ポンドであり、そしてｖＰSは約８７トルであり；Ｒは一分あたり約７８．１２５立方フィートに設定された体積流量であり、ＴHは約３００°Ｆに設定され、及びＴCは約２１°Ｆ又はそれより低く設定され；時間ｔは約２２．５分である、請求項３記載の方法。
【請求項５】
非反応性ガスがヘリウムであり、ｖＰDが約３トルのとき、ＶFは約３００立方フィートであり、ＰCが一平方インチあたり約５０ポンドであり、そしてｖＰSが約８７トルであり；Ｒが一分あたり約２．５ポンドに設定された質量流量であり、ＴHが約３００°Ｆに設定され、そしてＴCが約２１°Ｆ又はそれより低く設定され；時間ｔが約２２．５分である、請求項３記載の方法。
【請求項６】
冷却工程が、非反応性ガスを凝縮器を通して流し、次に、脱湿剤モジュールを通して該非反応性ガスを流して該非反応性ガスを凍結乾燥させることを含み、その際、該脱湿剤モジュールが、該非反応性ガスを温度ＴCで排気するように適合されている、請求項１記載の方法。
【請求項７】
キャビティから取り出された湿潤非反応性ガスを、該取り出された湿潤非反応性ガスを冷却工程に曝露することによって、再循環させることを更に含む、請求項１記載の方法。
【請求項８】
時間ｔが経過した後、キャビティ中への乾燥非反応性ガスの導入を停止し；そして、
該キャビティを密封することによって、該キャビティ内において乾燥非反応性ガスの雰囲気を形成させ、その際、該キャビティがｖＰD又はそれより低い蒸気圧を有することを更に含む、請求項１記載の方法。
【請求項９】
非反応性ガスが、窒素、二酸化炭素、低級炭化水素ガス、又は、ヘリウム、アルゴン、クリプトン及びキセノンからなる群から選択される不活性ガスである、請求項１記載の方法。
【請求項１０】
キャビティにおける所望の蒸気圧ｖＰDが約３トル又はそれより低い、請求項１記載の方法。
【請求項１１】
温度ＴCが約２１°Ｆ又はそれより低い、請求項１記載の方法。
【請求項１２】
放射性元素で充填されたキャビティを乾燥させる方法であって、該充填されたキャビティが、自由体積（ＶF）、出発蒸気圧（ｖＰS）及びキャビティ圧力（ＰC）を有し、該方法が：
所望の蒸気圧（ｖＰD）に関して該キャビティにおける所望の乾燥度を決め；
非反応性ガスを温度（ＴC）まで冷却することによって該非反応性ガスを乾燥させ；
該キャビティの自由体積ＶFがＸ回入れ替わるように、該乾燥非反応性ガスを該キャビティ中に導入し；そして、
該キャビティから湿潤非反応性ガスを取り出すことを含み
その際、ＴC及びＸを調節して、該キャビティ中において該所望の蒸気圧（ｖＰD）を達成する、前記方法。
【請求項１３】
冷却工程後及び導入工程前に、温度（ＴH）まで乾燥非反応性ガスを加熱することを更に含み、その際、ＴHを調節して、所望の蒸気圧ｖＰDを達成する、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
ｖＰDが約３トルであるとき、ＶFは約３００立方フィートであり、ＰCは一平方インチあたり約５０ポンドであり、そしてｖＰSは約８７トルであり；ＴHは約３００°Ｆに設定され、そしてＴCは約２１°Ｆ又はそれより低く設定され；Ｘは約５．８５である、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
冷却工程が、非反応性ガスを凝縮器モジュールを通して流し、次に、脱湿剤モジュールを通して該非反応性ガスを流して該非反応性ガスを凍結乾燥させることを含み、その際、該脱湿剤モジュールが、該非反応性ガスを温度ＴCで排気するように適合されている、請求項１２記載の方法。
【請求項１６】
キャビティから取り出された湿潤非反応性ガスを、該取り出された湿潤非反応性ガスを冷却工程に曝露することによって、再循環させることを更に含む、請求項１２記載の方法。
【請求項１７】
キャビティの自由体積ＶFをＸ回入れ替えた後、該キャビティ中への乾燥非反応性ガスの導入を停止し；そして、
該キャビティを密封することによって、該キャビティ内において乾燥非反応性ガスの雰囲気を形成させ、該キャビティがｖＰD又はそれより低い蒸気圧を有することを更に含む、請求項１２記載の方法。
【請求項１８】
非反応性ガスが、窒素、二酸化炭素、低級炭化水素ガス、又は、ヘリウム、アルゴン、クリプトン及びキセノンからなる群から選択される不活性ガスである、請求項１２記載の方法。
【請求項１９】
所望の蒸気圧ｖＰDが約３トル又はそれより低い、請求項１２記載の方法。
【請求項２０】
温度ＴCが約２１°Ｆ又はそれより低い、請求項１２記載の方法。
【請求項２１】
放射性元素で充填されたキャビティを乾燥させるシステムであって、該充填されたキャビティが、自由体積（ＶF）、出発蒸気圧（ｖＰS）及びキャビティ圧力（ＰC）を有し、該システムが：
該システムに対して非反応性ガスを供給するように適合させた非反応性ガス源；
非反応性ガスを温度（ＴC）まで冷却することによって該非反応性ガスを乾燥させる手段；
該乾燥非反応性ガスを該キャビティに流す手段であって、該乾燥非反応性ガスを該キャビティに流量Ｒで時間（ｔ）の間導入するように適合させた、該流動手段；
湿潤非反応性ガスを該キャビティから取り出す手段を含み；
その際、該非反応性ガス源、該冷却手段、該流動手段、該取り出し手段、及び該キャビティが流動的に結合されていて；
ＴC及びＲを調節して、時間ｔで該キャビティ中において所望の蒸気圧（ｖＰD）を達成する、前記システム。
【請求項２２】
流量Ｒが体積流量又は質量流量である、請求項２１記載のシステム。
【請求項２３】
乾燥非反応性ガスを温度（ＴH）まで加熱する手段を更に含み、該加熱手段が、冷却手段の下流でキャビティの上流においてシステムに対して流動的に結合されていて、その際、ＴHを調節して、所望の蒸気圧ｖＰDを達成する、請求項２１記載のシステム。
【請求項２４】
ｖＰDが約３トルであるとき、ＶFは約３００立方フィートであり、ＰCは一平方インチあたり約５０ポンドであり、そしてｖＰSは約８７トルであり；Ｒは一分あたり約７８．１２５立方フィートに設定された体積流量であり、ＴHは約３００°Ｆに設定され、そしてＴCは約２１°Ｆ以下に設定され；時間ｔは約２２．５分である、請求項２３記載のシステム。
【請求項２５】
