(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中性子吸収粉体が内部に充填された使用済み制御棒を、水中で加圧して圧縮部を形成し、該圧縮部を加熱溶融して溶融固化部を形成した後、該溶融固化部を切断する使用済み制御棒の切断方法であって、
前記圧縮部の形成は、ローラ機構を備えたプレスパンチにより前記使用済み制御棒を加圧しながら、該ローラ機構により前記プレスパンチを前記使用済み制御棒の軸心方向に移動させ、該使用済み制御棒を圧延して行うことを特徴とする使用済み制御棒の切断方法。
【請求項２】
中性子吸収粉体が内部に充填された使用済み制御棒を、水中で加圧して圧縮部を形成し、該圧縮部を加熱溶融して溶融固化部を形成した後、該溶融固化部を切断する使用済み制御棒の切断方法であって、
ヒータが内蔵されたヒータ内蔵プレスパンチを使用し、該プレスパンチによる加圧部分を前記ヒータにより加熱しながら加圧することを特徴とする使用済み制御棒の切断方法。
【請求項３】
中性子吸収粉体が内部に充填された使用済み制御棒を、水中で加圧して圧縮部を形成し、該圧縮部を加熱溶融して溶融固化部を形成した後、該溶融固化部を切断する使用済み制御棒の切断方法であって、
照射口近傍に熱対流板が設けられたプラズマ照射トーチを用いて、前記圧縮部を加熱溶融することを特徴とする使用済み制御棒の切断方法。
【請求項４】
請求項２に記載の使用済み制御棒の切断方法であって、
前記ヒータが内蔵されたプレスパンチにより形成された圧縮部を、前記ヒータの熱により加熱溶融して溶融固化部を形成することを特徴とする使用済み制御棒の切断方法。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の使用済み制御棒の切断方法であって、
前記溶融固化部の切断により形成された切断面が該溶融固化部により封止されていることを特徴とする使用済み制御棒の切断方法。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載の使用済み制御棒の切断方法であって、
前記圧縮部の形成は、一の加圧部分を中心として、その近傍を複数回加圧して行うことを特徴とする使用済み制御棒の切断方法。
【請求項７】
請求項１または３に記載の使用済み制御棒の切断方法であって、
前記圧縮部は、加圧前の前記使用済み制御棒の厚さの半分の厚さの３０〜７０％の範囲の凹み量で形成し、前記圧縮部の加熱溶融は、プラズマ切断時の照射エネルギー量の１６分の１から８分の１の範囲の照射エネルギー量で、該圧縮部にプラズマ照射して行うことを特徴とする使用済み制御棒の切断方法。
【請求項８】
貯蔵プールの隔離水槽内に設けられる使用済み制御棒の切断システムであって、
使用済み制御棒を固定するブレード固定ユニットと、
前記使用済み制御棒をプレス部材により加圧して圧縮部を形成するプレスユニットと、
前記圧縮部に向けてプラズマ照射部材によりプラズマを照射し、照射領域に溶融固化部を形成するプラズマ照射ユニットと、を有し、
前記プレスユニットは、ローラ機構を備えたプレスパンチにより前記使用済み制御棒を加圧しながら、該ローラ機構により前記プレスパンチを前記使用済み制御棒の軸心方向に移動させ、該使用済み制御棒を圧延して行うことを特徴とする使用済み制御棒の切断システム。
【請求項９】
貯蔵プールの隔離水槽内に設けられる使用済み制御棒の切断システムであって、
使用済み制御棒を固定するブレード固定ユニットと、
前記使用済み制御棒を加圧して圧縮部を形成するプレスユニットと、
を有し、
前記プレスユニットは、ヒータが内蔵されたヒータ内蔵プレスパンチを使用し、該プレスパンチによる加圧部分を前記ヒータにより加熱しながら加圧することを特徴とする使用済み制御棒の切断システム。
【請求項１０】
貯蔵プールの隔離水槽内に設けられる使用済み制御棒の切断システムであって、
使用済み制御棒を固定するブレード固定ユニットと、
前記使用済み制御棒をプレス部材により加圧して圧縮部を形成するプレスユニットと、
前記圧縮部に向けてプラズマ照射部材によりプラズマを照射し、照射領域に溶融固化部を形成するプラズマ照射ユニットと、を有し、
前記プラズマ照射ユニットは、照射口近傍に熱対流板が設けられたプラズマ照射トーチを用いて、前記圧縮部を加熱溶融することを特徴とする使用済み制御棒の切断システム。
【請求項１１】
請求項９に記載の使用済み制御棒の切断システムであって、
前記ヒータが内蔵されたプレスパンチにより形成された圧縮部を、前記ヒータの熱により加熱溶融して溶融固化部を形成することを特徴とする使用済み制御棒の切断システム。
【請求項１２】
請求項８または１０に記載の使用済み制御棒の切断システムであって、
前記プレスユニットは、前記使用済み制御棒の切断予定箇所に前記プレス部材を移動させる移動機構を有しており、
前記プラズマ照射ユニットは、前記圧縮部に前記プラズマ照射部材を移動させる移動機構を有するとともに、該プラズマ照射部材によりプラズマ照射されたプラズマ照射領域が溶融固化部を形成するように、該プラズマ照射部材によるプラズマ照射条件を制御する制御機構を有することを特徴とする使用済み制御棒の切断システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子力発電で使用された使用済み制御棒の切断方法及びその切断システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、原子力発電の使用済み制御棒は、貯蔵プールに収納する際の保管スペースに関して、さらなる収納効率の向上が要求されている。また、使用済み制御棒が収められている収納容器の中間貯蔵施設への移動、或いはこの収納容器の最終処分場までの移動を想定し、収納容器の大きさを、陸上輸送が容易な大きさに縮小することが求められている。
