(57)【要約】【課題】キャスク用緩衝構造体において、衝撃エネルギーを吸収する許容変形量が大きくとれる構造を提供すること。【解決手段】円環状緩衝構造体１１は、硬質木材２１と軟質木材２２とを組み合わせた環状体部分が金属被覆板２３で被覆され、キャスク２の端面に装着される側には、キャスク端部の形状に合わせた金属板２４が取りつけられてドーナツ型に構成されている。硬質木材２１に張り出し部２５を形成し、その先端部を金属板２４に起立して設けたストッパ２６に当接させている。また、金属板２４にはキャスク径方向にフランジ部２７が形成され、フランジ部２７で木質環状体にねじ２８により固定されている。本発明によれば、硬質木材の環状張り出し部によって、大きな衝撃エネルギーを吸収する構造が得られる。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用済核燃料集合体を収容する円筒状キャスクの両端部にそれぞれ被冠され、木材を金属板で被覆してなる円環状の緩衝構造体であって、前記緩衝構造体は、前記キャスクの端部外周に被着される第１の筒状部と、該第１の筒状部と同一の内外径を有し、該第１の筒状部に連接させてキャスクの外方に延在されてなる第２の筒状部と、該第２の筒状部に内接され、外側端面が該第２の筒状部の外側端面と面一に設置される第３の筒状部とを有し、前記第１の筒状部と前記第２の筒状部の界面が、キャスク端面に設置される前記金属板と面一にされ、該金属板と前記第３の筒状部との間に、前記第２の筒状部の下端部内面を張り出して環状張り出し部を配置し、該環状張り出し部の内周面に対応する位置に前記金属板から起立した環状のストッパを備え、前記第１および前記第３の筒状部に軟質木材を配置し、前記第２の筒状部および環状張り出し部に硬質木材を配置してなるキャスク用緩衝構造体。
【請求項２】
請求項１に記載のキャスク用緩衝構造体において、前記第１の筒状部は、軟質木材が木目方向をキャスク径方向と同一にして配置され、前記第２の筒状部は、硬質木材のみ、もしくは硬質木材および軟質木材が、それぞれ木目方向をキャスク径方向と同一にして配置され、前記第３の筒状部は、１つの軟質木材が木目方向を任意に設定して配置されるか、もしくは、２つの軟質木材が互いに木目方向を変えて配置され、かつ、前記ストッパは、前記第３の筒状部の内周面と面一の位置、もしくは、該内周面の位置より緩衝体内部側に設置されることを特徴とするキャスク用緩衝構造体。
【請求項３】
請求項１に記載の緩衝構造体において、前記第１の筒状部は、軟質木材が木目方向をキャスク径方向と同一にして配置され、前記第２の筒状部は、硬質木材が木目方向をキャスク径方向と同一にして配置され、前記第３の筒状部は、軟質木材が木目方向をキャスク軸方向と同一にして配置されていることを特徴とするキャスク用緩衝構造体。
【請求項４】
請求項１に記載のキャスク用緩衝構造体において、前記第１の筒状部は、軟質木材が木目方向をキャスク径方向と同一にして配置され、前記第２の筒状部は、前記第１の筒状部の軟質木材に接する位置に、木目方向がキャスク径方向と同一の硬質木材が配置されるとともに、該硬質木材に接して外方に、木目方向がキャスク径方向と同一の軟質木材を配置し、前記第３の筒状部は、軟質木材が木目方向をキャスク軸方向と同一にして配置されていることを特徴とするキャスク用緩衝構造体。
【請求項５】
請求項１に記載のキャスク用緩衝構造体において、前記第１の筒状部は、軟質木材が木目方向をキャスク径方向と同一にして配置され、前記第２の筒状部は、硬質木材が木目方向をキャスク径方向と同一にして配置され、前記第３の筒状部は、軟質木材が木目方向をキャスク周方向と同一にして配置されていることを特徴とするキャスク用緩衝構造体。
【請求項６】