非反応性ガスがヘリウムであり、ｖＰDが約３トルのとき、ＶFは約３００立方フィートであり、ＰCが一平方インチあたり約５０ポンドであり、そしてｖＰSが約８７トルであり；Ｒは一分あたり約２．５ポンドに設定された質量流量であり、ＴHは約３００°Ｆに設定され、そしてＴCは２１°Ｆ以下に設定され；時間ｔは約２２．５分である、請求項２３記載のシステム。
【請求項２６】
乾燥非反応性ガスを加熱する手段が補助ヒーターである、請求項２１記載のシステム。
【請求項２７】
流動手段がガス循環器である、請求項２１記載のシステム。
【請求項２８】
冷却手段は、脱湿剤モジュールに対して上流で流動的に結合された凝縮器モジュールを含み、該脱湿剤モジュールは、該脱湿剤モジュールを出る非反応性ガスが温度ＴCであるように、該非反応性ガスを凍結乾燥させるように適合されている、請求項２１記載のシステム。
【請求項２９】
システムが、該システムによってキャビティから取り出される湿潤非反応性ガスを再循環させるように適合されている、請求項２１記載のシステム。
【請求項３０】
非反応性ガスが、窒素、二酸化炭素、低級炭化水素ガス、又は、ヘリウム、アルゴン、クリプトン及びキセノンからなる群から選択される不活性ガスである、請求項２１記載のシステム。
【請求項３１】
キャビティにおける所望の蒸気圧ｖＰDが約３トル又はそれより低い、請求項２１記載のシステム。
【請求項３２】
温度ＴCが約２１°Ｆ又はそれより低い、請求項２１記載のシステム。
【請求項３３】
キャビティが頂部及び底部を有し、その際、システムが、該キャビティの底部又は底部近傍において、該キャビティに乾燥非反応性ガスを供給するように適合され、更に、該キャビティの頂部において又は頂部近傍において、該キャビティから湿潤非反応性ガスを取り出すように適合されている、請求項２１記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【発明の開示】
【０００１】
発明の背景
本発明は、一般的には、放射性元素を貯蔵する分野に関するものであり、具体的には、「乾燥状態」で長期貯蔵するために使用済核燃料を乾燥させるシステム及び方法に関するものである。
【０００２】
原子炉の運転においては、 燃料集合体として知られている濃縮ウランで充填された中空ジルカロイ管を原子炉炉心内で燃焼させる。通常、このような核燃料集合体のエネルギーが所定のレベルまで低下したら、原子炉から核燃料集合体を取り出す。減損し、その後に取り出されたとき、この使用済核燃料（ＳＮＦ）は、依然として高度に放射性であり、かなりの熱を生成するので、その後の包装、輸送及び貯蔵においては多大な注意を要する。具体的には、ＳＮＦは、極めて危険な中性子及びガンマ光子を放射する。これらの中性子及びガンマ光子は、炉心から取り出された後では常に存在する。
【０００３】
原子炉から燃料集合体を取り出すとき、原子炉からＳＮＦを取り出し、水面下にＳＮＦを配置するのは共通の場所であり、その場所は、使用済燃料貯蔵プール又は使用済燃料貯蔵池として一般的に知られている。プールの水によりＳＮＦの冷却が容易になり、充分な放射線遮蔽が提供される。ＳＮＦを安全に輸送できる充分に低いレベルまで熱及び放射線を低減できるほど充分に長い期間、ＳＮＦはプールの中に貯蔵される。しかしながら、安全、空間及び経済的な関心から、かなり長い期間ＳＮＦを貯蔵する必要がある場合には、プールのみの使用では充分ではない。したがって、ＳＮＦを長期間貯蔵するときは、使用済燃料プール中に短期間貯蔵した後に、乾燥状態でＳＮＦを貯蔵すること、すなわち、充分な放射線遮蔽を提供する構造内に封入された乾燥不活性ガス雰囲気中にＳＮＦを貯蔵することは、原子力産業では標準的な技術である。乾燥状態で長期間ＳＮＦを貯蔵するために用いられる一つの典型的な構造は貯蔵キャスクである。
【０００４】
貯蔵キャスクは、ＳＮＦのキャニスターを受容するように適合されたキャビティを有し、鋼、鉛、コンクリート及び環境に適する含水素材料製の大きな重構造となるように設計される。しかしながら、貯蔵キャスクを設計する場合の関心事は、ＳＮＦを長期間貯蔵するために充分な放射線遮蔽を提供することにあるので、サイズ及び重量は、（考慮したとしても）二次的な考慮事項である場合が多い。結果として、貯蔵キャスクの重量及びサイズにより、持ち上げたり、取り扱うときに問題が生じる場合が多い。典型的には、貯蔵キャスクは、重量１００トン超であり、高さは１５フィート超である。貯蔵キャスクに関連するよくある問題は、ほとんどの原子力発電所のクレーンでは重過ぎて持ち上げられないということである。別のよくある問題は、貯蔵キャスクが一般的に大き過ぎて使用済燃料プール中に配置できないことである。したがって、プールで冷却してから貯蔵キャスク中にＳＮＦを貯蔵するために、ＳＮＦを、キャスクへと移動させ、プールから取り出し、中継場所に配置し、脱水し、乾燥させ、そして貯蔵施設へと輸送する。この輸送手順の全ての段階を通じて充分な放射線遮蔽が必要である。
【０００５】
ＳＮＦを、使用済燃料プールから取り出し、更に貯蔵キャスクへと移動させるために、典型的には、開放キャニスターを使用済燃料プール中に沈める。次に、水中に沈めながら、ＳＮＦ棒を直接、開放キャニスター中に配置する。しかしながら、密封した後でも、キャニスター単独では、ＳＮＦの放射線を充分に閉じ込められない。充填されたキャニスターは、更なる放射線遮蔽なしでは、使用済燃料プールから取り出したり移動させたりできない。したがって、ＳＮＦを輸送している間に追加の放射線遮蔽を提供する装置が必要である。この追加の放射線遮蔽は、プール中に存在させたままで、輸送キャスクと呼ばれている大きな円筒容器中にＳＮＦで充填されたキャニスターを配置することによって達成される。貯蔵キャスクと同様に、輸送キャスクは、ＳＮＦのキャニスターを受容するように適合されたキャビティを有しており、内部のＳＮＦによって放出される放射線から環境を遮蔽するように設計されている。
【０００６】