【０００３】
従来より、使用済み制御棒は、その軸心の延在方向（以下、縦方向と示す。）での切断（以下、縦切断と示す。）による減容が行われている。この方法による減容後の使用済制御棒の収納容器は４メートルを超える長さであり、陸上輸送によるコンテナ移動が困難と考えられている。このため、収納容器の長さが２メートル以下に収まる程度に減容可能な方法が求められている。
【０００４】
このような減容方法として、縦方向での切断により得られた板状のブレードを、さらに
軸心の延在方向に対して垂直な方向（以下、横方向と示す。）に複数箇所で切断し、１メートル程度まで短尺に分割する方法が考えられる。しかしながら、使用済み制御棒が、例えばボロンカーバイド粉等の中性子吸収粉体が充填されて構成されている場合、板状のブレードをそのまま横方向に切断（以下、横切断と示す。）すると、中性子を吸収したボロンカーバイド粉等の中性子吸収粉体が水中に飛散し、貯蔵プールの水中汚染が発生する。この場合、水中汚染の洗浄を行う必要が生じ、これに関連する二次処理による負担増大が予想されることから、実用化には至っていない。
【０００５】
一方、特許文献１には、ブレード圧縮機６の対向する２枚の圧縮刃により、使用済制御棒２０のブレード部２１を該使用済制御棒２０の軸心に対して略垂直に挟んで圧縮したうえで、この圧縮部分を水平切断ノズル５により切断することで、該使用済制御棒２０を短尺に分断するようにした使用済み制御棒の減容システムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−２２３９２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載された方法では、ブレード部２１の切断面に、ボロンカーバイド粉３２が充填された圧縮後のチューブ３１の断面が現れる。このとき、圧縮箇所には、ボロンカーバイド粉３２の一部が圧縮箇所に留まっている。また、圧縮によりチューブ３１に凹みが形成されても、弾性変形によるスプリングバックで凹みが戻り、圧縮直後より断面の口が開く傾向にある。このため、特許文献１の方法では、チューブ３１の断面の口を完全に閉じることは実質上困難である。従って、ブレード部１２を短尺に切断した切断面から、ボロンカーバイド粉が放射化した状態で水中に飛散され、水中を汚染する問題があった。
【０００８】
本発明の目的は、中性子吸収粉体を水中へ飛散させずに、使用済み制御棒を短尺に分断する方法及びその切断システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するための本発明の一実施形態としては、中性子吸収粉体が内部に充填された使用済み制御棒を、水中で加圧して圧縮部を形成し、該圧縮部を加熱溶融して溶融固化部を形成した後、該溶融固化部を切断することを特徴とする使用済み制御棒の切断方法とする。
【００１０】
また、本発明の一実施形態としては、貯蔵プールの隔離水槽内に設けられる使用済み制御棒の切断システムであって、使用済み制御棒を固定するブレード固定ユニットと、前記使用済み制御棒をプレス部材により加圧して圧縮部を形成するプレスユニットと、前記圧縮部に向けてプラズマ照射部材によりプラズマを照射し、照射領域に溶融固化部を形成するプラズマ照射ユニットと、を有することを特徴とする使用済み制御棒の切断システムとする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、中性子吸収粉体の水中への飛散による水中汚染を抑制し、水中汚染に対する二次処理の必要を生じさせることなく、使用済み制御棒の減容を効率的に行うことができる使用済み制御棒の切断方法及び使用済み制御棒の切断システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】使用済み制御棒の構成を示す説明図である。
【図２】実施形態に係る使用済み制御棒の切断システムの概略構成図である。
【図３】実施形態に係る使用済み制御棒の切断方法により使用済み制御棒を短尺に切断する動作例を示す説明図である。
【図４】実施形態に係る使用済み制御棒の切断方法において、使用済み制御棒の切断面が溶融固化部により封止される条件を説明するための図である。
【図５】第２の実施形態に係る使用済み制御棒の切断方法により使用済み制御棒を短尺に切断する動作例を示す説明図である。
【図６】プレス板２３によりブレード部１２を加圧するときの動作例を示す概略断面図である。
【図７】プレス板２３によりブレード部１２を加圧するときの動作例を示す概略斜視図である。
【図８】プレスローラ２４によりブレード部１２を加圧するときの動作例を示す概略断面図である。
【図９】プレスローラ２４によりブレード部１２を加圧するときの動作例を示す概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１３】
