(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射性物質が収容されるセルが複数設けられたバスケットを備えた放射性物質格納容器において、前記バスケットは、断面視矩形で筒状のセルが組み合わされて構成され、前記バスケットの下部には流体流路が前記複数のセルを連通するように設けられ、同放射性物質格納容器の底部が仕切板により仕切られた二重構造とされ、前記仕切板より上方のバスケット室に前記バスケットが収納されるとともに、前記仕切板より下方の連通室が前記流体流路とされ、前記仕切板には、前記バスケット室と前記連通室とを連通する開口部が設けられて、前記放射性物質格納容器の壁部と前記バスケットとの間の隙間に同隙間の形状に合わせた筒状のスペーサが高さ方向を向いて設けられ、前記流体流路は、さらに前記スペーサの下部と前記セル下部とを連通するように設けられていることを特徴とする放射性物質格納容器。
【請求項２】
放射性物質が収容されるセルが複数設けられたバスケットを備えた放射性物質格納容器において、前記バスケットは、板状部材が格子状に組み合わされて構成され、前記バスケットの下部には流体流路が前記複数のセルを連通するように設けられ、同放射性物質格納容器の底部が仕切板により仕切られた二重構造とされ、前記仕切板より上方のバスケット室に前記バスケットが収納されるとともに、前記仕切板より下方の連通室が前記流体流路とされ、前記仕切板には、前記バスケット室と前記連通室とを連通する開口部が設けられて、前記放射性物質格納容器の壁部と前記バスケットとの間の隙間に同隙間の形状に合わせた筒状のスペーサが高さ方向を向いて設けられ、前記流体流路は、さらに前記スペーサの下部と前記セル下部とを連通するように設けられていることを特徴とする放射性物質格納容器。
【請求項３】
放射性物質が収容されるセルが複数設けられたバスケットを備えた放射性物質格納容器において、前記バスケットは、断面視矩形で筒状のセルが組み合わされて構成され、前記バスケットの下部には流体流路が前記複数のセルを連通するように設けられ、前記セルは壁部に囲まれて構成され、該壁部の下部には、前記流体流路を形成するための側方向に開口する開口部が設けられており、前記放射性物質格納容器の壁部と前記バスケットとの間の隙間に同隙間の形状に合わせた筒状のスペーサが高さ方向を向いて設けられ、前記スペーサの下部側壁に側方向に開口する開口部が設けられ、前記流体流路は、さらに前記スペーサの下部と前記セル下部とを連通するように設けられていることを特徴とする放射性物質格納容器。
【請求項４】
放射性物質が収容されるセルが複数設けられたバスケットを備えた放射性物質格納容器において、前記バスケットは、板状部材が格子状に組み合わされて構成され、前記バスケットの下部には流体流路が前記複数のセルを連通するように設けられ、前記セルは壁部に囲まれて構成され、該壁部の下部には、前記流体流路を形成するための側方向に開口する開口部が設けられており、前記放射性物質格納容器の壁部と前記バスケットとの間の隙間に同隙間の形状に合わせた筒状のスペーサが高さ方向を向いて設けられ、前記スペーサの下部側壁に側方向に開口する開口部が設けられ、前記流体流路は、さらに前記スペーサの下部と前記セル下部とを連通するように設けられていることを特徴とする放射性物質格納容器。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の放射性物質格納容器の高さ方向に沿って離間した複数箇所に温度測定器を設け、同放射性物質格納容器の高さ方向に沿った温度分布を、同放射性物質格納容器の外側から測定し、測定された温度分布の変化に基づいて同放射性物質格納容器に充填された流体の漏洩を監視する温度監視手段を設けたことを特徴とする放射性物質格納容器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、使用済み核燃料や放射性廃棄物などの放射性物質を貯蔵する際に容器として使用される放射性物質格納容器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