充填されたキャニスターを輸送するために輸送キャスクを用いる施設では、最初に、空のキャニスターを、開放輸送キャスクのキャビティ中に配置する。次に、そのキャニスター及び輸送キャスクを、使用済燃料プール中に沈める。キャスク貯蔵前に、ＳＮＦを、原子炉から取り出し、使用済燃料プールの底部上に配列された湿潤貯蔵ラックに配置する。乾燥貯蔵のためには、水で満たされて輸送キャスク内にある水中キャニスターの中にＳＮＦを移動させる。次に、その充填キャニスターに蓋を嵌め、その中に、ＳＮＦとプールからの水とを封入する。次に、充填キャニスター及び輸送キャスクを、クレーンでプールから取り出し、中継場所に降ろして、長期乾燥貯蔵のためのＳＮＦ充填キャニスターを用意する。ＳＮＦ充填キャニスターを乾燥貯蔵のために適切に用意するために、米国原子力規制委員会（Ｎ．Ｒ．Ｃ．）は、キャニスターを密封し、貯蔵キャスクへと移動させる前に、ＳＮＦとキャニスターの内部とを充分に乾燥させることを要求している。具体的には、Ｎ．Ｒ．Ｃ．規則は、キャニスターを不活性ガスで充填し密封する前に、キャニスター内の蒸気圧（ｖＰ）が３トル（１トル ＝ １ｍｍＨｇ）未満であることを義務付けている。蒸気圧は、平衡時における液体上に存在する蒸気の圧力であり、その場合、平衡とは、等しい数の分子が液相から気相へと変化し、また気相から液相へと変化する分子が存在している状態と規定される。３トル以下の低いｖＰにすると、キャニスター内部及びＳＮＦ上に存在する水分量は充分に少量であり、その結果として、長期貯蔵のためにＳＮＦが充分に乾燥していることが保証される。
【０００７】
現在、原子力施設は、真空乾燥プロセスを行うことによって、Ｎ．Ｒ．Ｃ．の蒸気圧３トル以下という要件を遵守している。このプロセスを行なう場合、最初に、キャニスター内のバルク水をキャニスターから排出する。液体の水の大部分を排出したら、真空システムをキャニスターに結合させて活性化させ、キャニスター内に減圧状態をつくる。キャニスター内が減圧状態であると、残留している液体の水の蒸発が促進されるので、真空は水蒸気を除去するのに役立つ。次に、例えば真空計のような適切な測定器をキャニスター中に配置し、キャニスター内に存在しているガス含量を直接測定することによってキャニスター内のｖＰを測定する。必要であれば、この真空手順は、ｖＰが３トル以下となるまで繰返す。許容可能なｖＰに達したら、不活性ガスでキャニスターを充填し密封する。次に、輸送キャスク（その中にキャニスターを有する）を、貯蔵キャスクの上の位置に移動し、ＳＮＦ充填キャニスターを長期貯蔵用の貯蔵中に降ろす。
【０００８】
Ｎ．Ｒ．Ｃ．の蒸気圧３トル以下（ｖＰ）の要件を満たす現在の方法は、潜在的に危険であり、操作に時間が掛かり、間違いを犯しやすい傾向があり、ＳＮＦ棒が高温に曝され、またコストが掛かる。第一に、キャニスターは高度に放射性のＳＮＦを含んでいるので、ｖＰを直接（侵入的に）測定するのは危険である。キャニスターを物理的に破壊しなければならないときは常に、周囲環境に放射能を浴びせ、また作業員を被爆させる危険性がある。更に、キャニスターにおいて減圧状態をつくるには、高価な真空装置が必要であり、また複雑な装置に起因する問題が生じる可能性がある。最後に、真空乾燥のための運転時間は、許容できないほど長く、数日単位の真空乾燥時間が普通である。真空運転では、キャニスター内側でラインが凍結し氷が形成される傾向があり、それにより計器の示度が狂うことがある。キャニスターの圧力を低下させると、熱伝達媒体（キャニスターに存在するギャップ及び開放空間を充填しているガス）が漸進的に失われ、それにより、熱を生成しているＳＮＦ棒の温度が実質的に上昇する。
【０００９】
発明の要旨
本発明の目的は、ＳＮＦ充填キャビティの内部を乾燥させるための方法及びシステムを提供することにある。
【００１０】
本発明の別の目的は、キャビティ内が許容可能な低いｖＰであることを保証するため、キャビティ内に侵入させて物理的にｖＰを測定する必要がなく、ＳＮＦ充填キャビティの内部を乾燥させるための方法及びシステムを提供することにある。
【００１１】
本発明の更に別の目的は、ＳＮＦ充填キャビティの内部を減圧状態に暴露せずに、該キャビティの内部を乾燥させるための方法及びシステムを提供することにある。
本発明の更に別の目的は、高価な真空装置を用いずにＳＮＦ充填キャビティの内部を充分に乾燥させるための方法及びシステムを提供することにある。
【００１２】
本発明の更なる目的は、時間効率のよい方法で乾燥貯蔵するためのＳＮＦ充填キャビティを用意するための方法及びシステムを提供することにある。
本発明のなお更なる目的は、コスト効率のよい方法で乾燥貯蔵するためのＳＮＦ充填キャビティを用意するための方法及びシステムを提供することにある。
【００１３】
本発明の追加の目的は、従来技術と関連のある過度なＳＮＦ棒の温度を排除する、乾燥させるための方法及びシステムを提供することにある。
これらの目的及び他の目的は、本発明により満たされ、本発明は一の側面においては、自由体積（ＶF）、出発蒸気圧（ｖＰS）及びキャビティ圧力（ＰC）を有する放射性元素で充填されたキャビティを乾燥させる方法を含み、該方法は：所望の蒸気圧（ｖＰD）を得るためにキャビティにおける所望の乾燥度を決め；非反応性ガスを温度（ＴC）まで冷却することによって非反応性ガスを乾燥させ；時間（ｔ）、流量（Ｒ）で、乾燥非反応性ガスをキャビティ中に導入そ；そして、キャビティから湿潤非反応性ガスを取り出すことを含む。その際、ＴC及びＲを調節して、時間ｔ後に、キャビティ中において所望の蒸気圧（ｖＰD）を達成する。
【００１４】
好ましくは、この方法は、冷却工程後及び導入工程前に、温度（ＴH）まで乾燥非反応性ガスを加熱することを更に含む。その際、ＴHを調節して、時間ｔの後に、キャビティにおいて所望の蒸気圧ｖＰDを達成する。
【００１５】
更に好ましくは、冷却工程は、非反応性ガスを凝縮器を通して流し、次に、その非反応性ガスを凍結乾燥させる脱湿剤モジュールを通して該ガスを流すことを含む。その際、脱湿剤モジュールは、非反応性ガスを温度ＴCで排気するように適合される。キャビティから取り出される湿潤非反応性ガスは、その取り出された湿潤非反応性ガスを冷却工程に曝露することによって、再循環させることができる。更に、好ましくは、この方法は、追加の工程：すなわち、時間ｔが経過したら、キャビティ中への乾燥非反応性ガスの導入を停止し；そして、そのキャビティを密封することによって、キャビティ内において乾燥非反応性ガスの雰囲気（キャビティはｖＰD又はそれより低い蒸気圧を有する）を形成させることを含む。
【００１６】
入手可能な装置に依存して、調節される流量Ｒは、体積流量又は質量流量であることができる。適する非反応性ガスとしては、窒素、二酸化炭素及び低級炭化水素ガス（例えば、メタン）が挙げられ、また、ヘリウム、アルゴン、クリプトン及びキセノンからなる群から選択される不活性ガスが挙げられる。好ましくは、キャビティにおける所望の蒸気圧ｖＰDは、約２１°Ｆ又はそれより低い温度ＴCに相当する約３トル又はそれより低い圧力である。