請求項１に記載のキャスク用緩衝構造体において、前記第１の筒状部は、軟質木材が木目方向をキャスク径方向と同一にして配置され、前記第２の筒状部は、前記第１の筒状部の軟質木材に接する位置に、木目方向がキャスク径方向と同一の硬質木材が配置されるとともに、該硬質木材に接して外方に、木目方向がキャスク径方向と同一の軟質木材を配置し、前記第３の筒状部は、軟質木材が木目方向をキャスク周方向と同一にして配置されていることを特徴とするキャスク用緩衝構造体。
【請求項７】
請求項１に記載のキャスク用緩衝構造体において、前記第１の筒状部は、軟質木材が木目方向をキャスク径方向と同一にして配置され、前記第２の筒状部は、硬質木材が木目方向をキャスク径方向と同一にして配置され、前記第３の筒状部は、前記第２の筒状部の内周面および前記張り出し部に接する位置に、木目方向がキャスク軸方向と同一の軟質木材を配置するとともに、該軟質木材の内周面に接して、木目方向がキャスク周方向と同一の軟質木材が配置されていることを特徴とするキャスク用緩衝構造体。
【請求項８】
請求項１に記載のキャスク用緩衝構造体において、前記第１の筒状部は、軟質木材が木目方向をキャスク径方向と同一にして配置され、前記第２の筒状部は、前記第１の筒状部の軟質木材に接する位置に、木目方向がキャスク径方向と同一の硬質木材が配置されるとともに、該硬質木材に接して外方にに、木目方向がキャスク径方向と同の軟質木材を配置し、前記第３の筒状部は、前記第２の筒状部の内周面および前記張り出し部に接する位置に、木目方向がキャスク軸方向と同一の軟質木材を配置するとともに、該軟質木材の内周面に接して、木目方向がキャスク周方向と同一の軟質木材が配置されていることを特徴とするキャスク用緩衝構造体。
【請求項９】
請求項１に記載のキャスク用緩衝構造体において、前記第１の筒状部は、軟質木材が木目方向をキャスク径方向と同一にして配置され、前記第２の筒状部は、硬質木材が木目方向をキャスク径方向と同一にして配置され、前記第３の筒状部は、前記第２の筒状部の内周面および前記張り出し部に接する位置に、木目方向がキャスク周方向と同一の軟質木材を配置するとともに、該軟質木材の内周面に接して、木目方向がキャスク軸方向と同一の軟質木材が配置されていることを特徴とするキャスク用緩衝構造体。
【請求項１０】
請求項１に記載のキャスク用緩衝構造体において、前記第１の筒状部は、軟質木材が木目方向をキャスク径方向と同一にして配置され、前記第２の筒状部は、前記第１の筒状部の軟質木材に接する位置に、木目方向がキャスク径方向と同一の硬質木材が配置されるとともに、該硬質木材に接して外方に、木目方向がキャスク径方向と同一の軟質木材を配置し、前記第３の筒状部は、前記第２の筒状部の内周面および前記張り出し部に接する位置に、木目方向がキャスク周方向と同一の軟質木材を配置するとともに、該軟質木材の内周面に接して、木目方向がキャスク軸方向と同一の軟質木材が配置されていることを特徴とするキャスク用緩衝構造体。
【請求項１１】
請求項３乃至６のうちいずれか１項に記載のキャスク用緩衝構造体において、前記硬質木材の張り出し部先端面が当接するストッパは、外周面が前記第３の筒状部の軟質木材の内周面と面一の位置に設置されることを特徴とするキャスク用緩衝構造体。
【請求項１２】
請求項３乃至６のうちいずれか１項に記載のキャスク用緩衝構造体において、前記硬質木材の張り出し部先端面が当接するストッパは、前記第３の筒状部の内周面の位置より緩衝体内部側に設置されることを特徴とするキャスク用緩衝構造体。
【請求項１３】
請求項７乃至１０のうちいずれか１項に記載のキャスク用緩衝構造体において、前記硬質木材の張り出し部先端面が当接するストッパは、前記第３の筒状部の内周面の位置より緩衝体内部側に設置され、前記第２の筒状部の２つの軟質木材同士の界面が、前記ストッパの内周面と面一に設置されることを特徴とするキャスク用緩衝構造体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はキャスク用緩衝構造体に係り、特に、使用済核燃料集合体を収納して運搬するキャスク用に好適な衝撃加速度の低い木材緩衝体の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