以下、本発明の一実施例を図１〜図４を用いて説明する。  
図１は、使用済み制御棒の構成を示す説明図である。図１（ａ）は、使用済み制御棒の構成を示す概略斜視図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す使用済み制御棒の位置Ａにおける断面図である。
【００１４】
図１の使用済み制御棒１０は、全体の高さが４メートル程度であり、断面が十字を形成するように配設された４枚のブレード部１２と、使用済み制御棒１０の下端に設けられた、円形断面を有する落下速度抑制部１４とから構成される。
【００１５】
４枚のブレード部１２は、それぞれ複数本の中性子吸収棒１３が、ステンレス鋼板からなるブレードカバー１５で覆われて構成されている。中性子吸収棒１３は、概ね十〜二十数本程度が、ブレードカバー１５内に一直線上に並べて設けられており、中性子吸収棒１３とブレードカバー１５とからなるブレード部１２の厚みは、凡そ１０ミリメートルである。４枚のブレードカバー１５の十字形成側の各端部１５ａには、ステンレス鋼製の十字形ブロックからなる連結棒１１が溶接により接続されている。
【００１６】
中性子吸収棒１３は、長さ３．５メートル程度のステンレス製の鋼管１７の内側の筒内に、ボロンカーバイド粉１６が充填されて構成されている。鋼管１７の内側の筒の内径は、約５ミリメートルであり、この筒内に、数マイクロメートルから数百マイクロメートルの粒径を有するボロンカーバイド粉１６が充填されている。
【００１７】
ボロンカーバイド粉１６は、核分裂反応により炉心から放出された中性子を吸収する中性子吸収粉体であり、中性子吸収棒１３が組み込まれた使用済み制御棒１０を、炉心の４本の燃料棒の間に嵌合させるように挿入れ、さらにこの使用済み制御棒１０を燃料棒の間から抜出すことにより、原子力発電の出力の制御を行っている。
【００１８】
使用済み制御棒１０は、所定の期間使用した後、炉心から取り出されて新品に交換される。炉心から取り出された使用済み制御棒１０は、中性子を吸収して放射化している。このため、使用済み制御棒１０は、原子力発電所内に設けられた貯蔵プール６０内の収納容器６８に保管、貯蔵される（図２参照）。
【００１９】
使用済み制御棒１０は、図１に示すように、ブレード部１２の十字形の断面形状と、落下速度抑制部１４の円形断面形状とを有するため、使用時の形状のまま直立整列させて収納容器に収納すると、嵩張りにより、収納効率がよくない。このため、貯蔵プール６０（図２参照。）内におけるスペースの効率化等、収納効率を向上させる観点から、使用済み制御棒１０は、下記に述べるようにして縦方向での分割を行ったうえで、収納が行われている。なお、使用済みの制御棒１０は、被爆或いは汚染の影響を避けるため、炉心から貯蔵プール６０内の収納容器６８までの移動やその分割作業を含め、保管までの取り扱いは、いずれも水中で遠隔操作により行われる。
【００２０】
以下に、使用済み制御棒の従来の減容方法について説明する。  
使用済み制御棒１０は、まず、下端部に設けられた落下速度抑制部１４が横方向に切断され、使用済み制御棒１０の本体から分離される。分離された落下速度抑制部１４は、まとめて収納保管容器に運ばれ、保管される。落下速度抑制部１４が分離された後の使用済み制御棒１０の本体部分は、縦切断トーチ４５により、連結棒１１が縦方向に切断される。連結棒１１の切断は、例えば水中プラズマ切断、或いはアブレイシブウォータ切断等の方法により行うことができる。具体的には、例えば、縦切断トーチ４５を図１に示す方向に向けた状態で縦方向に移動することで切断される。これにより、使用済み制御棒１０の本体部分が、断面Ｌ字状のブレード部１２、或いは板状のブレード部１２に分割される。
【００２１】
断面Ｌ字状のブレード部１２を得る場合、連結棒１１に対する縦方向への切断回数は１回でよい。板状のブレード部１２を得る場合、連結棒１１に対する縦方向への切断回数は、２回又は３回行う必要がある。断面Ｌ字状のブレード部１２、或いは板状のブレード部１２は、収納容器６８（図２参照。）へ運ばれ、それぞれ重ねた状態で並べて収納される。
【００２２】
縦切断により得られた板状のブレード部を、上記特許文献１に記載された方法により横切断して、さらに短尺に分断する場合、切断面に現れるチューブ３１の口が、ブレード圧縮機６の圧縮により完全に閉じていれば、ボロンカーバイド粉３２が水中に飛散されることはない。
【００２３】
しかしながら、以下の理由から、上記した従来の方法では、ボロンカーバード粉等の中性子吸収粉体が充填された鋼管の口を完全に閉じることは困難であることが明らかとなった。
【００２４】
一つ目の理由は、鋼管内に充填される中性子吸収粉体の硬さによるものである。例えばボロンカーバイド粉は、粒径が数マイクトメートルから数百マイクトメートルであり、ダイヤモンド並みの硬さを有している。このため、ボロンカーバイド粉は、少なくとも中性子吸収粉体が充填される鋼管の材質よりは、高い硬度を有している。プレスパンチ等の圧縮部材により使用済み燃料棒の鋼管を加圧して凹みを形成する過程では、鋼管内における粉体の流動により、圧縮箇所から非圧縮箇所に向けて粉体が適度に移動する一方、圧縮箇所には所定量の粉体が留まっている。圧縮箇所に残留する粉体は、粉体自体の硬さのため、鋼管の内壁からの加圧力では完全には潰されず、対向する内壁の壁面同士を密着させることは困難である。
【００２５】