【００１７】
別の側面においては、本発明は、自由体積（ＶF）、出発蒸気圧（ｖＰS）及びキャビティ圧力（ＰC）を有する放射性元素で充填されたキャビティを乾燥させる方法であって、該方法は：所望の蒸気圧（ｖＰD）を得るためにキャビティにおける所望の乾燥度を決め；非反応性ガスを温度（ＴC）まで冷却することによって非反応性ガスを乾燥させ；キャビティの自由体積ＶFがＸ回入れ替わるように、乾燥非反応性ガスをキャビティ中に導入し；そして、キャビティから湿潤非反応性ガスを取り出すことを含む。該方法では、ＴC及びＸを調節してキャビティにおいて所望の蒸気圧（ｖＰD）を達成する。
【００１８】
好ましくは、本方法は、冷却工程後及び導入工程前に、温度（ＴH）まで乾燥非反応性ガスを加熱することを更に含む。その際、ＴHを調節して所望の蒸気圧ｖＰDを達成する。この方法の冷却工程は、非反応性ガスを凝縮器モジュールを通して流し、次に、その非反応性ガスを凍結乾燥させる脱湿剤モジュールを通して該ガスを流すことを含むことができる。その際、脱湿剤モジュールは、非反応性ガスを温度ＴCで排気するように適合される。
【００１９】
この方法は、更に、取り出された湿潤非反応性ガスを冷却工程に暴露することによってキャビティから取り出された湿潤非反応性ガスを再循環させ；キャビティの自由体積ＶＦがＸ回入れ替わった後、キャビティ中への乾燥非反応性ガスの導入を停止し；そして、キャビティを密封することによって、キャビティ内において乾燥非反応性ガスの雰囲気（キャビティはｖＰD以下の蒸気圧を有する）を形成させることを含む。
【００２０】
適切な非反応性ガスとしては、窒素、二酸化炭素、及び例えば、メタンのような低級炭化水素ガスが挙げられ、また、ヘリウム、アルゴン、クリプトン及びキセノンからなる群から選択される不活性ガスが挙げられる。所望の蒸気圧ｖＰDは、約２１°Ｆ又はそれより低い温度ＴCに相当する約３トル又はそれより低い圧力であることができる。
【００２１】
もう一つ別の側面では、本発明は、自由体積（ＶF）、出発蒸気圧（ｖＰS）、及びキャビティ圧力（ＰC）を有する放射性元素で充填されたキャビティを乾燥させるためのシステムであり、該システムは：システムに対して非反応性ガスを供給するように適合された非反応性ガス源；非反応性ガスを温度（ＴC）まで冷却することによって非反応性ガスを乾燥させる手段；その乾燥非反応性ガスを、時間（ｔ）の間、流量Ｒで、キャビティに導入するように適合された、乾燥非反応性ガスをキャビティに流す流動手段；湿潤非反応性ガスをキャビティから取り出す手段を含み、その際、非反応性ガス源、冷却手段、流動手段、取り出し手段、及びキャビティは流動的に結合されており；また、ＴC及びＲを調節して、時間ｔでキャビティ中において所望の蒸気圧（ｖＰD）を達成する。
【００２２】
好ましくは、システムは、乾燥非反応性ガスを温度（ＴH）まで加熱する手段を更に含み、該加熱手段は、冷却手段の下流でキャビティの上流においてシステムに対して流動的に結合されていて、その際、ＴHを調節して、所望の蒸気圧ｖＰDを達成する。この加熱手段は好ましくは補助ヒーターである。
【００２３】
流量Ｒは、質量流量又は体積流量であることができる。流動手段はガスサーキュレータであることができ、冷却手段は、脱湿剤モジュールに対して上流で流動的に結合された凝縮器モジュールを含むことができ、該脱湿剤モジュールは、脱湿剤モジュールを出る非反応性ガスが温度ＴCであるように、非反応性ガスを凍結乾燥させるように適合されている。
【００２４】
更に好ましくは、システムによってキャビティから取り出される湿潤非反応性ガスを再循環させるようにシステムを適合させる。非反応性ガスは、窒素、二酸化炭素、例えばメタンのような低級炭化水素ガスが挙げられ、又は、ヘリウム、アルゴン、クリプトン及びキセノンからなる群から選択される不活性ガスが挙げられる。キャビティのキャビティにおける所望の蒸気圧ｖＰは、約２１°Ｆ又はそれより低い温度ＴCに相当する約３トル又はそれより低い圧力である。
【００２５】
最後に、好ましくは、キャビティは頂部及び底部を有し、システムは、キャビティの底部又は底部近傍においてキャビティに乾燥非反応性ガスを供給するように適合させ、また更に、キャビティの頂部又は頂部近傍において、キャビティから湿潤非反応性ガスを取り出すように適合させる。
【００２６】
図面の具体的な説明
図１は、本発明で用いるのに適するキャニスター２０を示している。キャニスター２０は例示目的のみで図示してある。本発明は、特定の幾何学的配置、構造、又は寸法に限定されないが、放射性元素を輸送、貯蔵、又は保持するために用いられる任意のタイプの格納容器に対して適用可能である。したがって、本発明の範囲には、キャニスターを用いずにキャスクのキャビティ中に直接、使用済燃料（ＳＮＦ）が充填されるキャスク態様も含まれる。
【００２７】
キャニスター２０は、キャビティ２１を形成する底部プレート２２と円筒壁２４とを含む。本明細書において、底部プレート２２の最も近くにあるキャニスター２０の末端２５をキャニスター２０の底部と呼び、底部プレート２２から最も遠位にあるキャニスター２０の末端２６をキャニスター２０の頂部と呼ぶ。キャニスター２０のキャビティ２１は、その中に配置されたハニカムグリッド２３を有する。ハニカムグリッド２３は、使用済核燃料（ＳＮＦ）棒を受容するように適合された矩形ボックスを複数含む。キャニスター２０は、更に、キャニスター２０の外側からキャビティ２１への密封可能な通路を提供する、キャニスター２０の底部に又は底部近傍に配置された排水孔（図示せず）も含む。排水孔は、底部プレート２２上に配置できる。更に、排水孔は、開けることができ、又は従来のプラグ、排水バルブ、もしくは溶接法を用いて密閉することができる。
【００２８】