原子炉で所定の燃料を終えた核燃料集合体、いわゆる使用済み核燃料集合体は、原子力発電所の冷却ピットで所定期間冷却された後、貯蔵用のキャスクに収容されて長期貯蔵される。
図５はキャスクの構成を示す部分断面斜視図であり、図中の符号の１０はコンクリートキャスク、２０はコンクリートキャスク１０内に収容されたキャニスタである。コンクリートキャスク１０は厚いコンクリート壁により放射線を遮蔽する構成となっており、内部にキャニスタ２０を収容する空洞が設けられている。この空洞には、空気導入口１２と空気排出口１３とが開口している。また、符号１４は蓋である。
キャニスタ２０は、有底円筒形の収納容器であり、内部に使用済み核燃料集合体（以後、核燃料集合体と呼ぶ）５を所定位置に収納するためのバスケット２１が収納されている。またその開口には遮蔽ブロック２２，一次蓋２３，二次蓋２４が設けられ、密閉可能となっている。なお、遮蔽ブロック２２と一次蓋２３とが一体の構造のキャニスタもある。
【０００３】
バスケット２１は、細長い使用済み核燃料集合体５を多数キャニスタ２０内部に収容できるようにした構造体で、細長い筒状のセル２６により構成され、各セル２６に核燃料集合体５が収容されている。核燃料集合体５は、上端の上部ノズル３０と下端の下部ノズル３１との間に多数の燃料棒３２が収容されたものである。下部ノズル３１は図６のように四隅に脚３３が設けられ、底面がキャニスタ２０底面に密着しないようになっている。断面視矩形のセル２６を組み合わせてなるバスケット２１と断面視円形のキャニスタ２０との間には隙間が生ずるが、この隙間には安定性と熱伝導の向上のため図６に示すように筒状のスペーサ３５が設けられている。このスペーサ３５は図６に示すように同隙間の形状に合わせた筒状でキャニスタ２０の壁部とバスケット２１双方に接する形状となっている。なお、バスケット２１の上端とキャニスタ２０の遮蔽ブロック２２との間には隙間３６が形成されている。また、キャニスタの漏洩検知法として温度計測する方法が開示されている。（特許文献１参照）
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２０２４００号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、核燃料集合体５は発熱を続けており、熱伝導によって放熱される構造となっている。しかしながら、熱伝導のみでは放熱効率が悪く、核燃料集合体５が局所的に過熱してしまうおそれがあるという問題があった。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、放熱効率を向上させることができる放射性物質格納容器を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、放射性物質が収容されるセルが複数設けられたバスケットを備えた放射性物質格納容器において、前記バスケットは、断面視矩形で筒状のセルが組み合わされて構成され、前記バスケットの下部には流体流路が前記複数のセルを連通するように設けられ、同放射性物質格納容器の底部が仕切板により仕切られた二重構造とされ、前記仕切板より上方のバスケット室に前記バスケットが収納されるとともに、前記仕切板より下方の連通室が前記流体流路とされ、前記仕切板には、前記バスケット室と前記連通室とを連通する開口部が設けられて、前記放射性物質格納容器の壁部と前記バスケットとの間の隙間に同隙間の形状に合わせた筒状のスペーサが高さ方向を向いて設けられ、前記流体流路は、さらに前記スペーサの下部と前記セル下部とを連通するように設けられていることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、放射性物質が収容されるセルが複数設けられたバスケットを備えた放射性物質格納容器において、前記バスケットは、板状部材が格子状に組み合わされて構成され、前記バスケットの下部には流体流路が前記複数のセルを連通するように設けられ、同放射性物質格納容器の底部が仕切板により仕切られた二重構造とされ、前記仕切板より上方のバスケット室に前記バスケットが収納されるとともに、前記仕切板より下方の連通室が前記流体流路とされ、前記仕切板には、前記バスケット室と前記連通室とを連通する開口部が設けられて、前記放射性物質格納容器の壁部と前記バスケットとの間の隙間に同隙間の形状に合わせた筒状のスペーサが高さ方向を向いて設けられ、前記流体流路は、さらに前記スペーサの下部と前記セル下部とを連通するように設けられていることを特徴とする。