使用済核燃料集合体を収納して運搬ないし貯蔵するキャスクには、運搬時や取扱時に生じると想定される落下事故あるいは衝突事故などによって受ける衝撃をやわらげるため、円筒状キャスクの両端部をそれぞれ覆うように、キャップ状もしくは円環状の木材緩衝体が装着される。（例えば、特許文献１参照。）
【０００３】
この緩衝体は、一例として、硬い木材（ファープライウッド、レッドウッド、オーク材等、以下では、高圧縮応力低許容変形木材、または、単に硬質木材ともいう。）と、軟らかい木材（バルサ材等、以下では、低圧縮応力高許容変形木材、または、単に軟質木材ともいう。）とを組み合わせ、その外側を炭素鋼またはステンレス鋼の被覆板で被覆した構造を有している。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−８３２９１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献１に記載されたものは、キャスク両端部をそれぞれ全面的に被覆するキャップ状のもので、高価な高性能木材を多量に使用し、また、重量も重くなる構造であった。
【０００６】
また、従来の円環状の木材緩衝体は、硬質木材と軟質木材の配置や組み合わせに対する制限があり、木材のもつ高性能な緩衝能力を十分に発揮させるものではなかった。すなわち、各方向から衝撃力を受けたときの硬質木材の変形量と軟質木材の変形量とのバランスに欠け、そのため、大きな衝撃加速度をキャスク本体が受ける結果となっていた。
【０００７】
本発明の課題は、キャスク用緩衝構造体において、衝撃エネルギーを吸収する許容変形量が大きくとれる構造を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、使用済核燃料集合体を収容する円筒状キャスクの両端部にそれぞれ被冠され、木材を金属板で被覆してなる円環状の緩衝構造体であって、前記緩衝構造体は、前記キャスクの端部外周に被着される第１の筒状部と、該第１の筒状部と同一の内外径を有し、該第１の筒状部に連接させてキャスクの外方に延在されてなる第２の筒状部と、該第２の筒状部に内接され、外側端面が該第２の筒状部の外側端面と面一に設置される第３の筒状部とを有し、前記第１の筒状部と前記第２の筒状部の界面が、キャスク端面に設置される前記金属板と面一にされ、該金属板と前記第３の筒状部との間に、前記第２の筒状部の下端部内面を張り出して環状張り出し部を配置し、該環状張り出し部の内周面に対応する位置に前記金属板から起立した環状のストッパを備え、前記第１および前記第３の筒状部に軟質木材を配置し、前記第２の筒状部および環状張り出し部に硬質木材を配置してなることを特徴とするものである。
【０００９】
本発明によれば、第１の筒状部に軟質木材、第２の筒状部に硬質木材を配置し、硬質木材に形成した張り出し部を、キャスク端面を被覆する金属板上を摺動可能としたので、キャスク径方向の荷重に対して硬質木材の変形量を大きくとることができ、第１の筒状部の軟質木材の変形量とバランスさせることができる。そのため、第１の筒状部および第２の筒状部の硬質木材と軟質木材の両方を有効に働かせて衝撃エネルギーを吸収できる。また、キャスク軸方向の荷重に対しても、硬質木材の張り出し部が、第３の筒状部の軟質木材に加わる荷重を支えるため、キャスク軸方向荷重に対する支持力が増強される。
【００１０】
以上は、本発明の基本であるが、さらに、第２の筒状部は、硬質木材のみでなく、その一部を軟質木材に置き換えて、緩衝体の角部に配置することができる。これにより、キャスク軸方向および斜めからの荷重に対して、軟質木材量を増やすことにより、衝撃力増加を抑えることができる。また、第３の筒状部を、木目方向を変えた２つの軟質木材を組み合わせて構成することにより、広範囲からの衝撃力に対して対応できる緩衝体となる。