図１に示してあるように、キャニスター２０は空であり（すなわち、キャビティ２１はハニカムグリッド２３中に配置されるＳＮＦ棒を有していない）、キャニスター２０の頂部２６は開いている。キャニスター２０を用いてＳＮＦ棒を輸送し貯蔵する場合、キャニスター２０を輸送キャスク１０の内側に配置する（図２）。キャニスター２０は開放されていて空である。そのとき、キャニスター２０の底部又は底部近傍に配置された排水孔は、閉じられ密閉されている。次に、開放輸送キャスク１０及び開放キャニスター２０を使用済燃料プール中に沈め、キャビティ２１の残りの体積を水で満たす。次に、原子炉から取り出されるＳＮＦ棒を、使用済燃料プール中に沈め、キャニスター２０のキャビティ２１の内側に配置する。好ましくは、ＳＮＦ棒の単一束をハニカムグリッド２３の各々の矩形ボックスに配置する。ＳＮＦ棒をキャビティ２１に充填したら、キャニスターの蓋２７（図２）を、キャニスター２０の頂部２６に固定して、ＳＮＦ棒と、プール水とをキャビティ２１中に密封する。キャニスターの蓋２７は、開放したときに、キャニスター２０の外部からキャビティ２１中への通路を形成する複数の密封可能な蓋の孔２８を有する。次に、クレーンによって輸送キャスク１０（その中に充填され密封されたキャニスター２０を有する）を使用済燃料プールから持ち上げ、（図２に示してある）中継場所に真っ直ぐに配置して、キャニスター２０を乾燥貯蔵のために適切に用意することができる。
【００２９】
図２をみると、中継場所において、キャニスター２０（ＳＮＦ棒及びプール水を含む）は輸送キャスク１０内にある。キャニスター２０及び輸送キャスク１０は双方とも直立配置である。中継場所に適切に配置したら、キャニスター２０の底部２５又は底部近傍にある排水孔（図示せず）を開け、キャニスター２０のキャビティ２１に閉じ込められているバルク水を排水する。キャビティ２１からバルク水を排水するが、極微量の液体の水及び水蒸気がキャビティ２１の内部に残留するので、水分はキャビティ２１中及びＳＮＦ棒上に残留している。しかしながら、キャニスター２０を、永久的に密封し、長期乾燥貯蔵のための貯蔵キャスクに移動させる前に、確実に、キャニスター２０の中に含まれているキャビティ２１及びＳＮＦ棒を充分に乾燥させなければならない。容器内の蒸気圧（ｖＰ）が低いということは、存在している水分量が低レベルであるということなので、米国原子力規制委員会（Ｎ．Ｒ．Ｃ．）は、３トル又はそれより低い蒸気圧（ｖＰ）がキャビティ２１内で得られるときに、充分な乾燥が達成されるとしている。
【００３０】
図３は、キャビティ２１内で得られるｖＰを侵入的に測定する必要なく、許容可能なＮ．Ｒ．Ｃ．レベルまでキャビティ２１を乾燥させることができる閉ループシステム３００の一の態様を概略示している。図５は、本発明にしたがってシステム３００を運転する方法の一態様に関する流れ図である。図６は、本発明にしたがってシステム３００を運転する方法の第二の態様に関する流れ図である。
【００３１】
システム３００をキャニスター２０に接続して、閉ループシステムを形成する。しかしながら、本発明は、閉ループシステムが無くても実行可能である。システム３００は、非反応性ガスリザーバ３４０、ガス冷却要素３１０、温度センサー３２０、ガス循環器３３０、補助ヒーター３５０、ガス流調節器３６０、及びガス分配器３７０を含む。図示してあるように、ガス冷却要素３１０は凝縮器３７０及び脱湿剤モジュール３８０を含む。これらの要素はすべて、非反応性ガスが外部環境中へと抜け出さずにシステム３００を通って流れることができるように、流動的に接続されている。本明細書で説明するすべての流体接続は、ねじ込み接続、シール、リングクランプ、及び／又はガスケットを用いることによって、システム３００の要素を流動的に接続する適するチュービング又はパイピングを用いることによって達成できる。パイピング及びチュービングは、金属製可とう性管又は金属製非可とう性管から構成できる。システム３００の様々な要素に対してパイピング及びチュービングを流動的に接続する設計は、選択される装置の特定の設計構造及び選択されるパイピング又はチュービングの材料組成によって左右される。
【００３２】
好ましくは、非反応性ガスリザーバ３４０を用いてヘリウムガスを貯蔵する。ヘリウムガスは好ましい非反応性ガスであるが、システム３００では、任意の非反応性ガスを用いることができ、それもまた本発明の範囲内である。例えば、非反応性ガスは、窒素、二酸化炭素、例えばメタンのような低級炭化水素ガス、又は限定するものではないがヘリウム、アルゴン、クリプトン及びキセノンを含む任意の不活性ガスであることができる。
【００３３】
システム３００中を流れるヘリウムガス流は、ガス循環器３３０によって生じる。ガス循環器３３０は、ガス循環器３３０を出るときにヘリウムガスの圧力を増大させることによって、システム３００及びキャニスター２０を通してヘリウムガスを循環させる。こうして、ガス循環器３３０を出るヘリウムガスは、システム３００を反時計回りに押出される。システム３００を流れるガス流の方向は、流体接続に関して示した矢印によって図示されている。
【００３４】
ヘリウムリザーバ３４０はシステム３００に対して充分なヘリウムガス源を提供する。ヘリウムリザーバ３４０は凝縮器３７０に対して流動的に接続されている。ヘリウムガスをシステム３００中へ押出すと、ヘリウムリザーバ３４０内にあるヘリウムガスは凝縮器３７０中に流れる。ヘリウムガスが凝縮器３７０を通って流れると、ヘリウムガスは冷却される。この冷却により、ヘリウムガス中にトラップされている水分（すなわち、水蒸気）のいくらかがヘリウムガスから凝縮し、液体形態で凝縮器３７０中に集められる。液体の水は、排流管（図示せず）を経由して凝縮器３７０から取り出され、一方、部分的に乾燥したヘリウムガスは、分離流体接続を経由して脱湿剤モジュール３８０（凍結乾燥器としても知られている）中に流れる。次に、その部分乾燥ヘリウムガスは脱湿剤モジュール３８０中に流れ、そこで、管状熱交換器中を流れる冷媒流体によってヘリウムガスを凍結乾燥することによって、更にヘリウムガスが冷却される。部分乾燥ヘリウムガスのこの更なる温度低下により、追加の水分が生じ、ヘリウムガスから取り出される。そのようにして、脱湿剤モジュール３８０を出るヘリウムガスは、含水量が非常に低く（すなわち、蒸気圧が低い）、非常に乾燥している。脱湿剤モジュール３８０においてヘリウムガスから取り出される水分は、冷凍流体で冷却された熱交換器管によって直接凍結される。
【００３５】