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、放射性物質が収容されるセルが複数設けられたバスケットを備えた放射性物質格納容器において、前記バスケットは、断面視矩形で筒状のセルが組み合わされて構成され、前記バスケットの下部には流体流路が前記複数のセルを連通するように設けられ、前記セルは壁部に囲まれて構成され、該壁部の下部には、前記流体流路を形成するための側方向に開口する開口部が設けられており、前記放射性物質格納容器の壁部と前記バスケットとの間の隙間に同隙間の形状に合わせた筒状のスペーサが高さ方向を向いて設けられ、前記スペーサの下部側壁に側方向に開口する開口部が設けられ、前記流体流路は、さらに前記スペーサの下部と前記セル下部とを連通するように設けられていることを特徴とする。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、放射性物質が収容されるセルが複数設けられたバスケットを備えた放射性物質格納容器において、前記バスケットは、板状部材が格子状に組み合わされて構成され、前記バスケットの下部には流体流路が前記複数のセルを連通するように設けられ、前記セルは壁部に囲まれて構成され、該壁部の下部には、前記流体流路を形成するための側方向に開口する開口部が設けられており、前記放射性物質格納容器の壁部と前記バスケットとの間の隙間に同隙間の形状に合わせた筒状のスペーサが高さ方向を向いて設けられ、前記スペーサの下部側壁に側方向に開口する開口部が設けられ、前記流体流路は、さらに前記スペーサの下部と前記セル下部とを連通するように設けられていることを特徴とする。
【００１６】
請求項１、２に記載の発明によれば、バスケット底部が仕切板により仕切られ二重構造とされて仕切板より上方のバスケット室に複数のセルを設けたバスケットが収納され、仕切板に開口部が設けられることで、バスケット下部に複数のセルを連通する流体流路が設けられ、請求項３、４に記載の発明によれば、バスケットの複数のセルの壁部の下部に側方向に開口する開口部が設けられることで、バスケット下部に複数のセルを連通する流体流路が設けられる。そして共に、バスケットと放射性物質格納容器の壁部との間の隙間に同隙間の形状に合わせた筒状のスペーサを高さ方向に設けて隙間を埋め、その内部に流体を通過させることで、放射性物質格納容器内部の流体が対流する流路を確保することができる。
すなわち、バスケットと放射性物質格納容器壁部との間の隙間を埋めるためのスペーサの内部にガス等流体を通過させることで、流体を対流させる。スペーサは隙間の形状に合わせた筒状で放射性物質格納容器の壁部に接して外周に面しているため、冷却されやすく、スペーサ内部の流体は下方に移動し、前記流体流路を経てセルに流入する。セルでは流体が加熱されて上昇し、再びスペーサ内部に流入する。
【００１７】
このため、放射性物質格納容器内で対流が行われ、放射性物質の局所的な過熱を防止することができる。
【００１９】
そして、本発明は、断面視矩形で筒状のセルを組み合わせてなるバスケットと、板状部材を格子状に組み合わされてなるバスケットとに適用可能である。
【００２０】
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の放射性物質格納容器の高さ方向に沿って離間した複数箇所に温度測定器を設け、同放射性物質格納容器の高さ方向に沿った温度分布を、同放射性物質格納容器の外側から測定し、測定された温度分布の変化に基づいて同放射性物質格納容器に充填された流体の漏洩を監視する温度監視手段を設けたことを特徴とする放射性物質格納容器である。
請求項５に記載の発明によれば、さらに、放射性物質格納容器の高さ方向の温度分布の変化に基づいてヘリウム等の封入ガス等、容器に充填された流体の漏洩を監視する温度監視手段を設けたことにより、容器本体の温度勾配を検出して、容器内の急激な温度変化を検出でき、容器からの流体の漏洩を検出することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、従来と同一の構成については同一の符号を用い、その説明を省略する。