【００１１】
また、ストッパは、緩衝構造体のキャスク端面側に取り付けた金属板から起立して設けることができ、第３の筒状部の内周面と面一の位置、もしくは、内周面の位置より緩衝体内部側に設置することができる。ストッパのキャスク径方向の位置を任意に設定することにより、硬質木材のキャスク径方向の長さを従来に比較して長くできるので、硬質木材の許容変形量が増え、その増加分だけ第１の筒状部の軟質木材の変形を有効に作用させることができる。そのため、キャスクに対する衝撃加速度を低減することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態の概要は、使用済核燃料集合体収納用キャスクに装着するために、緩衝用木材を金属板で被覆してドーナツ型に形成した緩衝構造体において、外周部の硬質木材をキャスク内径方向に張り出させてストッパに当接させ、ストッパまでの距離を長くしてキャスク端面側金属板上を摺動可能とすることにより硬質木材の許容変形量を増加させると共に、硬質木材および軟質木材それぞれの木目方向を配慮して組み合わせることにより、硬質木材および軟質木材の両者が共に変形可能にして緩衝能力を増加させ、かつ、多方向からの荷重に対しても衝撃力を吸収可能にしたものである。
【００１３】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。まず、本発明の緩衝構造体が適用されるキャスクについて概略説明する。図１は金属キャスクの一例を示す断面図である。金属キャスク２の両端部には、本発明になる緩衝構造体１１が装着さている。
【００１４】
金属キャスク２は、円筒状の金属製外筒９内に、同じく円筒状の本体胴８と呼ばれる鉄（例えば、γ線遮蔽能力のある炭素鋼）製容器が設置され、さらに、本体胴８内に設置されている格子状のバスケット３に、使用済核燃料集合体１を、図１では左から右へ挿入して収納するようになっている。本体胴８と外筒９との間には中性子遮蔽材１０が充填されている。
【００１５】
図２は、本実施形態の円環状緩衝構造体１１の軸方向断面図である。図では右側の環状体部分の断面は省略してある。緩衝構造体１１は、硬質木材２１と軟質木材２２とを組み合わせた環状体部分が金属被覆板２３（炭素鋼等）で被覆され、ドーナツ型に構成されている。キャスク２の端面に装着される側は、キャスク端部の形状に合わせた金属板２４（炭素鋼等）が取りつけられている。
【００１６】
本実施形態では、硬質木材２１に張り出し部２５を形成し、その先端部を金属板２４に起立して設けたストッパ２６に当接させている。また、金属板２４にはキャスク径方向にフランジ部２７が形成され、フランジ部２７で木質環状体にねじ２８により固定されている。
【００１７】
円環状の中央部には、金属板２４上には、例えば火災時の入熱防止用に断熱材１２が装着されている。なお、本図では示していないが、金属板２４には、例えばキャスク端面の貫通孔等に合わせた開口部を設けることができる。
【００１８】
図３は、本実施形態の緩衝構造体の上面模式図である。硬質木材および軟質木材のそれぞれを扇形の木材ブロック３０に形成し、これを放射状に配置して、金属被覆板２３で被覆して環状を構成している。
【００１９】
ここで、硬質木材および軟質木材の圧縮特性について、図４を参照して説明する。硬質木材にファープライウッドを用い、軟質木材にバルサ材を用いた場合の圧縮応力とひずみとの関係を、それぞれの木材の木目方向および木目垂直方向について調べた。
【００２０】
図４に示すように、バルサ材のような軟質木材は、約０．７のボトミングひずみまで圧縮応力が一定で増加しないことがわかる。一方、ファープライウッドのような硬質木材は、約０．４〜０．６のボトミングひずみから圧縮応力が増加する。