鋼管内の粉体が限界まで圧縮された状態から、プレスパンチ等の圧縮部材にさらに加圧力や変位を加えると、対向する内壁同士が密着する前に、鋼管の内壁に亀裂が発生する。このため、最終的には亀裂箇所から鋼管の破断に至る。亀裂を生じさせる前に加圧を停止すると、圧縮箇所における鋼管の内壁間には、残留するボロンカーバイド粉等の中性子吸収粉体により、数百マイクトメートル以上の隙間が残存する。
【００２６】
二つ目の理由は、合金鋼からなる鋼管を加圧して圧縮するプロセスにおいて生じるスプリングバックの影響である。プレスパンチ等の圧縮部材からの加圧により凹んだ鋼管は、加圧力が開放されると、弾塑性変形で生じた応力の影響からスプリングバックを起こし、凹みの数十％程度が戻ることが知られている。すなわち、圧縮過程により一旦凹みが形成された鋼管の内壁は、加圧を終了した後、凹み量の数十％程度がスプリングバックにより戻ることとなる。このように、凹みが戻った状態で圧縮箇所を切断すると、その切断面には、鋼管の口がある程度開いた状態で現れる。
【００２７】
以上、二つの理由から、従来の横切断の方法では、切断面に現れる鋼管の口が完全には閉じられず、鋼管内に充填されたボロンカーバイド粉を水中へ飛散させることなく、使用済み制御棒を短尺に切断することは困難であった。
【００２８】
図２は、実施形態に係る使用済み制御棒の切断システムの概略構成図である。炉心から運び出された使用済み制御棒１０は、そのまま、水で満たされた貯蔵プール６０まで運ばれる。使用済み制御棒１０の減容処理は、貯蔵プール６０内の隔離水槽６５の中で行われる。隔離水槽６５は、減容処理で生じた汚水が貯蔵プール６０全体に広がるのを防ぐものであり、隔離水槽６５には、ポンプにより水を循環しながら、フィルターで汚水を浄化する機能が備えられている。使用済み制御棒１０は、クレーン５０などの遠隔での操作が可能な運搬手段により、隔離水槽開閉扉６６により隔離された隔離水槽６５の内外を水中において運ばれ、所定の位置へ移動される。
【００２９】
使用済み制御棒１０は、従来の使用済み制御棒の減容処理と同様、まず、下端に設けられた落下速度抑制部１４を横方向に切断し、使用済み制御棒１０の本体から分離する。そして、落下速度抑制部１４を分離した後の使用済み制御棒１０の本体部分を、上記した従来方法と同様の方法により、例えば図１に示す縦切断トーチ４５を用いて縦方向に切断し、板状のブレード部１２まで分割する。なお、縦方向の切断は、断面Ｌ字状のブレード部１２までとしてもよいが、説明の便宜上、以下の説明では、板状のブレード部１２まで分割した場合を例に説明する。
【００３０】
落下速度抑制部１４の切断、及び使用済み制御棒１０の本体部分の縦方向の切断は、水中プラズマ切断、或いはアブレイシブウォータ切断等の方法のほか、バンドソーによる切断、又はレーザー切断など、水中で金属を切断可能な方法であれば何れの方法でもよい。
【００３１】
板状のブレード部１２を隔離水槽６５の中で短尺に切断する切断システムは、図２に示すように、板状のブレード部１２を固定するブレード固定ユニット４０と、ブレード部１２をその板厚方向に加圧して圧縮するプレスユニット２０と、ブレード部１２にプラズマ照射を行うプラズマ照射ユニット３０とを備えている。
【００３２】
縦切断で板状に形成されたブレード部１２は、クレーン５０により、ブレード固定ユニット４０の位置まで運ばれて、固定冶具４１で把持、固定される。
【００３３】
プレスユニット２０には、ブレード部１２をその板厚方向に加圧して圧縮するプレスパンチ２１が備えられている。プレスパンチ２１は、ブレード部１２の任意の位置を加圧できるように、その上下、左右、奥行き方向への移動を可能とする移動機構を有している。プレスパンチ２１は、ブレード部１２を挟んで対向した状態で、この移動機構により、後述する切断工程で切断される位置である切断箇所へ配置される。そして、両プレスパンチ２１をそれぞれ、変位制御、或いは水圧又は油圧による圧力制御により、ブレード部１２側へ向かうように駆動し、ブレード部１２の切断箇所を加圧するプレス加工を行う。
【００３４】
なお、本実施例では、ブレード部１２のプレス加工を、対向する一対のプレスパンチ２１を用いて行う例を示しているが、ブレード部１２による加圧は、例えば、一方を圧縮機構を備えたプレスパンチ２１とし、これと対向する側に、プレスパンチ２１からの加圧を受けるダイを設けた構成により行ってもよい。この場合、プレス加工で形成されたブレード部１２の凹み形状は、左右非対称で形成されるが、本実施例における圧縮プロセスは、鋼管１７の内壁の間隔を狭くできればよく、凹み形状が左右非対称であっても問題はない。
【００３５】
プラズマ照射ユニット３０は、プラズマ照射を行うトーチ３１を備えている。プラズマ照射ユニット３０は、ブレード固定ユニット４０の固定冶具４１で固定されたブレード部１２に向けて、トーチ３１からプラズマ照射を行い、照射領域を加熱する。
【００３６】
トーチ３１は、該ブレード部１２の任意の位置にプラズマ照射できるように、その上下、左右、奥行き方向への移動を可能とする移動機構を有しており、該移動機構により、トーチ３１は、プレスパンチ２１によるプレス加工位置に配置され、この位置からブレード部１２に向けて、プラズマ照射を行う。プラズマ照射ユニット３０は、不図示の制御機構により、照射エネルギー量等のプラズマ照射条件が制御される。
【００３７】