図１において、符号４０は本発明の放射性物質格納容器の実施形態にかかるキャニスタである。キャニスタ４０は、有底円筒形の収納容器であり、放射性物質としての核燃料集合体５を内部の所定位置に収納するためのバスケット４１が収納されている。またその開口には遮蔽ブロック２２，一次蓋２３，二次蓋２４が設けられ、密閉可能となっている（図５参照）。また、バスケット４１の上端と遮蔽ブロック２２との間には隙間３６が形成されている（図５参照）。
【００２２】
バスケット４１は、細長い使用済み核燃料集合体５を多数キャニスタ４０内部に収容できるようにした構造体で、上部が開放された細長い筒状のセル（収容室）４２により構成され、各セル４２に核燃料集合体５が収容されている。断面視矩形のセル４２を組み合わせてなるバスケット４１と断面視円形のキャニスタ４０の壁部４０ａとの間には隙間が生ずるが、この隙間には筒状のスペーサ４５が設けられている。このスペーサ４５は図１に示すように同隙間の形状に合わせた筒状でキャニスタ４０の壁部４０ａとバスケット４１双方に接する形状となっている。
【００２３】
さて、バスケット４１の各セル４２の各側壁下端部には、側方向に開口する孔（開口部）４７が形成されている。また、スペーサ４５の下端部にも孔（開口部）４８が形成されている。これら孔４７，４８により、後述するヘリウムガスが流動する流体流路が構成されている。
【００２４】
さて、このように構成されたキャニスタ４０では、バスケット４１内部に核燃料集合体５を収容し、さらにキャニスタ４０内部に高圧のヘリウムガスを充填して蓋をして密封する。キャニスタ４０はキャスク１０に収容する。
キャニスタ４０を密封することで放射能物質の漏出を防ぎ、さらに厚い壁を有するキャスク１０内にキャニスタ４０を収容することで放射線を遮蔽する。
【００２５】
核燃料集合体５は、発熱しつづけるが、キャニスタ４０内に充填されたヘリウムガスがキャニスタ４０内部で対流し、キャニスタ４０内が局所的に高温になることが防止される。このとき、セル４２およびスペーサ４５の下部に孔４７，４８が形成されていることにより、この孔４７，４８にヘリウムガスが図１の矢印のように流動し、対流が速やかに行われる。
キャニスタ４０とキャスク１０との間には、下方の空気導入口１２から空気が導入され、上方の空気排出口１３から排気される。この空気はキャニスタ４０の周囲を冷却することで、図１（ａ）のようにスペーサ４５内の空気が下降し、キャニスタ４０下部で中心方向に移動してセル４２内に流入する。セル４２内ではヘリウムガスは熱せられて上昇し、隙間３６を通って再びスペーサ４５に流入して対流が行われる。
このようにして本実施形態のキャニスタ４０では核燃料集合体５の局所的な温度上昇を効率よく防止することができる。
さらに、上記のように対流させると、キャニスタ４０の上部が比較的温度が高くなる。キャニスタ４０に漏れが生ずるとヘリウムガスの圧力が下がり、対流による熱除去性能が低下し、キャニスタ４０の高さ方向中央部が温度が上昇する。したがって、キャニスタ４０の温度を監視することで、キャニスタ４０の漏れを検出することができる。
なお、上記においてはセル４２には図２（ａ）のような孔を設けたが、図２（ｂ）の孔４７’のようにより上方に設けてもよい。
【００２６】
次に、第２実施形態について説明する。なお、上記第１の実施形態と同一の構成については同一の符号を用いてその説明を省略する。
図３において、符号５０は本実施形態に係るキャニスタである。キャニスタ５０は、有底円筒形の収納容器であり、内部に核燃料集合体５を所定位置に収納するためのバスケット５１が収納されている。またその開口には遮蔽ブロック２２、一次蓋２３（遮蔽ブロック２２と一次蓋２３とが一体の構造もある）、二次蓋２４が設けられ、密閉可能となっている（図５参照）。
【００２７】
