(57)【要約】【課題】キャスクの落下評価モデルの構築システム及びキャスクの落下評価システムにおいて、キャスク落下試験時における燃料の健全性を適正に評価可能とする。【解決手段】キャスクの設計データと落下姿勢と落下面剛性に基づいてキャスク落下状態をモデル解析すると共に、キャスクを燃料単体とした試験モデルの設計データと落下姿勢と落下面剛性に基づいて試験モデル落下状態をモデル解析し、このキャスクモデル解析処理データと試験モデル解析処理データとを比較して試験モデルの設計データを策定し、この試験モデルの設計データに基づいて製作された試験モデルの落下評価試験を行い、この落下評価試験データと試験モデル解析処理データとを比較してキャスク落下試験の評価モデルを構築する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャスクの設計データと落下姿勢と落下面剛性に基づいてキャスク落下状態をモデル解析するキャスクモデル解析処理と、前記キャスクを燃料単体とした試験モデルの設計データと落下姿勢と落下面剛性に基づいて試験モデル落下状態をモデル解析する試験モデル解析処理と、前記キャスクモデル解析処理の処理データと前記試験モデル解析処理の処理データとを比較することで前記試験モデルの設計データを策定する試験モデル構造策定処理と、該試験モデル構造策定処理により策定された試験モデルの設計データに基づいて製作された試験モデルの落下評価試験を行う落下試験モデル評価処理と、該落下試験モデル評価処理により評価された落下評価試験データと前記試験モデル解析処理の処理データとを比較することでキャスク落下試験の評価モデルを構築する評価モデル構築処理とを具えたことを特徴とするキャスクの落下評価モデルの構築システム。
【請求項２】
請求項１に記載のキャスクの落下評価モデルの構築システムにおいて、前記キャスク及び前記試験モデルは、燃料と該燃料を保持するバスケットと該バスケットを収容する容器とを有し、前記試験モデル構造策定処理は、前記キャスクモデル解析処理と前記試験モデル解析処理によりそれぞれ求められた本体加速度、燃料ひずみ分布、バスケット変位、バスケット加速度、燃料荷重とを比較して前記試験モデルの設計データを策定することを特徴とするキャスクの落下評価モデルの構築システム。
【請求項３】
請求項２に記載のキャスクの落下評価モデルの構築システムにおいて、前記試験モデル構造策定処理により比較した前記キャスク及び前記試験モデルにおける本体加速度、燃料ひずみ分布、バスケット変位、バスケット加速度、燃料荷重が相違するときには、前記試験モデル解析処理で使用する試験モデルの設計データを見直すことを特徴とするキャスクの落下評価モデルの構築システム。
【請求項４】
請求項１に記載のキャスクの落下評価モデルの構築システムにおいて、前記落下試験モデル評価処理は、前記試験モデル構造策定処理により策定された試験モデルの設計データに基づいて製作された試験モデルの落下試験における荷重評価試験とひずみ評価試験を行うことを特徴とするキャスクの落下評価モデルの構築システム。
【請求項５】
請求項４に記載のキャスクの落下評価モデルの構築システムにおいて、前記評価モデル構築処理は、前記荷重評価試験及び前記ひずみ評価試験の試験データと前記試験モデル解析処理の処理データを比較して前記試験モデルの燃料荷重を確定することで、キャスク落下試験の評価モデルを構築することを特徴とするキャスクの落下評価モデルの構築システム。
【請求項６】
請求項５に記載のキャスクの落下評価モデルの構築システムにおいて、前記評価モデル構築処理により比較した試験データと処理データが相違するときには、前記試験モデル解析処理の処理データを見直すことを特徴とするキャスクの落下評価モデルの構築システム。
【請求項７】
請求項５に記載のキャスクの落下評価モデルの構築システムにおいて、前記評価モデル構築処理は、前記試験モデルの燃料荷重と燃料落下姿勢と落下面剛性に基づいて前記試験モデルの燃料ひずみを求め、該試験モデルの燃料ひずみと前記ひずみ評価試験により求めた燃料ひずみを比較して前記試験モデルの燃料ひずみを確定することで、キャスク落下試験の評価モデルを構築することを特徴とするキャスクの落下評価モデルの構築システム。
【請求項８】
請求項７に記載のキャスクの落下評価モデルの構築システムにおいて、前記評価モデル構築処理により比較した前記試験モデルの燃料ひずみと前記ひずみ評価試験により求めた燃料ひずみが相違するときには、前記試験モデルの燃料ひずみを見直すことを特徴とするキャスクの落下評価モデルの構築システム。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一つに記載のキャスクの落下評価モデルの構築システムを用いてキャスク落下試験時における燃料の健全性を評価することを特徴とするキャスクの落下評価システム。
【請求項１０】
請求項９に記載のキャスクの落下評価システムにおいて、燃料ひずみ解析処理により求めた燃料ひずみと予め設定された燃料破断ひずみを比較することで燃料の健全性を評価することを特徴とするキャスクの落下評価システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、キャスクに収容された燃料の健全性を評価するためのキャスクの落下評価モデルを構築するキャスクの落下評価モデルの構築システム及びキャスクの落下評価システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