【００２１】
ファープライウッドなどの硬質木材は木材が密に詰まっているため、圧縮荷重が大きい一方、少ない圧縮変形量で圧縮荷重が増加する。軟質木材は木材があまり密に詰まっていないため、圧縮荷重が小さい一方、大きな圧縮変形量が確保できる。また、木目方向の圧縮応力が高く、木目垂直方向の圧縮方向が低い特性を有している。
【００２２】
以下、硬質木材および軟質木材の組み合わせと、組み合わせた木材の木目方向を変えたいくつかの実施形態について図面を用いて説明する。基本的に緩衝構造体の木材部分を、例えば図５に示すように、第１の筒状部（領域Ａともいう）、第２の筒状部（領域Ｂともいう）、第３の筒状部（領域Ｃともいう）の３つの部分に分けて説明する。また、図中の  ⇔  は木目方向を示し、各木材の木目方向に沿って記載した実線は硬質木材、点線は軟質木材を示す。
【００２３】
これらの実施形態に共通する点は、（１）領域Ａには、軟質木材のみを、木目方向をキャスク径方向にして配置する。（２）領域Ｂには、硬質木材のみ、もしくは一部を軟質木材に置き換えて、必ず硬質木材が用いられ、この硬質木材の木目方向はキャスク径方向と一致させる。なお、領域Ｂの一部に軟質木材を用いる場合は、全てキャスク径方向に木目方向を配置する。（３）領域Ｃには、全て軟質木材を使用し、木目方向は任意に設定する。この場合、木目方向を変えて２つの軟質木材を配置する形態もある。
【００２４】
さらに、各実施形態に共通する特徴として、（４）領域Ｂの硬質木材には金属板に接して張り出し部が形成され、先端部はストッパに当接しており、キャスク径方向の荷重を受けると、硬質木材は金属板２４上を摺動してキャスク径方向に縮む変形が可能である。また、張り出し部が受けるキャスク軸方向の荷重は金属板により支持される。なお、領域Ｂの硬質木材と領域Ａの軟質木材との接触面は金属板の表面と面一にしている。
【００２５】
（１）  実施形態１（図５参照）、領域Ｂは木目径方向の硬質木材のみとし、領域Ｃは木目軸方向の軟質木材のみとする。ストッパ位置（張り出し部先端部）は環状体内周面に露出させる。領域Ｂの張り出し部２５により、キャスク径方向の荷重に対し硬質木材の変形量が増加可能となり、衝撃エネルギーの吸収量が増加する。
【００２６】
（２）  実施形態２（図６参照）、実施形態１の領域Ｂの角部領域ｂ１を、木目径方向の軟質木材に置き換えて配置する。キャスク軸方向の荷重に対しＬｃ寸法が短い場合は、ボトミングが生じることがあるため、Ｌｃ寸法に制限がある場合に領域ｂ１を設けることにより、ボトミングが生じないようにすることができる。
【００２７】
（３）  実施形態３（図７参照）、実施形態１の領域Ｃの軟質木材を木目周方向に配置する。実施形態１のキャスク軸方向荷重に対し衝撃加速度が大きい場合に、本配置により衝撃加速度を下げることができる。
【００２８】
（４）  実施形態４（図８参照）、実施形態３の領域Ｂの角部領域ｂ１を、木目径方向の軟質木材に置き換えて配置する。実施形態２と実施形態３の両者の作用効果が得られる。
【００２９】
（５）  実施形態５（図９参照）、実施形態１の硬質木材張り出し長さを短くした配置。ストッパ位置も環状体内部になる。Ｌｆ寸法を調整することにより、キャスク径方向荷重に対する張り出し部のエネルギー吸収を調整し、そのバランスによりキャスク径方向および軸方向両方の衝撃加速度を抑えることができる。
【００３０】
（６）  実施形態６（図１０参照）、実施形態２の硬質木材張り出し長さを短くした配置。ストッパ位置も環状体内部になる。実施形態２に対して、実施形態５と同様に、キャスク径方向および軸方向両方の衝撃加速度を抑えることが可能となる。
【００３１】
（７）  実施形態７（図１１参照）、実施形態３の硬質木材張り出し長さを短くした配置。ストッパ位置も環状体内部になる。実施形態３に対して、実施形態５と同様に、キャスク径方向および軸方向両方の衝撃加速度を抑えることが可能となる。