バスケット５１は、細長い使用済み核燃料集合体５を多数キャニスタ５０内部に収容できるようにした構造体で、上部が開放された細長い筒状のセル（収容室）５２により構成され、各セル５２に核燃料集合体５が収容されている。断面視矩形のセル５２を組み合わせてなるバスケット５１と断面視円形のキャニスタ５０の壁部５０ａとの間には隙間が生ずるが、この隙間には筒状のスペーサ５５が設けられている。このスペーサ５５は図６のスペーサ３５と同様に、同隙間の形状に合わせた筒状でキャニスタ５０の壁部５０ａとバスケット５１双方に接する形状となっている。
【００２８】
キャニスタ５０の底部は仕切板５７により仕切られた二重構造とされ、仕切板５７より上方のバスケット室５８に前記バスケット５１が収納されるとともに、仕切板５７より下方の通風路（連通室）５９が流体流路とされ、前記仕切板５７には、バスケット室５８と連通室５９とを連通する開口部５７ａが設けられている。開口部５７ａは、各セル５２およびスペーサ５５の直下に設けられている。
【００２９】
さて、このように構成されたキャニスタ５０では、バスケット５１内部に核燃料集合体５を収容し、さらにキャニスタ５０内部に高圧のヘリウムガスを充填して蓋をして密封する。キャニスタ５０はキャスク１０に収容する。
キャニスタ５０を密封することで放射能物質の漏出を防ぎ、さらに厚い壁を有するキャスク１０内にキャニスタ５０を収容することで放射線を遮蔽する。
【００３０】
核燃料集合体５は、貯蔵の間発熱しつづけるが、キャニスタ５０内に充填されたヘリウムガスがキャニスタ５０内部で対流し、キャニスタ５０内が局所的に高温になることが防止される。このとき、連通室５９にヘリウムガスが図３の矢印のように流動し、対流が速やかに行われる。
キャニスタ５０とキャスク１０との間には、下方の空気導入口１２から空気が導入され、上方の空気排出口１３から排気される。この空気はキャニスタ５０の周囲を冷却することで、図３のようにスペーサ５５内の空気が下降し、連通室５９にて中心方向に移動して各セル５２に入り込み、セル５２内に流入する。セル５２内ではヘリウムガスは熱せられて上昇し、隙間３６（図５参照）を通って再びスペーサ５５に流入して対流が行われる。
【００３１】
なお、上記においてはバスケットが複数のセルにより構成されているセル型の場合を示したが、図４に示すように、板状部材６８に設けたスリット６９を係合させて縦横交互に結合することで核燃料集合体５を挿入する格子状断面としてもよい。この場合、上記第１の実施形態に相当する開口部として、図４のように孔７０を形成すればよい。
【００３２】
このようにして本実施形態のキャニスタ５０では核燃料集合体５の局所的な温度上昇を効率よく防止することができる。
さらに、上記のように対流させると、キャニスタ５０の上部が比較的温度が高くなる。キャニスタ５０に漏れが生ずるとヘリウムガスの圧力が下がり、対流による熱除去性能が低下し、キャニスタ５０の高さ方向中央部が温度が上昇する。したがって、キャニスタ５０の温度を監視することで、キャニスタ５０の漏れを検出することができる。
【００３３】
コンクリートキャスク１０に収納されているキャニスタ４０の健全性を監視する監視装置について更に具体的に説明する。
放射性物質貯蔵システムの一部を構成する監視装置６０は、キャニスタ４０の高さ方向に沿った温度分布を測定する温度測定器を備え、温度測定器によって測定された温度分布の変化を検出することにより、キャニスタ５０からのヘリウムの漏洩の有無、すなわち、健全性を監視する。
【００３４】
図７に示すように、監視装置６０は、温度測定器として、コンクリートキャスク１０の容器内でキャニスタ４０の容器本体の外周面に設けられた複数の熱電対６２を備えている。これらの熱電対６２は、キャニスタ外周面の高さ方向、つまり、軸方向、に沿って互いに離間した複数箇所、例えば、キャニスタの上部、中間部、および下部を含む８箇所にそれぞれ設けられている。そして、これらの熱電対６２は、コンクリートキャスク１０の外部に配設された検出器６４に電気的に接続されている。
【００３５】
なお、監視装置６０の温度測定器は、キャニスタ４０上部の温度を測定する熱電対として、上記複数の熱電対６２に加え、キャニスタ４０の蓋部、例えば、二次蓋５２の外面中央部の温度を測定する熱電対を含んでいてもよい。
【００３６】