脱湿剤モジュール３８０から流れ出てくるヘリウムガスの温度をモニターして、その温度を充分に低く保つことにより、ヘリウムガスを非常に乾燥した状態に確実にすることができる。脱湿剤モジュール３８０は、流出していくヘリウムガスを所望の低い温度Ｔcまで確実に冷却するように適合される。それは、温度センサー３２０を用いて流出していくヘリウムガスの温度をモニターすることによって達成される。温度センサー３２０は、電気接続３２５によって、脱湿剤モジュール３８０に対して使用可能に結合される。ユーザーインタフェース及び適切にプログラムされたプロセッサ（図示せず）を用いることによって、使用者によって、所望の温度ＴCが入力される。温度センサー３２０は、脱湿剤モジュール３８０を出ていくヘリウムガスの温度を繰返し測定する。流出ヘリウムガスの温度が入力した所望の温度ＴCと一致していない場合、適切な信号が脱湿剤モジュール３８０へと送られる。脱湿剤モジュール３８０は、送られた信号にしたがって、ヘリウムガスの冷却を強めたり弱めたりすることによって、信号に適切に応答する。この調節方法は、脱湿剤モジュールを出ていくヘリウムガスがＴC又はそれより低い所望の温度に達する（且つ維持される）まで繰返され、図５及び図６それぞれの工程５００及び６００を完了する。以下で詳細に説明しているように、キャビティ２１（図１）から充分量の水分を取り出して、キャビティ２１において所望の蒸気圧（ｖＰD）を達成できるように、流出していくヘリウムガスが充分に乾燥していることを保証するために、使用者によってＴCは選択される。
【００３６】
乾燥ヘリウムガス（所望の温度ＴCとなっている）をガス循環器３３０中に流し、上記したように、乾燥ヘリウムガスの圧力を増加させて、乾燥ヘリウムガスを押出し、補助ヒーター３５０中に流し、システム３００全体に循環させる。補助ヒーター３５０は、ガス循環器３３０の下流に流動的に接続されている。補助ヒーター３５０に入ると、乾燥ヘリウムガスは、所望の加熱温度（ＴH）まで過熱され、図５及び図６それぞれの工程５１０及び６１０を完了する。ヘリウムガスの温度をＴHまで上昇させると、ヘリウムガスがキャビティ２１に入るときに、キャビティ２１から水分（ＳＮＦ棒上の水分を含む）を取り出すことが容易になる。しかしながら、ＳＮＦ棒は、しばしば、多量の熱を発生させるので、そのような場合には、補助ヒーター３５０の使用は不要であるかもしれない。補助ヒーター３５０により、使用可能に結合された温度センサー（図示せず）を用いて、補助ヒーター３５０から流出していく乾燥ヘリウムガスを、温度ＴHに確実に維持する。この使用可能な接続に関する考察は、接続及び調節は脱湿剤モジュール３８０及び温度センサー３２０に関して用いられるものと同様であるので重複を避けるために省略される。
【００３７】
補助ヒーター３５０を出ると、乾燥ヘリウムガス（温度ＴH）はガス流調節器３６０中に流れる。ガス流調節要素３６０は、電気接続３９０によって、ガス循環器３３０に対して使用可能に結合される。本発明のいずれの方法が用いられるかに依存して、ガス流調節器３６０は、体積流量調節器又は質量流量調節器であることができる。
【００３８】
ガス流調節器３６０が体積流量調節器である場合、バルブは、一定の所望の体積流量（Ｒ）でヘリウムガスがバルブを通って流れるように適合される。所望の体積流量Ｒは、適切にプログラムされたプロセッサを有する結合されたユーザーインタフェース（図示せず）を介して使用者によって入力される。適切にプログラムされたプロセッサは、体積流量バルブへと信号を送り、所望の体積流量Ｒが達成されるようにバルブを調節する。この態様では、使用者は、所望の時間（ｔ）もユーザーインタフェースに入力する。時間ｔが経過したら、適切にプログラムされたプロセッサは、ガス流調節器３６０に運転停止信号を送り、システム３００中のヘリウムガスの流れを停止させる。このようにして、ガス流調節器３６０によって図５の工程５２０が容易に実行される。
【００３９】
図５の工程５２０を容易にしうる別の方法は、質量流量調節器を用いる方法である。ガス流調節器３６０が質量流量調節器である場合、バルブは、質量流量調節器を通って流れる加熱された乾燥ヘリウムガスの質量を測定するように適合される。使用者は、体積流量値ではなく、所望の質量流量（Ｒ）及び所望の時間ｔを入力する。質量流量又は体積流量にかかわらず、所望の流量Ｒ及び時間ｔを使用者が決定する方法に関しては以下で詳細に説明する。
【００４０】
別法として、使用者がユーザーインタフェースに数値Ｘを入力するようにガス流調節器３６０を適合させることができ、その際、値Ｘは、使用者がヘリウムガス流でキャビティ２１の自由体積（ＶF）を入れ替えたい回数を表している。本明細書で使用するように、キャビティの自由体積（ＶF）とは、充填されたＳＮＦ棒とハニカムグリッド２３とによって占有されていないキャビティの空間と規定される。ＶF値は、種々のキャニスターで異なり、キャニスターがＳＮＦ棒で完全に充填されているか否かに依存するが、任意の所定のキャニスターに関するＶFは、キャビティ中に充填されるＳＮＦ棒の数及びサイズと、空のときのキャビティの体積とを知ることによって概算することができる。本特許において、充分なガスがキャビティ中に流されて自由体積ＶFを満たし、且つその自由体積をそれまで占有していたガスが置換されるとき、ＶFは入れ替えられる。例えば、ＶFが３００立方フィートであって、６００立方フィートの体積の乾燥ヘリウムガスがＶF中に流れる場合、自由体積ＶFは２回入れ替えられる。したがって、Ｘは２．０である。システム３００のこの態様では、ＶFが特定の回数入れ替えられて、キャビティ内において所望の蒸気圧ｖＰDが達成されるように、使用者はＸを選択する。使用者が所望のＸを計算する方法については以下で詳細に説明する。所望のＸは既知であると仮定すると、Ｒ及びｔの代わりに、使用者は、ユーザーインタフェースにその値を入力する。適切にプログラムされたプロセッサはガス流調節器３６０（質量流量調節器又は体積流量調節器）と通信し、キャビティのＶFを所望の回数Ｘ入れ替える体積の乾燥ヘリウムガスを供給して、図６の工程６２０を完了させる。所望の回数Ｘ回入れ替える体積の乾燥ヘリウムガスがキャビティ２１に供給されると、適切にプログラムされたプロセッサは、ガス循環器３３０に対して運転停止の信号を送って、システム３００を流れているヘリウムガス流を停止させる。
【００４１】