核燃料サイクルの終期にあって、燃焼を終えて使用できなくなった核燃料集合体を、使用済み燃料集合体という。この使用済み燃料集合体は、ＦＰなど高放射能物質を含むために熱的に冷却する必要があることから、原子力発電所の冷却ピットで所定期間にわたって冷却される。その後、この使用済み燃料集合体は、キャスクに収納され、トラック等で中間貯蔵施設に搬送して貯蔵される。使用済み燃料集合体は、キャスク内に設置したバスケットのセルにそれぞれ１体ずつ挿入され、これにより輸送中の振動などに対する適切な保持力を確保している。
【０００３】
このようなキャスクは、一般的に、上部が開口して円筒形状をなす胴本体と、この胴本体の外周部に設けられた中性子遮蔽体であるレジンと、このレジンの外周部に設けられた外筒と、胴本体の上部に固定される蓋部とから構成されている。胴本体は、γ線遮蔽体である炭素鋼製の鍛造品であり、蓋部は、ステンレス鋼製等の一次蓋及び二次蓋７からなり、この一次蓋及び二次蓋は、胴本体にＯリングを介して嵌合し、ステンレス製等のボルトにより固定されている。また、胴本体と外筒との間には、熱伝導を行う複数の伝熱フィンが設けられている。レジンは、この伝熱フィンにより形成される空間に流動状態で注入され、冷却することで固化形成する。従って、使用済み燃料集合体は、キャスクに収納された状態で、中間貯蔵施設で適正な年数、つまり、所定の温度以下に冷却されるまで保管される。
【０００４】
上述したように使用済み燃料集合体は、キャスクに収納された状態でトラック等により中間貯蔵施設まで搬送され、クレーンを用いてトラックから貯蔵庫に移されて貯蔵される。このとき、キャスクはクレーンにより吊り下げられて移送されるため、この移送途中で何らかの原因で落下の可能性があることから、周囲に緩衝体を設けて落下事故時の衝撃荷重を低減することが可能な構造となっている。
【０００５】
即ち、キャスクは、使用済み燃料集合体の収納性や放射線の遮蔽性等を考慮すると共に、落下時の耐久性を考慮して設計する必要があり、このキャスクの設計時には、キャスクの落下に作用する加速度をベースにして燃料健全性の評価を行っている。具体的には、所定の設計手法によって設計、製造されたキャスクの落下試験を行ったり、キャスクの落下モデル試験を行って燃料の健全性を評価し、設計データに反映させている。
【０００６】
このようなキャスクの落下試験としては、例えば、下記特許文献１に記載されたものがある。
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−２３２８８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述した特許文献１に記載されたキャスクの落下試験方法にあっては、実際にキャスクを落下させることによってキャスクの健全性を評価するようにしている。ところが、実際に重量物であるキャスクを落下させることは困難であり、また、キャスクの設計データ、落下高さや落下姿勢、落下面の状態に応じて各種の検証を行うことができず、評価データをキャスクの設計やキャスクの移送作業に反映することができない。
【０００９】
本発明は上述した課題を解決するものであり、キャスク落下試験時における燃料の健全性を適正に評価可能とした落下評価モデルの構築システム及びキャスクの落下評価システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するための請求項１の発明のキャスクの落下評価モデルの構築システムは、キャスクの設計データと落下姿勢と落下面剛性に基づいてキャスク落下状態をモデル解析するキャスクモデル解析処理と、前記キャスクを燃料単体とした試験モデルの設計データと落下姿勢と落下面剛性に基づいて試験モデル落下状態をモデル解析する試験モデル解析処理と、前記キャスクモデル解析処理の処理データと前記試験モデル解析処理の処理データとを比較することで前記試験モデルの設計データを策定する試験モデル構造策定処理と、該試験モデル構造策定処理により策定された試験モデルの設計データに基づいて製作された試験モデルの落下評価試験を行う落下試験モデル評価処理と、該落下試験モデル評価処理により評価された落下評価試験データと前記試験モデル解析処理の処理データとを比較することでキャスク落下試験の評価モデルを構築する評価モデル構築処理とを具えたことを特徴とするものである。
【００１１】
請求項２の発明のキャスクの落下評価モデルの構築システムでは、前記キャスク及び前記試験モデルは、燃料と該燃料を保持するバスケットと該バスケットを収容する容器とを有し、前記試験モデル構造策定処理は、前記キャスクモデル解析処理と前記試験モデル解析処理によりそれぞれ求められた本体加速度、燃料ひずみ分布、バスケット変位、バスケット加速度、燃料荷重とを比較して前記試験モデルの設計データを策定することを特徴としている。
【００１２】
請求項３の発明のキャスクの落下評価モデルの構築システムでは、前記試験モデル構造策定処理により比較した前記キャスク及び前記試験モデルにおける本体加速度、燃料ひずみ分布、バスケット変位、バスケット加速度、燃料荷重が相違するときには、前記試験モデル解析処理で使用する試験モデルの設計データを見直すことを特徴としている。
【００１３】