これによれば、キャニスタ４０の貯蔵期間中、監視装置６０によってキャニスタ４０の健全性を監視する。すなわち、監視装置６０は、複数の熱電対６２によりキャニスタ４０の高さ方向に沿った各位置での温度を測定する。そして、検出器６４は、熱電対６２によって測定された各温度から、キャニスタ４０の高さ方向に沿った温度分布を検出する。ここで、キャニスタ５０に漏れが生ずるとヘリウムガスの圧力が下がり、対流による熱除去性能が低下し、キャニスタ５０の高さ方向中央部の温度が対流のあるときと比較して急激に上昇する。したがって、キャニスタ５０の温度を監視することで、キャニスタ５０の漏れを容易に検出することができる。なお、温度検出方法としては上記以外に図示しないファイバーブラッググレーテイング法でも良い。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明においては以下の効果を得ることができる。
請求項１、２に記載の発明によれば、バスケット底部が仕切板により仕切られ二重構造とされて仕切板より上方のバスケット室に複数のセルを設けたバスケットが収納され、仕切板に開口部が設けられることで、バスケット下部に複数のセルを連通する流体流路が設けられ、請求項３、４に記載の発明によれば、バスケットの複数のセルの壁部の下部に側方向に開口する開口部が設けられることで、バスケット下部に複数のセルを連通する流体流路が設けられる。そして共に、バスケットと放射性物質格納容器の壁部との間の隙間に同隙間の形状に合わせた筒状のスペーサを高さ方向に設けて隙間を埋め、その内部に流体を通過させることで、放射性物質格納容器内部の流体が対流する流路を確保することができる。
すなわち、バスケットと放射性物質格納容器壁部との間の隙間を埋めるためのスペーサの内部にガス等流体を通過させることで、流体を対流させる。スペーサは隙間の形状に合わせた筒状で放射性物質格納容器の壁部に接して外周に面しているため、冷却されやすく、スペーサ内部の流体は下方に移動し、前記流体流路を経てセルに流入する。セルでは流体が加熱されて上昇し、再びスペーサ内部に流入する。
このため、放射性物質格納容器内で対流が行われ、放射性物質の局所的な過熱を防止することができる。
そして、本発明は、断面視矩形で筒状のセルを組み合わせてなるバスケットと、板状部材を格子状に組み合わされてなるバスケットとに適用することができる。
請求項５に記載の発明によれば、さらに、放射性物質格納容器の高さ方向に沿って離間した複数箇所に温度測定器を設け、同容器の高さ方向に沿った温度分布を、容器の外側から測定し、測定された温度分布の変化に基づいてヘリウム等の封入ガス等、容器に充填された流体の漏洩を監視する温度監視手段を設けたことにより、同容器の温度勾配を検出して、容器内の急激な温度変化を検出でき、容器からの流体の漏洩を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態として示したキャニスタを示した図であり、（ａ）は下部縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＩ−Ｉ線に沿った横断面図である。
【図２】同実施形態の変形例を示した図である。
【図３】本発明の第２の実施形態として示したキャニスタを示した下部縦断面図である。
【図４】本発明の実施形態の変形例を示した図である。
【図５】キャニスタを収容したキャスクを示した一部を破断した斜視図である。
【図６】従来のキャニスタを示した図であり、（ａ）は下部縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＩＩ−ＩＩ線に沿った横断面図である。
【図７】本発明の実施形態のキャニスタを収容したキャスクの縦断面図である。
【符号の説明】
５…核燃料集合体
４０，５０…キャニスタ
４１，５１…バスケット
４２，５２…セル（収容室）
４５，５５…スペーサ
４７，４８…孔（開口部）
５７…仕切板
５７ａ…開口部
５８…バスケット室
５９…通風路（連通室）
【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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