プラズマ照射されたブレード部１２は、後述する工程により横方向に切断された後、ブレード固定ユニット４０の固定冶具４１から開放され、クレーン５０により貯蔵プール６０内を水中において運ばれて、収納容器６８へ収納される。
【００３８】
次に、本実施例の使用済み制御棒の切断方法について、図３を用いてより詳細に説明する。
【００３９】
図３は、第１の実施形態に係る使用済み制御棒の切断方法により使用済み制御棒を短尺に切断する動作例を示す説明図である。図３（ａ）には、短尺に切断される前の板状のブレード部１２の概略斜視図を示している。
【００４０】
図３（ａ）に示すブレード部１２は、使用済み制御棒１０を、上記した方法により縦方向に切断して得られたものであり、複数本の中性子吸収棒１３が一直線上に並べられてブレードカバー１５内に収められた部材と、縦切断により切断された連結棒１１とで構成されている。以下、ブレード部１２を横方向に複数の切断箇所１８で切断し、短尺にする工程について、図３（ｂ）〜（ｄ）を用いて説明する。なお、一般的に用いられているブレード部１２を１メートル程度の長さまで分割する場合には、一のブレード部１２に対して、三箇所の横切断を施せばよい。
【００４１】
図３（ｂ）は、ブレード部１２の切断箇所１８がプレスパンチ２１により加圧されている状態を、図３（ａ）のＢ−Ｂ’線断面において示す図である。なお、図３（ｂ）では、図３（ａ）のＣ−Ｃ´位置にプレスパンチ２１を配設した状態を示している。
【００４２】
図３（ｂ）に示すＢ−Ｂ’線断面において、ブレード部１２には、ステンレス鋼板からなるブレードカバー１５の内側のステンレス鋼製の鋼管１７内に、ボロンカーバイド粉１６が充填されている。
【００４３】
図３（ｂ）に示すプレスパンチ２１は、その加圧方向に対して垂直な方向に、一定の幅をもって延在した形態を有しており、ブレード部１２を挟んで対向した状態で、例えばギア機構等の不図示の移動機構により移動されて、切断箇所１８の位置に配置される。そして、不図示の制御機構による変位制御、或いは水圧又は油圧による圧力制御により、両プレスパンチ２１が、ブレード部１２側へ向けて駆動され、該ブレード部１２の切断箇所１８がプレス加工される。
【００４４】
プレス加工による圧縮過程に伴い、ボロンカーバイド粉１６は、鋼管１７の内側において、圧縮箇所から非圧縮箇所に向けて適度に流動し、鋼管１７の内壁が凹む。プレス加工により圧縮された切断箇所１８には、凹み（以下、圧縮部１２ａと示す。）が形成されており、このときの加工量は、ブレード部１２の凹み量として、元の板厚に対して凡そ４０〜６０％である。
【００４５】
一方、ボロンカーバイド粉１６は、数マイクトメートル〜数百マイクトメートル、場合によっては数ミリメートルの粒径を有する高硬度の粉体で構成されており、上記したように、少なくとも鋼管１７のステンレス鋼より高い硬度を有している。このため、鋼管１７に亀裂を生じさせることなく圧縮するには限度があり、圧縮部１２ａには、ボロンカーバイド粉１６が所定量残留する。従って、鋼管１７の内壁は完全には閉じられず、数百マイクロメートル以上の隙間が開いた状態で、プレス加工による圧縮工程が終了する。
【００４６】
鋼管１７における亀裂を生じさせることなく、最終的に、溶融固化部により封止された切断面を得るためには、図３（ｂ）におけるプレス加工の加工量を制御することが必要であり、その条件については後に詳述する。
【００４７】
なお、図３（ｂ）に示すプレスパンチ２１による加圧を開放したときの、スプリングバックによる凹みの戻りを抑制するため、図３（ｂ）に示すプレスパンチ２１を、不図示の移動機構により、切断箇所１８を中心として縦方向に移動し、切断箇所１８の周辺を複数回プレス加工するようにしてもよい。この場合、ブレード部２１には、切断箇所１８及びその近傍領域に、複数回プレス加工されたプレス痕が残り、このプレス痕形成領域が、圧縮部１２ａとなる。
【００４８】
プレスパンチ２１により、切断箇所１８及びその近傍領域を複数回プレス加工することで、２回目以降の加圧により、スプリングバックの原因となるひずみが除去されるため、１回のみの加圧によるプレス加工と比較して、プレス加工終了後のスプリングバック量が低減される。
【００４９】
また、スプリングバックを抑制するため、先端にローラが組み込まれたプレスパンチ２１を用いて、ブレード部１２に対する加圧を行うようにしてもよい。この場合、プレスパンチ２１により、ブレード部１２の切断箇所１８周辺を加圧しながら、プレスパンチ２１先端のローラを縦方向に複数回往復動させることで、切断箇所１８及びその周辺が圧延される。これにより、ブレード部２１には、切断箇所１８を中心として、ローラの移動方向に圧延されたプレス痕が残り、このプレス痕形成領域が、圧縮部１２ａとなる。
【００５０】
ブレード部１２に対する加圧を連続的に行うことで、スプリングバックの原因となるひずみが除去されるため、１回のみの加圧によるプレス加工と比較して、プレス加工終了後のスプリングバック量が低減される。
【００５１】