請求項４の発明のキャスクの落下評価モデルの構築システムでは、前記落下試験モデル評価処理は、前記試験モデル構造策定処理により策定された試験モデルの設計データに基づいて製作された試験モデルの落下試験における荷重評価試験とひずみ評価試験を行うことを特徴としている。
【００１４】
請求項５の発明のキャスクの落下評価モデルの構築システムでは、前記評価モデル構築処理は、前記荷重評価試験及び前記ひずみ評価試験の試験データと前記試験モデル解析処理の処理データを比較前記試験モデルの燃料荷重を確定することで、キャスク落下試験の評価モデルを構築することを特徴としている。
【００１５】
請求項６の発明のキャスクの落下評価モデルの構築システムでは、前記評価モデル構築処理により比較した試験データと処理データが相違するときには、前記試験モデル解析処理の処理データを見直すことを特徴としている。
【００１６】
請求項７の発明のキャスクの落下評価モデルの構築システムでは、前記評価モデル構築処理は、前記試験モデルの燃料荷重と燃料落下姿勢と落下面剛性に基づいて前記試験モデルの燃料ひずみを求め、該試験モデルの燃料ひずみと前記ひずみ評価試験により求めた燃料ひずみを比較して前記試験モデルの燃料ひずみを確定することで、キャスク落下試験の評価モデルを構築することを特徴としている。
【００１７】
請求項８の発明のキャスクの落下評価モデルの構築システムでは、前記評価モデル構築処理により比較した前記試験モデルの燃料ひずみと前記ひずみ評価試験により求めた燃料ひずみが相違するときには、前記試験モデルの燃料ひずみを見直すことを特徴としている。
【００１８】
また、請求項９の発明のキャスクの落下評価システムは、上述したキャスクの落下評価モデルの構築システムを用いてキャスク落下試験時における燃料の健全性を評価することを特徴とするものである。
【００１９】
請求項１０の発明のキャスクの落下評価システムでは、燃料ひずみ解析処理により求めた燃料ひずみと予め設定された燃料破断ひずみを比較することで燃料の健全性を評価することを特徴としている。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１の発明のキャスクの落下評価モデルの構築システムによれば、キャスクの設計データと落下姿勢と落下面剛性に基づいてキャスク落下状態をモデル解析すると共に、キャスクを燃料単体とした試験モデルの設計データと落下姿勢と落下面剛性に基づいて試験モデル落下状態をモデル解析し、このキャスクモデル解析処理データと試験モデル解析処理データとを比較して試験モデルの設計データを策定し、この試験モデルの設計データに基づいて製作された試験モデルの落下評価試験を行い、この落下評価試験データと試験モデル解析処理データとを比較してキャスク落下試験の評価モデルを構築するようにしたので、実機となるキャスクに対する試験モデルを製作してモデル解析した試験モデル解析処理データと、この試験モデルの落下評価試験を行った得られた落下評価試験データとに基づいてキャスク落下試験の評価モデルを構築するため、キャスク落下試験時における燃料の健全性を適正に評価ための評価モデルを適正に構築することができる。
【００２１】
請求項２の発明のキャスクの落下評価モデルの構築システムによれば、キャスク及び試験モデルを、燃料と燃料を保持するバスケットとバスケットを収容する容器とから構成し、キャスクモデル解析処理と試験モデル解析処理によりそれぞれ求められた本体加速度、燃料ひずみ分布、バスケット変位、バスケット加速度、燃料荷重とを比較して試験モデルの設計データを策定するようにしたので、試験モデルの設計データを詳細に策定することができる。
【００２２】
請求項３の発明のキャスクの落下評価モデルの構築システムによれば、キャスク及び試験モデルにおける本体加速度、燃料ひずみ分布、バスケット変位、バスケット加速度、燃料荷重を比較して相違するときには、試験モデルの設計データを見直すようにしたので、最適な試験モデルの設計データを策定することができる。
【００２３】
請求項４の発明のキャスクの落下評価モデルの構築システムによれば、試験モデルの設計データに基づいて製作された試験モデルの落下試験における荷重評価試験とひずみ評価試験を行うようにしたので、キャスクを燃料単体とした解析された試験モデルの設計データの適正を荷重評価試験とひずみ評価試験の各試験データにより確認することができる。
【００２４】
請求項５の発明のキャスクの落下評価モデルの構築システムによれば、荷重評価試験及びひずみ評価試験の試験データと試験モデル解析処理データを比較して試験モデルの燃料荷重を確定することでキャスク落下試験の評価モデルを構築するようにしたので、試験データと解析処理データにより試験モデルの燃料荷重、つまり、接触荷重を正確に確定することができる。
【００２５】
請求項６の発明のキャスクの落下評価モデルの構築システムによれば、評価モデル構築処理の試験データと処理データが相違するときには、試験モデル解析処理データを見直すようにしたので、最適な燃料荷重を確定することができる。
【００２６】
請求項７の発明のキャスクの落下評価モデルの構築システムによれば、試験モデルの燃料荷重と燃料落下姿勢と落下面剛性に基づいて試験モデルの燃料ひずみを求め、試験モデルの燃料ひずみとひずみ評価試験により求めた燃料ひずみを比較して試験モデルの燃料ひずみを確定することでキャスク落下試験の評価モデルを構築するようにしたので、試験モデルの燃料ひずみを正確に確定して適正なキャスク落下試験の評価モデルを構築することができる。