ガス流調節器３６０を出ると、乾燥ヘリウムガスはガス分配器３７０中に流れる。ガス分配器３７０は、キャビティ２１に流動的に結合されていて、おそらくバルク水を排水するのに用いられるのと同じ排水バルブ（図示せず）を通して、キャニスター２０の底部に又は底部近傍においてキャビティ２１（図１）中に、加熱された乾燥ヘリウムガスを導入するように適合される。ガス分配器３７０は、キャビティ２１のＶF中に、加熱された乾燥ヘリウムガスを導入し、図５及び図６の工程５２０及び６２０それぞれを完了させる。キャビティ２１の内部に入ると、水分を吸収することによって乾燥ヘリウムガスは湿潤する。乾燥ヘリウムガスによるこの水分吸収は、キャビティ２１中に既に存在している水蒸気と混合することによって、またキャビティ２１中及びＳＮＦ棒上に残留しているかもしれない液体の水を蒸発させることによって、起こる。乾燥ヘリウムガスを温度ＴHまで過熱すると、乾燥ヘリウムガス中の加えられたエネルギーは、液体水の蒸発の開始に役立つ。乾燥ヘリウムガスをキャビティ２１中に連続して導入すると、キャビティ２１のＶFが満たされる。ＶFが満たされると、乾燥ヘリウムガスの連続供給により、湿潤ヘリウムガスは、キャビティ２１の頂部又は頂部近傍にある出口オリフィスからキャビティ２１の外へと押出され、したがって図５及び図６の工程５３０及び６３０それぞれが完了する。出口オリフィスは、密封可能なキャニスターの蓋の孔２８（図２）であることができる。キャビティ２１から湿潤ヘリウムガスを取り出すと、キャビティ２１における生成蒸気圧が低下する。湿潤ヘリウムガスがキャビティ２１から流出すると、湿潤ヘリウムガスは、流体接続を通ってヘリウムリザーバ３４０へと運ばれる。かくして、湿潤ヘリウムガスは、システム３００中を再循環して、連続キャニスター乾燥法を維持することができる。
【００４２】
上記したように、加熱された乾燥ヘリウムガスを、時間ｔ、流量Ｒでキャビティ２１を通して循環させたら、キャビティ２１中への加熱された乾燥ヘリウムガスの導入を停止し、図５の工程５４０を完了させる。別の態様では、ＶFをＸ回入れ替えて、図６の工程６４０を完了させるように、加熱された乾燥ヘリウムガスをキャビティ２１を通して循環させて、加熱された乾燥ヘリウムガスのキャビティ２１中への導入を停止する。この時点で、システム３００は、キャニスター２０と、キャビティ２１中へのすべての開口（排水バルブ及び排水オリフィスを含む）とから切り離され、密封され、それにより、キャビティ２１中に乾燥ヘリウムガスを閉じ込め、キャビティ２１内に非反応性雰囲気をつくりだし、図５及び図６の工程５５０及び工程６５０のそれぞれを完了させる。
【００４３】
図４をみると、蒸気圧−温度線図によって、システム３００を通って循環しているヘリウムガスの熱力学サイクルが図示されている。この線図でプロットされているのは、水に関する蒸気圧曲線である。蒸気圧曲線の上の部分では、水は液体状態であり、下の部分は、水蒸気状態である。曲線上の任意の点において、水蒸気と液体は平衡状態で同時に存在する。説明する目的のため、その熱力学グラフは、ＴCが２１°Ｆ、ＴHが３００°Ｆ及びキャビティ２１における出発蒸気圧（ｖＰS）が８７トルであるようにシステム３００が運転されていると仮定している。本明細書で用いているキャビティにおける出発蒸気圧ｖＰSとは、キャビティからバルク水を排水した後ではあるが、乾燥ヘリウムガスをキャビティを通して循環させる前のキャビティにおける蒸気圧である。線図のポイント１で出発し、水蒸気で満たされている過熱されたヘリウムガスは、キャニスター２０のキャビティ２１から出て、凝縮器３７０に入る。凝縮器３７０の内部に入ると、過熱されたヘリウムガスはライン１−２に沿って、蒸気圧曲線と交わっている露点（すなわち、ポイント２）に達するまで冷却される。ライン２−３に沿って蒸気圧曲線の下方に向けて、凝縮器３７０において、露点未満の温度でヘリウムガスの冷却を継続して、ヘリウムガスから水蒸気を徐々に凝縮させる。２−３で凝縮される液体を分離し、凝縮器から取り出し、部分乾燥されたヘリウムガスは、脱湿剤モジュール３８０中に流れ、そこで凍結乾燥される。脱湿剤モジュール３８０では、ヘリウムガスを露点未満の温度まで更に冷却するが、ＴC（２１°Ｆ）が達成されるまで、ライン３−４に沿ってヘリウムガスから更に多くの水蒸気を凝縮させる。乾燥ヘリウムガスは、凝縮器モジュール３８０から出て、ライン４−５に沿って補助ヒーター３５０でＴHまで過熱され、キャビティ２１において液体の水を蒸発させるのに役立つ。ＳＮＦ棒が充分に熱い場合、この過熱は、キャビティ２１の内部で起こるので、補助ヒーター３５０の必要性が無くなる。キャビティ２１の内部では、乾燥ヘリウムガスは、ＳＮＦ棒から放出される熱によって更に加熱され、その加熱された乾燥ヘリウムガスは、蒸発している液体の水から生じる水蒸気を吸収するので、湿潤し、ライン５−１に沿って乾燥ヘリウムガスの蒸気圧が増加する。乾燥ヘリウムガスがキャビティ２１を通って流れる限り、キャビティ２１内の蒸気圧は低下し続ける。また、流出して行く湿潤ヘリウムガスの蒸気圧（ポイント５）は時間の経過と共に低下する。キャビティ２１内の蒸気圧は、単調に減少し続けて、キャビティ２１に入って行く加熱された乾燥非反応性ガスの蒸気圧に接近する。したがって、脱湿剤モジュール３８０に入って行くヘリウムガスの温度（ＴC）を充分に低くして、所望の蒸気圧（ｖＰD）（この場合は３トルである）に比べて、等しいか又はそれより低い蒸気圧に相当するようにすることにより、前記の所望の蒸気圧（ｖＰD）は、乾燥ヘリウムガスの充分量がキャビティ２１を通って流れる限り、キャビティ２１において達成できる。したがって、所望の乾燥度が蒸気圧に関して既知である限りは、システム３００の使用者は、図４又は同様なグラフを用いてＴCを計算して、あるレベルの乾燥��を達成できる。現在のＮ．Ｒ．Ｃ．規則が、乾燥度の一つの指標として、３トル又はそれより低い蒸気圧がキャビティ２１で達成されることを要求していることから、ｖＰDは３トル又はそれより低い。したがって、図５及び図６の工程５６０及び工程６６０のそれぞれを完了させる。かくして、所望の蒸気圧は２１°Ｆ又はそれより低いＴCに相当するということが図４から認められる。
【００４４】
ｖＰD（３トル）が既知であって、ＴCが計算されたら（２１°Ｆ）、次の工程において、キャビティ２１内に存在する自由体積ＶFを決める。それは、キャビティ２１に含まれているＳＮＦ棒のおおよその体積と、キャビティ２１中に存在し得る任意の他の固体、例えばハニカムグリッド２３の体積とを、キャビティ２１の総体積から引くことによって求める。自由体積ＶFが決まったら、次に、システムの使用者は、補助ヒーター３５０によって乾燥ヘリウムガスが加熱される温度ＴH及びその加熱された乾燥ヘリウムガスがキャビティ２１へと供給される流量Ｒを選択する。乾燥されるキャビティに関するＶFの値と、ＴH及びＲに関して選択される値とにしたがって、キャビティが３トルの所望の蒸気圧ｖＰDに達する前に、加熱された乾燥ヘリウムガスを、時間ｔの間、キャビティに通って流さなければならない。キャビティ２１内の条件をシミュレートし、システム３００の変数に関して仮定値を設定することにより、データの適切なグラフを読み取って、時間ｔを、変数の任意の所定のセットに関して決定できる。