【００３２】
（８）  実施形態８（図１２参照）、実施形態４の硬質木材張り出し長さを短くした配置。ストッパ位置も環状体内部になる。実施形態４に対して、実施形態５と同様に、キャスク径方向および軸方向両方の衝撃加速度を抑えることが可能となる。
【００３３】
（９）  実施形態９（図１３参照）、実施形態５の領域Ｃに、木目方向を変えた２つの軟質木材を配置。硬質木材に接する内部側領域ｃ１に木目軸方向の軟質木材、外部側領域ｃ２に木目周方向の軟質木材を配置し、両者の接触面はストッパの一面と面一にした。実施形態５において、キャスク軸方向荷重に対する衝撃加速度が大きい場合に、領域Ｃの一部を軟らかい方向の領域ｃ２に変更することにより、衝撃加速度を抑えることができる。
【００３４】
（１０）  実施形態１０（図１４参照）、実施形態９の領域Ｂの角部領域ｂ１を、木目径方向の軟質木材に置き換えて配置する。実施形態９において、キャスク軸方向荷重に対しボトミングが生じないようにすることができる。
【００３５】
（１１）  実施形態１１（図１５参照）、実施形態９の領域Ｃで、領域ｃ１に木目周方向、領域ｃ２に木目軸方向の軟質木材を配置する。実施形態５において、領域Ｃの一部を軟らかい方向の領域ｃ２に変更することにより、衝撃加速度を抑えることができる。
【００３６】
（１２）  実施形態１２（図１６参照）、実施形態１１の領域Ｂの角部領域ｂ１を、木目径方向の軟質木材に置き換えて配置する。実施形態１１において、実施形態２と同様に、キャスク軸方向の荷重に対しＬｃ寸法が短い場合は、ボトミングが生じることがあるため、Ｌｃ寸法に制限がある場合に領域ｂ１を設けることにより、ボトミングが生じないようにすることができる。
【００３７】
そのほか、図面は省略しているが、実施形態１〜４で、領域Ｃに木目方向の異なる２つの軟質部材を組み合わせて配置する形態もある。領域Ｃの木目方向を変えることによって、キャスク軸方向荷重に対する変形量およびエネルギー吸収量のバランスを決定し、ボトミングが生じない範囲で効率よくエネルギーを吸収する配置とすることができる。
【００３８】
次に、第２の筒状部の硬質木材張り出し部の張り出し長さについて、図５の実施形態と、図１７の従来例とを参照して説明する。例えば、硬質木材の張り出し方向の全長さＬｆを、約１．４Ｌｂとすることにより、硬質木材のキャスク径方向の荷重に対する許容変形量は、０．５Ｌｆ＝０．５×１．４Ｌｂ＝０．７Ｌｂ、まで増加してとれる構造となる。したがって、第１の筒状部の軟質木材および第２の筒状部の硬質木材の変形量が増加可能となり、衝撃エネルギーの吸収量が増加する。
【００３９】
一方、図１７に示す従来例では、軟質木材Ａと硬質木材Ｂが同じ厚みＬｂとなり、許容変軽量は硬質木材Ｂのひずみ０．５に制約され、許容変形量は０．５Ｌｂまでしかとれなかった。そのため、キャスクに与える衝撃加速度を低く抑えることができなかった。
【００４０】
また、キャスク軸方向荷重に対しては、第１の筒状部および第３の筒状部に配置する軟質木材でエネルギーを吸収するようにした。上記各実施形態によれば、０．７程度の許容変形量を確保できる。
【００４１】
なお、Ｌｃ寸法を短く制限する必要がある場合は、キャスク軸方向荷重で第１の筒状部の軟質木材にボトミングが生じるため、例えば、図６に示すように、第２の筒状部の外方角部（ｂ１）に軟質木材を配置し、Ｌｃ＋Ｌｅ寸法を確保してボトミングが生じないようにした。また、斜め外方からの荷重に備える場合は、角部に局所変形が生じるため、角部を硬質木材で形成する。
【００４２】
本発明では、実施形態１〜２を基本とするが、第２の筒状部および第３の筒状部の木材は、任意に分割配置が可能であり、実施形態３〜１２を必要に応じて選択し採用できる。
【００４３】