図３（ｃ）は、ブレード部１２がプラズマ照射されている状態を、図３（ａ）のＢ−Ｂ’線断面において示す図である。図３（ｃ）は、切断箇所１８を含むその周辺領域を、後述する横切断を行う前に溶融固化する加工プロセスであり、図３（ｃ）において、トーチ３１は、不図示の移動機構により移動されて、プレスパンチ２１によりプレス加工された箇所（切断箇所１８）に配置されている。そして、この位置から、プレス加工により切断箇所１８に形成された圧縮部１２ａに向けて、トーチ３１によりプラズマ照射される。このときのプラズマ照射の照射エネルギーを、後述するように制御することで、プラズマ照射領域は、照射熱により高温状態となる。これにより、切断箇所１８に形成された圧縮部１２ａにおいて、ステンレス鋼からなるブレードカバー１５及び鋼管１７が溶融されるとともに、これらの溶融体に、鋼管１７内に存在するボロンカーバイド粉１６も混入され、溶融部３５が生成される。溶融部３５は、ブレード部１２の周囲の水の水温により冷却、固化されて、切断箇所１８及びその周辺領域に、溶融固化部３６が形成される。
【００５２】
なお、プラズマ照射ユニット３０には、図３（ｃ）に示すように、トーチ３１の照射口３１ａ近傍に熱対流板３２を設けてもよい。熱対流板３２を設けることで、ブレード部１２におけるプラズマ照射部位だけでなく、その周辺の箇所も連続的に加熱されるため、溶融部３５を安定的に形成することができる。
【００５３】
図３（ｄ）は、ブレード部１２が分割されるときの状態を、図３（ａ）のＢ−Ｂ’線断面において示す図である。図３（ｄ）に示すように、ブレード部１２は、図３（ｃ）に示すトーチ３１からのプラズマ照射により、溶融固化部３６を切断することで分割される。
【００５４】
圧縮部１２ａに形成された溶融固化部３６を切断することで、切断面３７に現れる鋼管１７の内壁は溶融固化部３６により覆われ、切断面３７の全体が、溶融固化部３６により封止される。このため、切断面３７には鋼管１７の内壁面が露出せず、分割後の各ブレード部１２の切断面からの、ボロンカーバイド粉１６の水中への飛散が抑制される。
【００５５】
尚、溶融固化部３６の切断方法は、水中で金属塊を切断できる方法であれば、何れの方法でもよく、水中プラズマ切断のほか、アブレイシブウォータ切断、バンドソーによる切断、又はレーザー切断などの公知の方法を用いることができる。
【００５６】
プラズマ照射により、圧縮部１２ａに溶融固化部３６を形成するためには、上記したようにプラズマ照射の照射条件を制御して行う必要がある。すなわち、一般に行われているプラズマ照射による切断加工では、被加工物を確実に切断することが必要であるため、高エネルギーのプラズマを被加工物に噴出させ、被加工材のプラズマ照射面を瞬時に溶かしつつ、アシストガスも合わせて供給する。これにより、溶融部が板厚方向に素早く浸透し、瞬時に裏面側に達して水中に吹き飛ばされる。
【００５７】
このように、一般のプラズマ切断加工方法では、プラズマ照射により溶融された材料は、溶融状態のまま瞬時に裏面側に吹き飛ばされるため、溶融物が混ざり合い、さらにこれが固化される、所謂溶融固化体の形成には至らない。従って、プレス加工（図３（ｂ））後に形成された圧縮部１２ａを、通常のプラズマ切断と同様の照射条件でプラズマ照射した場合には、溶融固化部３６が形成されることなくそのまま切断され、その切断面には、鋼管１７内のボロンカーバイド粉が露出する。
【００５８】
使用済み制御棒の切断面が封止されるためには、ブレードカバー１５等の溶融物にボロンカーバイド粉１６が混合されて溶融固化部３６が形成されるとともに、この溶融固化部３６により、ブレード部の切断面の全体が覆われることが必要である。この状態を得るためには、プラズマ照射時の照射エネルギー量、及びプラズマ照射前のプレス加工により形成する圧縮部１２ａの凹み量を制御することが有効である。すなわち、プラズマ照射前に形成する圧縮部１２ａの凹み量を、適正な範囲内とするとともに、圧縮部１２ａに対するプラズマ照射の照射エネルギー量を適正な範囲に制御することで、溶融固化部３６により適正に封止された切断面を得ることができる。
【００５９】
図４は、実施形態に係る使用済み制御棒の切断方法において、使用済み制御棒の切断面が溶融固化部により封止される条件を説明するための図であり、図４（ａ）は、ブレード部１２の圧縮部１２ａ近傍を示す断面図であり、図４（ｂ）は、使用済み制御棒の切断面が溶融固化部により封止される条件を説明するためのグラフである。図４（ｂ）中斜線で示される範囲が、使用済み制御棒の切断面が溶融固化部により適正に封止される条件範囲である。
【００６０】
図４においては、横軸に、ブレード部に対するプラズマ照射の照射エネルギー量を示し、縦軸に、プレス加工前のブレード部の厚さに対する圧縮部の凹み量の割合を示す。なお、プラズマ照射による被照射領域の溶融状態は、プラズマ照射の電流密度、及びプラズマ化するガスのガス流速に影響されるため、図４においては、プラズマ照射時のエネルギー量を表す指標として、電流密度とガス流速との積を使用した。
【００６１】
図４において、プラズマ照射時のエネルギー量については、一般的なプラズマ切断法により、ブレード部１２の主な材質であるステンレス鋼板を切断するときのエネルギー量の適正値を１として評価する。
【００６２】
図４に示すように、ブレード部１２の切断面が封止されるように溶融固化部３６を形成するためには、プラズマ照射の照射エネルギー量を、通常のプラズマ切断の照射エネルギー量の１６分の１から８分の１の範囲のエネルギー量とすることが必要である。プラズマ照射の照射エネルギー量が、通常のプラズマ切断の照射エネルギー量の１６分の１未満である場合には、被照射領域が十分に溶融されず、切断面を封止するのに十分な量の溶融固化部３６が形成されないおそれがある。一方、プラズマ照射の照射エネルギー量が、通常のプラズマ切断の照射エネルギー量の８分の１を超える場合には、被照射領域が、通常のプラズマ切断時の照射状態に近くなり、溶融固化部３６が形成される前に、溶融物が裏面側へ吹き飛ばされるおそれがある。