【００４５】
図７をみると、シミュレートされた条件の所定のセットに関して、キャビティを通って流れるガス流の時間に対してキャビティ中において得られた蒸気圧をグラフ化しているデータグラフが図示してある。この時間−蒸気圧グラフを作成する際、次の条件を仮定又は選択した：（１）ｖＰDは３トル（図４から、２１°ＦのＴCと関連がある）；（２）ＶFは３００立方フィート；（３）ＴHは３００°Ｆ（一立方フィートあたり約０．０３２ポンドのヘリウム密度ρと関連がある）；（４）Ｒは一分あたり７８．１２５立方フィート；（５）キャビティ圧力（ＰC）は一平方インチあたり５０ポンド；及び（６）キャビティ内の出発蒸気圧ｖＰSは８７トルである。データプロットから分かるように、乾燥ヘリウムガスを長時間キャビティ中に流すと、キャビティ内で得られる蒸気圧は低下する。そのデータをプロットすることによって、約２２．５分の時間ｔにおいて、キャビティ内で得られる蒸気圧は、３トルのｖＰDに等しいことが分かる。時間ｔを決める際、温度ＴCが脱湿剤モジュールを出ていくヘリウムガスに関して温度ＴCが達成された後に、時間を計測し始める。図７の条件は、ただ例示目的のみで選択した。キャビティ内の始動条件の任意の所定のセット及び使用者によって選択された任意の変数に関して、同様なグラフをシミュレートすることができる。したがって、任意の所望のｖＰDを達成するのに要する時間は、キャビティ内の蒸気圧を直接（侵入的に）測定する必要なく、条件の任意の所定のセットに関して概算できる。適切なグラフは、適切にプログラムされたコンピュータによるシミュレーションによって又は実際の実験データをグラフ化することによって作成できる。
【００４６】
別法として、Ｒは質量流量であるように選択できる。質量流量は、単にガス流の密度が分かれば、体積流量と容易に置き換えることができる。ガスの質量流量は、体積流量にガス密度を掛けた値に等しい。例えば、上で選択した７８．１２５立方フィート／分の体積流量Ｒは、ヘリウムの密度が約０．０３２ポンド／立方フィートであるので、２．５ポンド／分の質量流量に相当する。したがって、所定の質量流量に関して、図７と同様なデータプロットをシミュレートできる。
【００４７】
更に、任意の単一の変数を、残りの変数を設定することによって、計算できる。例えば、ある乾燥時間ｔが望ましい場合、得られる蒸気圧対ガス流量Ｒをプロットしているグラフを作成でき、その際、時間ｔは一定に保たれ、流量Ｒは変えられる。したがって、本発明は、任意の特定の変数が一定に保たれている状態に限定されない。
【００４８】
図８をみると、シミュレートされた条件の所定のセットに関して、ガスによる自由体積（ＶC）時間の入れ替え回数（Ｘ）に対するキャビティで得られる蒸気圧をグラフ化しているデータグラフが図示してある。この入れ替え回数−蒸気圧グラフを作成する際、次の条件を仮定又は選択した：（１）ｖＰDは３トル（図４から、２１°ＦのＴCと関連がある）；（２）ＶFは３００立方フィート；（３）ＴHは３００°Ｆ（一立方フィートあたり約０．０３２ポンドのヘリウム密度ρと関連がある）；（４）キャビティ圧力（ＰC）は一平方インチあたり５０ポンド；及び（５）キャビティ内の出発蒸気圧ｖＰSは８７トルである。任意の所定のキャニスターに関してシステム３００を連続運転するとき、キャビティの自由体積ＶF中に流れるガスの総体積（Ｖtot）は増加する。Ｘは、ＶtotをＶFで割った値に等しいので、ヘリウムガスが流れ続けると、Ｘも増加する。Ｘが増加すると、得られる蒸気圧は、蒸気圧プロット線に沿って低下することが、図８から分かる。このデータプロット線から、キャビティ内部で得られる蒸気圧が、３トルという所望の蒸気圧ｖＰDに等しいか又はそれより低いときのＸを求めることができる。
【００４９】
図９をみると、５．８６に等しいか又はそれより大きいＸが得られるように、充分な体積の加熱された乾燥ヘリウムガスをキャビティを通して流すとき、キャビティ内において、所望の蒸気圧（ｖＰD）３トルが達成されることが分かる。したがって、５．８６以下のＸが達成されるようにシステム３００をプログラミングすることによって、キャビティ内部を直接（侵入的に）測定する必要なく、３トルという所望の蒸気圧ｖＰDがキャビティ中で達成されることを保証することができる。図８及び図９の条件は、ただ例示目的のみで選択した。本発明の精神から逸脱せずに、キャビティ内の始動条件の任意の所定のセットに関して、また使用者によって所望された又は選択された任意の変数に関して同様なグラフをシミュレート（又は実際の実験データを用いてプロット）することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】図１は、空の開放キャニスターに関する部分断面斜視図である。
【図２】図２は、密封され輸送キャスク中に配置された図１のキャニスターを有する輸送キャスクに関する部分断面斜視図である。
【図３】図３は、本発明にしたがった閉ループシステムに関する概略図である。
【図４】図４は、特定の条件下で図３のシステムを通って流れるヘリウムガスの熱力学サイクルを図示しているグラフである。
【図５】図５は、本発明にしたがった方法の第一態様の流れ図である。
【図６】図６は、本発明にしたがった方法の第二態様の流れ図である。
【図７】図７は、乾燥した加熱されたヘリウムガスを、様々な時間、キャビティを通して流した後のキャニスターのキャビティにおいて得られる蒸気圧に関してシミュレートされたデータをプロットしているデータグラフである。
【図８】図８は、キャビティの自由体積の入れ替え回数に対して、キャビティにおいて得られる蒸気圧をプロットしているデータグラフである。
【図９】図９は、図８における領域ＩＸ−ＩＸの拡大図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【外国語明細書】
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