なお、上記各実施形態の緩衝構造体に関して、１／４スケールモデルを製作し、９ｍ相当の落下試験を行った。垂直、水平、コーナーのいずれの方向でも、１７０Ｇ以下の衝撃加速度に収まった。また、解析コードによる比較解析でも、発生加速度の解析結果が試験結果より大きく、安全側の解析であることを確認した。また、解析コードによる実機寸法による９ｍ落下解析では、衝撃加速度が５０Ｇ以下に収まることを確認した。
【００４４】
以下、まず比較解析について説明する。図１８は解析モデルの説明図で、キャスクを軸方向に直立させ、そのキャスク下端部に装着した場合の緩衝構造体の一部で、図では右側環状体の木材配置を示している。ケース１〜５が従来の構造で、ケース６〜９が本発明に係わる構造例である。
【００４５】
図中の斜線部は硬質木材（ファープライウッド）、白抜き部は軟質木材（バルサ材）を示し、矢印（←→）は木目方向を示し、曲線の矢印はキャスク周方向の木目を示している。また、図中の数字は円環状の緩衝構造体の中心からの径寸法、および緩衝構造体端面からの寸法を例示したものである。
【００４６】
本発明に係わるケース６〜９が従来のケース１〜５と相違する点は、▲１▼  第３の筒状部（領域Ｃ）に木目方向を変えた２つの軟質木材を採用し、▲２▼  硬質木材の一端部にストッパが設けられ、▲３▼  ケース７〜９では、第２の筒状部（領域Ｂ）の硬質木材は張り出し部を有し、▲４▼  ケース６〜８では第２の筒状部の角部に軟質木材を配置している点である。
【００４７】
表１は、ケース１〜９の各モデルをキャスクに装着し、重量１３２トン、落下距離９ｍを想定して、垂直落下（キャスク軸方向）および水平落下（キャスク径方向）させたときの、各ケースの加速度（Ｇ）および変形量（ｍｍ）を、ショックアブソーバ解析コードＣＲＵＳＨを用いて解析したものである。
【００４８】
【表１】
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【００４９】
表１に示すように、キャスクに与える衝撃加速度は、従来構造ではケース１の水平落下以外は全て５０Ｇ以上であるのに対して、本発明に係わる構造では、ケース８〜９の垂直落下以外は全て５０Ｇ以下である。また、本発明に係わる構造の変形量は、全て許容変形量（垂直落下４６２ｍｍ、水平落下４３７ｍｍ）以内である。これらの結果から、本発明に係わる構造の優位性がわかる。
【００５０】
次に、本発明の実施形態の１／４スケールモデルを製作して行った落下試験について説明する。試験体モデルは前記実施形態１０（図１４）で、硬質木材はファープライウッドを使用し、軟質木材はバルサ材を使用している。
【００５１】
緩衝構造体の変形は、キャスク軸方向の垂直落下は、図１９（ａ）に示すように、衝撃荷重を端面の広い範囲で受けるため、軟質木材のみで受ける配置としている。キャスク径方向の水平落下は、図１９（ｂ）に示すように、いわゆるかまぼこ形の変形をするため、垂直落下より受け面が小さくなるので、領域Ａの軟質木材や領域Ｂの硬質木材は、木目方向を落下方向に向けて配置している。この場合、前述のように硬質木材の長さを軟質木材より長くして許容変形量を大きくしている。斜め方向のコーナー落下は、図１９（ｃ）に示すように、いわゆるひずめ形の変形となるため、硬い木材が有効に変形するように配置する。
【００５２】
垂直、水平、コーナーの３つの姿勢で落下試験を行った。試験条件として、落下高さは試験施設の制限により８．２〜８．４ｍの高さに設定し、９ｍ落下と同等の落下エネルギーとなるように、表２のように補正した。
【００５３】
すなわち、実機重量１３２トンの１／４スケール重さ２０６２キログラム（１３２トン／４３）の９ｍ落下に対して、落下エネルギー（Ｅ）は、試験体重量（Ｍ）×落下高さ（ｈ）より求まり、Ｅ＝１．８６×１０４ｋｇ・ｍとなる。したがって、表２に示すように試験体重量を補正し、Ｅ＝１．８６×１０４ｋｇ・ｍ以上の落下エネルギーであることを確認した。
【００５４】
【表２】