【００２７】
請求項８の発明のキャスクの落下評価モデルの構築システムによれば、評価モデル構築処理により比較した試験モデルの燃料ひずみとひずみ評価試験により求めた燃料ひずみが相違するときには、試験モデルの燃料ひずみを見直すようにしたので、最適な試験モデルの燃料ひずみを確定することができる。
【００２８】
また、請求項９の発明のキャスクの落下評価システムによれば、上述したキャスクの落下評価モデルの構築システムを用いてキャスク落下試験時における燃料の健全性を評価するようにしたので、適正に構築された落下試験の評価モデルを用いることで、キャスク落下試験時における燃料の健全性を適正に評価することができる。
【００２９】
請求項１０の発明のキャスクの落下評価システムによれば、燃料ひずみ解析処理により求めた燃料ひずみと予め設定された燃料破断ひずみを比較して燃料の健全性を評価するようにしたので、実機としてのキャスクの燃料の健全性を適正に評価することができると共に、その対策を的確にとることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下に添付図面を参照して、本発明に係るキャスクの落下評価モデルの構築システム及びキャスクの落下評価システムの好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【実施例】
【００３１】
図１は、本発明の一実施例に係るキャスクの落下評価モデルの構築システムの処理ブロックを表す概略図、図２は、キャスクモデル解析処理及び試験モデル解析処理から試験モデル構造策定処理までの処理を表すフローチャート、図３は、キャスクモデルの系統図、図４は、試験モデルの系統図、図５は、落下試験モデル評価処理及び評価モデル構築処理を表すフローチャート、図６は、試験モデルの断面図、図７−１は、試験モデルの転倒試験を表す説明図、図７−２は、試験モデルの垂直落下試験を表す説明図、図７−３は、試験モデルの水平落下試験を表す説明図、図８は、本実施例のキャスクの落下評価システムの処理ブロックを表す概略図、図９は、キャスクの一部断面概略図、図１０は、キャスクの水平断面図、図１１は、キャスクを貯蔵するための中間貯蔵施設を表す概略図である。
【００３２】
原子力発電プラントにおいて、ここで使用して燃焼を終えた核燃料集合体は、ＦＰなど高放射能物質を含むために熱的に冷却する必要がある。そのため、原子力発電プラントの冷却ピットで所定期間（１〜３年間）冷却した後、この使用済み燃料集合体をキャスクに収納し、トラック等で中間貯蔵施設に搬送して貯蔵している。
【００３３】
まず、本実施例のキャスクの落下評価モデルの構築システム及びキャスクの落下評価システムで対象とするキャスクについて詳細に説明する。図９及び図１０に示すように、キャスク１１において、容器としての胴本体１２は円筒形状をなし、内部に設けられるキャビティ１３内面がバスケット１４の外周形状に合わせて機械加工されており、このキャビティ１３の内面の機械加工は、専用の加工装置を用いてフライス等によって加工する。胴本体１２の下部には底部１５が溶接により結合されており、この胴本体１２及び底部１５は、γ線遮蔽機能を有する炭素鋼製の鍛造品となっているが、炭素鋼の代わりにステンレス鋼を用いることもできる。
【００３４】
胴本体１２の外周側には所定の隙間を開けて外筒１６が配設されており、胴本体１２の外周面と外筒１６の内周面との間には、熱伝導を行う銅製の伝熱フィン１７が周方向に均等間隔で複数溶接されている。そして、胴本体１２と外筒１６との空間部に水素を多く含有する高分子材料であって中性子遮蔽機能を有するレジン（中性子遮蔽体）１８が流動状態で図示しないパイプ等を介して注入され、冷却固化されている。この場合、内部フィン１７は、放熱を均一に行うために熱量の多い部分に高い密度で設けるようにするのが好ましい。また、底部１５の下側には複数の連結板１９により所定の隙間を開けて底板２０が連結されており、この底部１５と底板２０との空間部にレジン（中性子遮蔽体）２１が設けられている。なお、レジン１８，２１と外筒１６または底板２０との間には、数ｍｍの熱膨張しろが設けられており、この熱膨張しろは、ホットメルト接着剤等にヒーターを埋め込んだ消失型を外筒１６の内周面または底板２０の上面に配設し、レジン１８，２１を注入して固化した後、ヒーターを加熱して溶融排出することによって形成する。
【００３５】
胴本体１２の上部開口を閉塞する蓋部２２は、一次蓋２３と二次蓋２４によって構成されている。一次蓋２３は、γ線を遮蔽するステンレス鋼または炭素鋼からなる円盤形状である。また、二次蓋２４も、ステンレス鋼製または炭素鋼製の円盤形状であるが、その上面には、レジン（中性子遮蔽体）２５が封入されている。この一次蓋２３及び二次蓋２４は、ステンレス鋼製または炭素鋼製のボルト２６により胴本体１２の上端部に取付けられている。この場合、一次蓋２３及び二次蓋２４と胴本体１２との間に、それぞれ図示しない金属ガスケットが介装され、内部の密封性を確保している。また、蓋部２２の周囲には、レジン２７を封入した補助遮蔽体２８が設けられている。
【００３６】
キャスク１１の内部に設けられるバスケット１４は、使用済みの燃料集合体２９を収納するセル３０を構成する複数本の角パイプから構成されている。この角パイプには、アルミニウムまたはアルミニウム合金の粉末に中性子吸収性能をもつボロンまたはボロン化合物の粉末を添加したアルミニウム複合材またはアルミニウム合金を用いる。また、中性子吸収材としては、ボロンの他にカドミウムを用いることができる。