【００６３】
なお、電流密度に関しては、高くするほど、被照射領域が高温となり、溶融部３５が形成されやすくなるが、電流密度を高くし過ぎると、溶融部３５が冷却される前に溶け落ちてしまい、溶融固化部３６を形成できなくなる。また、ガス流量に関しては、大きすぎると、溶融部が即座に裏面側に達し易くなるため、溶融固化部３６を安定して形成するためには、ガス流量は小さくした方がよい。但し、ガス流量を小さくし過ぎると、プラズマ発生自体に支障が生じてくる。
【００６４】
通常のプラズマ切断の照射エネルギー量とは、一般的なプラズマ切断法により、同じ厚さの被切断物（ブレード部１２）を、同じノズル径を有する照射トーチを用いて切断するのに要する照射エネルギー量である。
【００６５】
一方、ブレード部１２の切断面全体が、溶融固化部３６により封止されるようにするためには、圧縮部１２ａの凹み量ｕは、プレス前のブレード部１２の厚さをｔとしたとき（図４（ａ）参照。）、その半分の厚さであるｔ／２に対して、３０〜７０％の範囲とする必要がある。
【００６６】
圧縮部１２ａの凹み量ｕが、厚さｔ／２の３０％未満であると、溶融固化部３６によって封止されるべき範囲が広過ぎるため、仮にプラズマ照射を適正なエネルギー量で行っても、溶融固化部３６によって封止できない部分が生じ、切断面に鋼管１７の内壁面が露出し、ボロンカーバイド粉が水中へ飛散するおそれがある。一方、圧縮部１２ａの凹み量ｕが、厚さｔ／２の７０％を超えると、プレス加工時に鋼管１７に亀裂が発生し、適切な切断を行うことが困難となる。なお、図４においては、圧縮部の凹み量は、プレス前のブレード部１２の厚さｔの半分の厚さｔ／２を１としたときの、凹み量ｕの割合を示している。
【００６７】
以上のように、プラズマ照射による加熱溶融前のプレス加工による凹み量の適正化と、プラズマ照射時のエネルギー量の適正化の双方を行うことによって、切断面に鋼管１７の内壁が現れないように、溶融固化部３６により切断面を封止することができる。これにより、ボロンカーバイド粉等の中性子吸収粉体が充填された使用済み制御棒１０のブレード部１２を、この中性子吸収粉体を水中に飛散させることなく、短尺に分割することができる。
【実施例２】
【００６８】
図５は、第２の実施形態に係る使用済み制御棒の切断方法により使用済み制御棒を短尺に切断する動作例を示す説明図である。なお、図５において、図１〜図４と共通する箇所には、同一の符号を付しており、この部分についての再度の説明は省略する。
【００６９】
図５において、プレスユニット２０のプレスパンチ２１には、それぞれヒータ２２が内蔵されている。プレスパンチ２１の基本的な構成は、図３（ｂ）に示すプレスパンチ２１と同様であり、ヒータ２２を内蔵している点のみ異なっている。
【００７０】
図３に示す実施形態では、切断箇所１８に形成された圧縮部１２ａの加熱溶融を、トーチ３１からのプラズマ照射により行ったが、図５に示す第２の実施形態では、圧縮部１２ａの加熱溶融を、トーチ３１に代えて、プレスパンチ２１に内蔵されたヒータ２２により行う点が、図３に示す実施形態からの変更点である。
【００７１】
プレスパンチ２１は、図５（ａ）で示すように、ブレード部１２を挟んで対向した状態で、不図示の移動機構により移動されて、切断箇所１８の位置に配置されている。そして、ヒータ２２を加熱状態としながら、不図示の制御機構による変位制御、或いは水圧又は油圧による圧力制御により、両プレスパンチ２１が、ブレード部１２側へ向けて駆動され、ブレード部１２の切断箇所１８が、ヒータ２２により加熱されつつ加圧される。
【００７２】
プレス加工により圧縮された切断箇所１８には、圧縮部１２ａが形成されるとともに、この圧縮部１２ａが、ヒータ２２により加熱される（図５（ｂ）参照。）。このとき、ヒータ２２による加熱温度を適正な範囲に制御することで、圧縮部１２ａが溶融され、溶融部３５が形成される。溶融部３５は、プレスパンチ２１による加圧から開放された後、周辺の水の水温で冷却され、溶融固化３６が形成される。この溶融固化部３６を切断することで、その全体が融固化部３６により封止された切断面３７を得ることができる（図５（ｃ）参照。）。これにより、ブレード部１２が短尺に分割される。
【００７３】
第２の実施形態においては、切断箇所１８に形成された溶融固化部３６を、プレスパンチ２１により再度加圧し、パンチ先端から溶融固化部３６に亀裂を発生させることで、溶融固化部３６を切断しているが、本実施形態において、溶融固化部３６の切断は、水中で金属塊を切断できる方法であれば、何れの方法を用いてもよい。
【００７４】
第２の実施形態においては、圧縮部１２ａの加熱溶融を、プレス加工ユニット２０のプレスパンチ２１に内蔵されたヒータ２２を用いて行うことができるため、切断システム全体としての部品数を低減することができる。
【００７５】
また、通常のプレス加工では、上記したように、スプリングバックにより、圧縮直後の凹み量の数十％程度が戻り、溶融固化部３６による封止が必要な領域が拡大する。この場合、溶融固化部３６による切断面の安定した封止が妨げられるため、スプリングバックは、極力低減することが求められる。また、ブレード部１２は、放射線の影響でひずみが発生しており、プレスパンチ２１による加圧時に、亀裂が入り易くなっている。