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【００５５】
落下試験方法は、クレーンにより各落下姿勢で吊り上げ、遠隔自動着脱装置を介してフックと切り離して落下させた。計測は、円筒状キャスクモデルの胴体に、軸方向の３箇所に加速度センサを配置して、▲１▼加速度、▲２▼落下高さ、▲３▼緩衝構造体変形量等を計測した。
【００５６】
本スケールモデル落下試験に関し、実機緩衝構造体の設計目標値（垂直・水平・コーナー：５０Ｇ）を満足する衝撃加速度は以下のとおりとなる。
スケールモデル設計目標値＝実機目標設計値×（Ａ２σ２／Ｗ２）／（Ａ１σ１／Ｗ１）
ここで、Ａ１：実機緩衝構造体衝突面積  Ａ２：１／４スケールモデル緩衝構造体衝突面積（１／４２×Ａ１）  Ｗ１：実機輸送物重量（１３２０００ｋｇ）  Ｗ２：落下試験体重量（垂直：２２２２ｋｇ、水平：２２９０ｋｇ、コーナー：２２２１ｋｇ）  σ１＝σ２（１／４スケール緩衝構造体に対し、１／４３の落下エネルギー設定のため）である。
【００５７】
以上から、本落下試験における設計目標値は、垂直落下：１８５Ｇ、水平落下：１８０Ｇ、コーナー落下：１８５Ｇとなる。これに対して、本落下試験の結果は、垂直落下：１７０Ｇ、水平落下：１４０Ｇ、コーナー落下：９３Ｇ、であった。これを実機相当の衝撃加速度に換算すると、垂直落下：４６Ｇ、水平落下：３９Ｇ、コーナー落下：２５Ｇ程度となり、各姿勢において４６Ｇを下まわることが確認された。
【００５８】
また、落下解析コードＣＲＵＳＨコードにより垂直落下と水平落下の比較解析を行った。本落下試験の解析結果は、垂直落下１７８Ｇ、水平落下１４４Ｇと、試験結果を安全側に高めて評価することを確認した。
【００５９】
【発明の効果】
本発明によれば、キャスク用緩衝構造体の外周部に配置した硬質木材に環状張り出し部を設け、組み合わせる軟質木材の木目方向を配慮することにより、大きな衝撃エネルギーを吸収する構造が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明になるキャスク用緩衝構造体をキャスクに装着した一実施形態を示す断面図。
【図２】本発明になるキャスク用緩衝構造体の一実施形態を示す断面図。
【図３】図２の上面模式図。
【図４】キャスク用緩衝構造体に用いる木材の特性図。
【図５】キャスク用緩衝構造体の一実施形態を示す断面図。
【図６】キャスク用緩衝構造体の一実施形態を示す断面図。
【図７】キャスク用緩衝構造体の一実施形態を示す断面図。
【図８】キャスク用緩衝構造体の一実施形態を示す断面図。
【図９】キャスク用緩衝構造体の一実施形態を示す断面図。
【図１０】キャスク用緩衝構造体の一実施形態を示す断面図。
【図１１】キャスク用緩衝構造体の一実施形態を示す断面図。
【図１２】キャスク用緩衝構造体の一実施形態を示す断面図。
【図１３】キャスク用緩衝構造体の一実施形態を示す断面図。
【図１４】キャスク用緩衝構造体の一実施形態を示す断面図。
【図１５】キャスク用緩衝構造体の一実施形態を示す断面図。
【図１６】キャスク用緩衝構造体の一実施形態を示す断面図。
【図１７】キャスク用緩衝構造体の従来例を示す断面図。
【図１８】本発明における緩衝構造体の解析モデル説明図。
【図１９】キャスク用緩衝構造体の変形説明図。
【符号の説明】
１  使用済核燃料集合体
２  金属キャスク
３  バスケット
８  本体胴
８ｂ  本体胴底板
８ｃ  肉厚部
９  金属製外筒
１０  中性子遮蔽材
１１  緩衝構造体
１２  断熱材
２１  硬質木材
２２  軟質木材
２３  被覆板
２４  金属板
２５  硬質木材張り出し部
２６  ストッパ
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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