【００３７】
また、胴本体１２の外周面の両側には、キャスク１１を吊り下げるためのトラニオン３１が設けられている。キャスクは、内部に使用済みの燃料集合体を収納した後、貯蔵施設まで搬送されるが、このキャスク１１の搬送時には、胴本体１２の上端部に取付けた補助遮蔽体２８を取外し、キャスクの上端部及び下端部に図示しない緩衝体を取付ける。この緩衝体は、ステンレス鋼材によって作成されたハウジング内にレッドウッド材などの緩衝材を組み込んだ構造となっている。そして、キャスク１１が中間貯蔵施設に搬入された後は、この緩衝体を取外し、据付台３２を用いて起立状態で保管する。
【００３８】
即ち、図１１に示すように、中間貯蔵施設４１は、全体がコンクリート壁によって構成され、設置床４２、天井壁４３、複数の側壁４４を有している。そして、設置床４２の両側には多数の吸気口４５が形成された換気塔４６が設けられている。この中間貯蔵施設４１内において、設置床４２上には、使用済の燃料集合体２９を収納した多数のキャスク１１を所定間隔にて整列配置可能となっている。また、中間貯蔵施設４１の一側には、搬入用ゲート４７を有する搬入用ピット４８が設けられており、キャスク１１は、運搬車両４９により搬入用ゲート４７から搬入用ピット４８に搬入される。中間貯蔵施設４１の上部には、キャスク移送用クレーン５０が移動自在に設けられており、搬入用ピット４８に搬入されたキャスク１１は、このキャスク移送用クレーン５０により移送され、所定の位置に配置される。
【００３９】
この場合、キャスク１１は、運搬車両４９による搬送時には、上端部及び下端部に緩衝体を取付けられることで、事故等による落下時の衝撃を吸収可能となっている。ところが、キャスク１１が運搬車両４９により搬入用ピット４８に搬入された後は、上下の緩衝体が取外されてから、キャスク移送用クレーン５０により設置床４２まで移送される。そのため、中間貯蔵施設４１にて、搬入用ピット４８から設置床４２までのキャスク１１の移送途中で、何らかの原因でこのキャスク１１が落下したときには、キャスク１１自体で内部に収納した燃料集合体２９の安全性を確保しなければならない。従って、中間貯蔵施設４１では、キャスク移送用クレーン５０によるキャスク１１の移送時の安全性を十分に確保する必要があり、クレーン吊り上げ高さや設置床４２及び天井壁４３の硬度（緩衝材の配置）などに対して厳しく対応しなければならない。
【００４０】
本実施例では、キャスク１１の設計データと落下状態のモデル解析に基づいて、キャスク１１を燃料（燃料集合体）単体とした試験モデルを製作し、この試験モデルの設計データと落下評価試験データとを比較することで、キャスク落下試験の評価モデルを構築し、このキャスクの落下試験の評価モデルを用いてキャスク落下試験時における燃料の健全性を評価するようにしている。以下、このキャスクの落下評価モデルの構築システム及びキャスクの落下評価システムについて詳細に説明する。
【００４１】
本実施例のキャスクの落下評価モデルの構築システムは、図１に示すように、キャスクモデル解析処理Ｐ１と、試験モデル解析処理Ｐ２と、処理データ比較判定処理Ｐ３と、試験モデル構造策定処理Ｐ４、落下試験モデル評価処理Ｐ５と、評価モデル構築処理Ｐ６とから構成されている。
【００４２】
そして、このキャスクモデル解析処理Ｐ１は、キャスク１１の設計データと落下姿勢と落下面剛性に基づいてキャスク落下状態をモデル解析するものである。試験モデル解析処理Ｐ２は、キャスク１１を燃料（燃料集合体２９）単体とした試験モデルの設計データと落下姿勢と落下面剛性に基づいて試験モデル落下状態をモデル解析するものである。処理データ比較判定処理Ｐ３は、キャスクモデル解析処理Ｐ１の処理データと試験モデル解析処理Ｐ２の処理データとを比較してデータが適正であるかどうかを判定するものである。また、試験モデル構造策定処理Ｐ４は、処理データ比較判定処理Ｐ３の判定結果に基づいて試験モデルの設計データを策定するものである。
【００４３】
落下試験モデル評価処理Ｐ５は、試験モデル構造策定処理Ｐ４により策定された試験モデルの設計データに基づいて製作された試験モデルの落下評価試験を行うものであり、荷重評価試験Ｐ７とひずみ評価試験Ｐ８とから構成されている。
【００４４】
評価モデル構築処理Ｐ６は、落下試験モデル評価処理Ｐ４により評価された落下評価試験データと試験モデル解析処理Ｐ２の処理データとを比較することでキャスク落下試験の評価モデルを構築するものである。そして、この評価モデル構築処理Ｐ６は、評価試験判定処理Ｐ９と、検証解析処理Ｐ１０と、燃料被覆管解析処理Ｐ１１と、燃料ひずみ判定処理Ｐ１２とから構成されている。
【００４５】
以下、上述したキャスクの落下評価モデルの構築システムの各処理について、具体的に説明する。
【００４６】
図２に示すように、キャスクモデル解析処理Ｐ１はキャスク落下状態をモデル解析するものであり、この場合、キャスク１１を、燃料（燃料集合体２９）とこの燃料を保持するバスケット１４とこのバスケット１４を収容する容器（胴本体１２）とが所定の隙間を介して組み付けられたものとする。そして、このキャスク１１の落下姿勢を垂直落下、水平落下、転倒するときの姿勢として特定すると共に、落下面剛性をコンクリート、架台、緩衝体として特定して解析を行う。即ち、キャスク１１に所定の落下高さ及び落下姿勢に相当する初速度を与え、所定の落下面に衝突（接触）した場合の解析を行う。