【００７６】
第２の実施形態では、ヒータ２２を内蔵したプレスパンチ２１を用いることで、プレス加工時に、切断箇所１８に形成される凹み部分を、数百度程度の温度で加熱することができる。この加熱により、圧縮部１２ａにおいて、スプリングバックを引き起こす応力が除去又は低減されるため、スプリングバックが抑制されたプレス加工を行うことができる。また、この加熱により、ブレード部１２のひずみが回復されるため、加圧時に亀裂が入るのを防止することができる。
【実施例３】
【００７７】
第３の実施形態は、プレスユニット２０として、一の側面を円弧状に形成したプレス板２３を用いるものである（図６及び図７参照。）。
【００７８】
図６は、プレス板２３によりブレード部１２を加圧するときの動作例を示す概略断面図であり、図７は、プレス板２３によりブレード部１２を加圧するときの動作例を示す概略斜視図である。
【００７９】
図６及び図７に示すように、一対のプレス板２３は、その円弧状の面２３ａをブレード部１２に対向させた状態で、両プレス板２３によりブレード部１２の切断箇所１８を挟持するように配置される。そして、プレス加工時には、両プレス板２３の対向する一対の端部２３ｂを支点として、円弧状の面２３ａをブレード部１２の切断箇所１８に当接させるように揺動させる。なお、プレス板２３は、不図示の制御機構により、例えば水圧により駆動して揺動させることができる。
【００８０】
両プレス板２３は、揺動させるときの支点となる端部２３ｂ間の距離ｄが、ブレード部１２を圧縮可能な最小値（下死点）となるように固定されて配置されている。この状態で、ブレード部１２の切断箇所１８の両側面を、両プレス板２３で挟持するようにして揺動させることで、ブレード部１２に亀裂を発生させることなく、切断箇所１８に圧縮部１２ａを形成することができる。
【００８１】
第３の実施形態では、ブレード部１２の加圧を、図６、７に示す形態のプレス板２３を搖動させて行うことで、小さい加工量で圧縮部１２ａを形成することができる。また、第３の実施形態では、端部２３ｂ間の距離ｄを上記にように設定することで、ブレード部１２が下死点を超えて加圧されることが防止されている。このため、プレス加工を行う作業者は、プレス板２３の高さの位置決めのみを行えばよく、作業性に優れている。
【実施例４】
【００８２】
第４の実施形態は、プレスユニット２０として、一対のプレスローラ２４を用いるものである（図８及び図９参照。）。
【００８３】
図８は、プレスローラ２４によりブレード部１２を加圧するときの動作例を示す概略断面図であり、図９は、プレスローラ２４によりブレード部１２を加圧するときの動作例を示す概略斜視図である。
【００８４】
図８及び図９に示すように、プレスローラ２４は、ブレード部１２を挟んで対向した状態で、不図示の移動機構により移動されて、切断箇所１８の一端に配置される。プレスローラ２４は、両プレスローラ２４間の距離ｄが、ブレード部１２を圧縮可能な最小値（下死点）となるように固定されて配置されている。そして、プレス加工時には、ブレード部１２の切断箇所１８を両プレスローラ２４により挟持させた状態で、不図示の制御機構により、水圧等によりプレスローラ２４を駆動して押し出し、切断箇所１８の位置に沿ってプレスローラ２４を移動させながら、ブレード部１２を加圧し圧縮する。
【００８５】
第４の実施形態では、ブレード部１２の加圧を、図８、９に示すプレスローラ２４を用いて行うことで、ブレード部１２が下死点を超えて加圧されることが防止されている。このため、プレス加工を行う作業者は、プレスローラ２４の高さの位置決めのみを行えばよく、作業性に優れている。
【００８６】
なお、第３の実施形態及び第４の実施形態においても、第２の実施形態と同様、プレス板２３やプレスローラ２４に、ヒータ２２を内蔵した構成を採用することも可能である。
【００８７】
また、圧縮部１２ａを形成する方法としては、上記した第１の実施形態〜第４実施形態に係る方法の他、例えば、プレスユニット２０として、ノズルから水流を発生させる装置を設け、ノズルから照射した水流の水圧により切断箇所１８を加圧して、圧縮部２１ａを形成することもできる。
【符号の説明】
【００８８】
１０…使用済み制御棒、１１…連結棒、１２…ブレード部、１２ａ…圧縮部、１３…中性子吸収棒、１４…落下速度抑制部、１５…ブレードカバー、１５ａ…ブレードカバー１５の端部、１６…ボロンカーバイド粉、１７…鋼管、１８…切断箇所、２０…プレスユニット、２１…プレスパンチ、２２…ヒータ、２３…プレス板、２３ａ…円弧状の面、２３ｂ…両プレス板２３の端部、２４…プレスローラ、３０…プラズマ照射ユニット、３１…トーチ、３２…熱対流板、３５…溶融部、３６…溶融固化部、３７…切断面、４０…ブレード固定ユニット、４１…固定冶具、４５…縦切断トーチ、５０…クレーン、６０…貯蔵プール、６５…隔離水槽、６６…隔離水槽開閉扉、６８…収納容器、ｕ…圧縮部１２ａの凹み量、ｔ…ブレード部１２の厚さ
【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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