【００４７】
この場合、エンジニアリング系解析ソフトは、ＬＳ−ＤＹＮＡ等を用いて工学上問題となる様々な非線形現象をモデル化し、有限要素法によるシミュレーションを行う。そして、接触のアルゴリズムとしてペナルティ法及びコンストレイント法（節点拘束法）を用いて接触反力を求め、求めた接触反力から接触荷重、つまり、燃料荷重を求める。即ち、ペナルティ法では、接触面に垂直な仮想的なバネが設定され、めり込みが感知されると、下記数式１で計算される力をスレーブ節点に反力として負荷し、めり込みを解消する。
【００４８】
【数１】
2007017205.tif 000003
【００４９】
また、コンストレイント法では、接触による拘束は、全体座標系でのスレーブ節点の変位成分をマスター面に沿うように計算し直すことで表現される。コンストレイント法による節点の拘束は、最初に接触を考慮しないで加速度、速度、変位が試計算され、その後、運動量の保存則を考慮して修正される。接触を考慮しないで、マスター面上のスレーブ節点の加速度が試行的に計算され、節点のめり込みが感知されると、スレーブ節点の接触反力は、めり込み量の関数として下記数式２で計算される。
【００５０】
【数２】
2007017205.tif 000004
【００５１】
具体的には、キャスクモデル解析処理Ｐ１により本体加速度、燃料ひずみ分布、バスケット変位、バスケット加速度、燃料荷重を求める。ここで、本体加速度、燃料ひずみ分布、バスケット変位、バスケット加速度は、キャスク１１の設計データと落下高さ、落下姿勢落下面剛性に基づいて算出する。一方、燃料荷重は、ペナルティ法及びコンストレイント法において、接触部有効体積変化（ペナルティ係数）と接触部加速度（接触面の貫入量）を適正値に設定することで求められる。
【００５２】
一方、試験モデル解析処理Ｐ２は試験モデル落下状態をモデル解析するものであり、この場合、キャスク１１を燃料単体として試験モデルを形成し、この試験モデルを、キャスク１１と同様に、燃料とバスケットと容器とが所定の隙間を介して組み付けられたものとする。そして、この試験モデルの落下姿勢を垂直落下、水平落下、転倒するときの姿勢として特定すると共に、落下面剛性をコンクリート、架台、緩衝体として特定して解析を行う。即ち、試験モデルに所定の落下高さ及び落下姿勢に相当する初速度を与え、所定の落下面に衝突（接触）した場合の解析を行う。
【００５３】
この場合、前述と同様に、エンジニアリング系解析ソフトは、ＬＳ−ＤＹＮＡ等を用いて工学上問題となる様々な非線形現象をモデル化し、有限要素法によるシミュレーションを行う。そして、接触のアルゴリズムとしてペナルティ法及びコンストレイント法を用いて接触反力を求め、求めた接触反力から接触荷重、つまり、燃料荷重を求める。
【００５４】
なお、キャスク１１及び試験モデルの検証試験を実施するにあたって考慮すべき項目及び対応がある。即ち、図３及び図４にキャスク１１における系と試験モデルにおける系にて、接触及び隙間のモデル化チューニングを行なうにあたり、以下の物理量を一致させる必要がある。
（１）キャスク１１内への入力荷重特性（本体加速度特性）を一致させる。本体加速度最大値、内部構造を無視した場合、衝突速度と衝突面の剛性の比で最大加速度が決まる。このため、試験モデルでは、衝突面の剛性を調整する。詳細は、両者FEM解析結果の比較により検討する。本体加速度周期は、本体質量と衝突面の剛性の比で定まる。このため、試験モデルでは、先に述べたように衝突面に剛性を調整する。
（２）バスケット剛性及び質量を一致させる。FEM解析結果の比較により、試験モデルバスケット構造を定める。
（３）燃料の剛性及び質量を一致させる。
（４）隙間量を一致させる。
【００５５】
そして、キャスクモデル解析処理Ｐ１及び試験モデル解析処理Ｐ２により本体加速度、燃料ひずみ分布、バスケット変位、バスケット加速度、燃料荷重がそれぞれを求まると、処理データ比較判定処理Ｐ３にて、キャスクモデル解析処理Ｐ１の処理データと試験モデル解析処理Ｐ２の処理データとを比較してデータが適正であるかどうか、つまり、両者が一致しているかどうかを判定する。そして、両者のデータが一致していなければ、試験モデル解析処理Ｐ２で使用する試験モデルの設計データを見直し、再度、試験モデル解析処理Ｐ２により本体加速度、燃料ひずみ分布、バスケット変位、バスケット加速度、燃料荷重を求め、処理データ比較判定処理Ｐ３にて、キャスクモデル解析処理Ｐ１の処理データと比較する。
【００５６】
ここでは、キャスクモデル解析処理Ｐ１の処理データと試験モデル解析処理Ｐ２の処理データとが一致するまで、試験モデル解析処理Ｐ２の処理データを見直し、両者が一致したら、試験モデル構造策定処理Ｐ４にて、処理データ比較判定処理Ｐ３の判定結果に基づいて試験モデルの設計データを策定するものである。即ち、キャスクモデル解析処理Ｐ１の処理データと試験モデル解析処理Ｐ２の処理データとが一致したときの燃料荷重をベースとして、試験モデル（燃料、バスケット、容器、落下面）の設計データを確定する。
【００５７】
このように試験モデル構造策定処理Ｐ４により試験モデルの設計データが策定されると、図５に示すように、落下試験モデル評価処理Ｐ５は、この試験モデルの設計データに基づいて試験モデルを製作し、製作した試験モデルの落下評価試験を行い、評価モデル構築処理Ｐ６は、この落下評価試験データを検証してキャスク落下試験の評価モデルを構築する。
【００５８】
ここで、図６に示すように、製作された試験モデル５１は、キャスク１１の燃料集合体２９に対応する燃料５２と、バケット１４に対応するバケット５３と、容器１２に対応する容器５４とから構成され、燃料５２とバケット５３と容器５４との間には所定の隙間が確保されている。この場合、燃料集合体２９は複数の燃料棒からなるものであるが、この燃料集合体２９を一体化された一つの燃料としてモデル化する。そして、図７−１に示すように、試験モデル５１を転倒したとき、図７−２に示すように、試験モデル５１を垂直落下させたとき、図７−３に示すように、試験モデル５１を水平落下させたときの落下評価試験を実行する。
【００５９】
上述したように、落下試験モデル評価処理Ｐ５は、試験モデル５１の落下評価試験を行うものであるが、実際には、荷重評価試験Ｐ７とひずみ評価試験Ｐ８を実行する。図５に示すように、線形モデルとしての荷重評価試験Ｐ７では、試験モデル５１を、落下面としてのコンクリート、架台、緩衝体に対して転倒、垂直落下、水平落下させたときの荷重を計測して評価する。一方、非線形モデルとしてのひずみ評価試験Ｐ８では、同様に、試験モデル５１を、落下面としてのコンクリート、架台、緩衝体に対して転倒、垂直落下、水平落下させたときの荷重を計測して評価する。
【００６０】
具体的には、荷重評価試験Ｐ７の試験結果から衝突時の隙間量と燃料荷重と本体加速度を求める一方、ひずみ評価試験Ｐ８の試験結果から衝突時の隙間量と燃料荷重と本体加速度と燃料ひずみを求める。そして、それぞれの衝突時の隙間量を検証解析処理Ｐ１０に初期条件として出力する一方、それぞれの燃料荷重と本体加速度を評価試験判定処理Ｐ９に出力する。この評価試験判定処理Ｐ９では、荷重評価試験Ｐ７及びひずみ評価試験Ｐ８の試験データとしての燃料荷重と本体加速度と、試験モデル構造策定処理Ｐ４で試験モデルが策定された条件での試験モデル解析処理Ｐ２の処理データ（燃料荷重と本体加速度）とを比較して試験モデルの燃料荷重を確定する。
【００６１】
この場合、荷重評価試験Ｐ７及びひずみ評価試験Ｐ８で得られた燃料荷重及び本体加速度と試験モデル解析処理Ｐ２での燃料荷重及び本体加速度が一致したときには、試験モデル構造策定処理Ｐ４で策定した試験モデルが適正である判定する。一方、荷重評価試験Ｐ７及びひずみ評価試験Ｐ８で得られた燃料荷重及び本体加速度と試験モデル解析処理Ｐ２での燃料荷重及び本体加速度が一致しないときには、検証解析処理Ｐ１０にて、試験モデル解析処理Ｐ２の処理データを繰り返し見直した後、再び、評価試験判定処理Ｐ９にて、比較判定処理を実行し、両者が一致したら試験モデルの燃料荷重を確定する。
【００６２】
試験モデルの燃料荷重が確定したら、燃料被覆管解析処理Ｐ１１では、この燃料荷重に基づいて、落下面としてのコンクリート、架台、緩衝体に対して転倒、垂直落下、水平落下させたモデル解析を行って試験モデル５１の燃料ひずみを算出する。そして、燃料ひずみ判定処理Ｐ１２にて、この解析した試験モデル５１の燃料ひずみとひずみ評価試験Ｐ８で求めた燃料ひずみを比較して試験モデルの燃料ひずみを確定する。
【００６３】
この場合、燃料被覆管解析処理Ｐ１１で解析した試験モデル５１の燃料ひずみとひずみ評価試験Ｐ８で求めた燃料ひずみが一致したときには、解析した試験モデル５１の燃料ひずみが適正である判定する。一方、燃料被覆管解析処理Ｐ１１で解析した試験モデル５１の燃料ひずみとひずみ評価試験Ｐ８で求めた燃料ひずみが一致しないときには、燃料被覆管解析処理Ｐ１１にて、解析した試験モデル５１の燃料ひずみを繰り返し見直した後、再び、燃料ひずみ判定処理Ｐ１２にて、比較判定処理を実行し、両者が一致したら試験モデルの燃料ひずみを確定する。
【００６４】
上述のように各種の処理を行って燃料荷重及び燃料ひずみを確定することで、キャスク１１の評価モデルが構築される。そして、構築された評価モデルを用いてキャスク１１の健全性を評価する。
【００６５】
以下、上述したキャスクの落下評価モデルの構築システムで構築した評価モデルを用いたキャスクの落下評価システムの各種処理について説明する。
【００６６】
キャスクの落下評価システムにおいて、図８に示すように、まず、キャスク落下解析処理Ｐ２１では、キャスクの落下評価モデルの構築システムで構築した評価モデルと、荷重評価試験Ｐ７及びひずみ評価試験Ｐ８により得られた衝突時の隙間量を取り込み、キャスク１１を、落下面としてのコンクリート、架台、緩衝体に対して転倒、垂直落下、水平落下させたときの荷重をモデル解析し、燃料荷重として出力する。
【００６７】
次に、燃料ひずみ評価解析処理Ｐ２２では、キャスクの落下評価モデルの構築システムで構築した評価モデルを用い、燃料（燃料集合体２９）を、落下面としてのコンクリート、架台、緩衝体に対して転倒、垂直落下、水平落下させたときのひずみをモデル解析し、燃料被覆管ひずみとして出力する。
【００６８】
燃料ひずみ比較判定処理Ｐ２３では、燃料ひずみ評価解析処理Ｐ２２により求めた燃料被覆管ひずみと予め設定された燃料被覆管破断ひずみを比較することで、燃料の健全性を評価する。即ち、燃料ひずみ評価解析処理Ｐ２２により求めた燃料被覆管ひずみが予め設定された燃料被覆管破断ひずみより小さければ、設計されたキャスク１１における燃料は十分に健全であると判定し、キャスク１１を評価する。一方、燃料ひずみ評価解析処理Ｐ２２により求めた燃料被覆管ひずみが予め設定された燃料被覆管破断ひずみ以上であれば、設計されたキャスク１１における燃料に十分な健全性が認められないとして、解析条件としての落下高さや落下面の剛性を見直す。
【００６９】
即ち、キャスクの落下評価モデルの構築システムで適正に構築された評価モデルを用いてキャスクの落下評価システムを実行した場合、キャスク１１における燃料の健全性が評価されたときには、図１１に示すように、設計された中間貯蔵施設４１でのキャスク１１の移送環境に大きな問題はないと評価される。一方、キャスク１１における燃料の健全性が評価されなかったときには、設計された中間貯蔵施設４１でのキャスク１１の移送環境に問題があると評価されるため、キャスク移送用クレーン５０によるキャスク１１の移送時の安全性を十分に確保する目的で、クレーン吊り上げ高さを低くしたり、設置床４２及び天井壁４３に緩衝材を配置するなどの対策を実行する。
【００７０】
このように本実施例のキャスクの落下評価モデルの構築システムにあっては、キャスクの設計データと落下姿勢と落下面剛性に基づいてキャスク落下状態をモデル解析すると共に、キャスクを燃料単体とした試験モデルの設計データと落下姿勢と落下面剛性に基づいて試験モデル落下状態をモデル解析し、このキャスクモデル解析処理データと試験モデル解析処理データとを比較して試験モデルの設計データを策定し、この試験モデルの設計データに基づいて製作された試験モデルの落下評価試験を行い、この落下評価試験データと試験モデル解析処理データとを比較してキャスク落下試験の評価モデルを構築するようにしている。
【００７１】
従って、実機となるキャスクに対する試験モデルを製作してモデル解析した試験モデル解析処理データと、この試験モデルの落下評価試験を行った得られた落下評価試験データとに基づいてキャスク落下試験の評価モデルを構築するため、キャスク落下試験時における燃料の健全性を適正に評価ための評価モデルを適正に構築することができる。
【００７２】
また、本実施例のキャスクの落下評価システムにあっては、上述したキャスクの落下評価モデルの構築システムを用いてキャスク落下試験時における燃料の健全性を評価するようにしている。
【００７３】
従って、適正に構築された落下試験の評価モデルを用いることで、キャスク落下試験時における燃料の健全性を適正に評価することができ、実機としてのキャスクの燃料の健全性に係る対策を的確にとることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明に係るキャスクの落下評価モデルの構築システム及びキャスクの落下評価システムは、キャスクに対して燃料単体とした試験モデルを製作し、この試験モデルの設計データと落下評価試験データとを比較してキャスク落下試験の評価モデルを構築し、このキャスクの落下試験の評価モデルを用いてキャスク落下試験時における燃料の健全性を評価するものであり、いずれの種類のキャスクにも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の一実施例に係るキャスクの落下評価モデルの構築システムの処理ブロックを表す概略図である。
【図２】キャスクモデル解析処理及び試験モデル解析処理から試験モデル構造策定処理までの処理を表すフローチャートである。
【図３】キャスクモデルの系統図である。
【図４】試験モデルの系統図である。
【図５】落下試験モデル評価処理及び評価モデル構築処理を表すフローチャートである。
【図６】試験モデルの断面図である。
【図７−１】試験モデルの転倒試験を表す説明図である。
【図７−２】試験モデルの垂直落下試験を表す説明図である。
【図７−３】試験モデルの水平落下試験を表す説明図である。
【図８】本実施例のキャスクの落下評価システムの処理ブロックを表す概略図である。
【図９】キャスクの一部断面概略図である。
【図１０】キャスクの水平断面図である。
【図１１】キャスクを貯蔵するための中間貯蔵施設を表す概略図である。
【符号の説明】
【００７６】
１１  キャスク
１２  胴本体（容器）
１４  バスケット
２２  蓋部
２９  燃料集合体（燃料）
４１  貯蔵施設
４２  設置床
４８  搬入用ピット
５０  キャスク移送用クレーン
５１  試験モデル
Ｐ１  キャスクモデル解析処理
Ｐ２  試験モデル解析処理
Ｐ３  処理データ比較判定処理
Ｐ４  試験モデル構造策定処理
Ｐ５  落下試験モデル評価処理
Ｐ６  評価モデル構築処理
Ｐ７  荷重評価試験
Ｐ８  ひずみ評価試験
Ｐ９  評価試験判定処理
Ｐ１０  検証解析処理
Ｐ１１  燃料被覆管解析処理
Ｐ１２  燃料ひずみ判定処理
【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７−１】
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【図７−２】
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【図７−３】
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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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