(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
輸送可能な核燃料容器であって、前記容器は、内側に遮へい部（２０，１２０）を備えた外側容器（１，１００）を含み、前記遮へい部（２０，１２０）は断熱材料より形成されるとともに内側凹部を画定し、前記内側凹部は複数のスリーブ要素（１５０）により一連のチャンバ（３２）に分割されており、前記各チャンバ（３２）は前記外側容器（１，１００）に着脱可能に固定された蓋（８，１０８）を介してアクセス可能であり、前記スリーブ要素（１５０）の各々は、その周囲が中性子吸収材にて包囲されており、前記中性子吸収材は前記各スリーブ要素（１５０）の外側であって前記内側凹部の全量を満たしており、前記内側凹部は使用時には各々が前記スリーブ要素（１５０）に収容される複数の燃料容器（３６，１５２）を受承する、輸送可能な容器。
【請求項２】
前記中性子吸収材は樹脂である請求項１に記載の輸送可能な容器。
【請求項３】
前記樹脂は製造時に液体として前記スリーブ要素（１５０）の周りに導入される請求項２に記載の輸送可能な容器。
【請求項４】
前記燃料容器は（３６，１５２）は３つ以上のスリーブ要素（１５０）内に収容される請求項１乃至３のいずれか１項に記載の輸送可能な容器。
【請求項５】
前記内側凹部は、３×３の配列で配置された９つのチャンバ（３２）に分割され、前記燃料容器（３６，１５２）は外周側のチャンバに供給され、かつ、中性子吸収材（３８）は、中心のチャンバと、１つ又はそれ以上のその他のチャンバとのうちの少なくとも一方に供給される請求項１乃至４のいずれか一項に記載の輸送可能な容器。
【請求項６】
前記遮へい部（２０，１２０）は、一連の分離した層にて、１つ又はそれ以上の基底層（２２，１２２）と、各壁部の１つ又はそれ以上の壁部層（２４，１２４）とのうちの少なくとも一方に備えられる請求項１乃至５のいずれか１項に記載の輸送可能な容器。
【請求項７】
前記断熱材料からなる遮へい部（２０，１２０）は更に中性子吸収材としても機能する請求項１乃至６のいずれか１項に記載の輸送可能な容器。
【請求項８】
前記内側凹部は９つの等しいチャンバ（３２）に分割される請求項１乃至７のいずれか１項に記載の輸送可能な容器。
【請求項９】
前記燃料容器（３６，１５２）は、１つ又はそれ以上のチャンバ（３２）に収容される円筒状のドラムを含む請求項１乃至８のいずれか１項に記載の輸送可能な容器。
【請求項１０】
前記燃料容器（３６，１５２）は前記外周側のチャンバの全てに供給されている請求項５乃至９のいずれか１項に記載の輸送可能な容器。
【請求項１１】
前記チャンバ（３２）の一つ以上には中性子吸収材（３８）が備えられている請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の輸送可能な容器。
【請求項１２】
前記中性子吸収材（３８）は、同中性子吸収材（３８）を収容する前記チャンバ（３２）の寸法と適合している、請求項１１に記載の輸送可能な容器。
【請求項１３】
前記スリーブ要素（１５０）は、その周縁部にて互いに離間している、請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の輸送可能な容器。
【請求項１４】
９つのスリーブ要素（１５０）が設けられている請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の輸送可能な容器。
【請求項１５】
３×３の配列で配置された９つのスリーブ要素（１５０）が設けられている請求項１４に記載の輸送可能な容器。
【請求項１６】
前記スリーブ要素（１５０）はステンレス鋼製のスリーブにより形成されている請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の輸送可能な容器。
【請求項１７】
前記スリーブ要素（１５０）は円形の断面である請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の輸送可能な容器。
【請求項１８】
前記スリーブ要素（１５０）の内径は前記燃料容器（３６，１５２）の外径と等しい請求項１乃至１７のいずれか１項に記載の輸送可能な容器。
【請求項１９】
前記チャンバ（３２）は固定して配置されるとともに、互いに分離されている請求項１乃至１８のいずれか１項に記載の輸送可能な容器。
【請求項２０】
前記燃料容器（３６，１５２）には着脱可能な蓋（８，１０８）が設けられており、前記蓋（８，１０８）の解放機構は空間を最小限にするために、シールされた状態では前記容器（３６，１５２）の平面形状内に包含されている請求項１乃至１９のいずれか１項に記載の輸送可能な容器。
【請求項２１】
前記蓋（８，１０８）には遮へい層が設けられている請求項１乃至２０のいずれか１項に記載の輸送可能な容器。
【請求項２２】
燃料は照射を受けていない濃縮ウランである請求項１乃至２１のいずれか１項に記載の輸送可能な容器。
【請求項２３】
請求項１乃至２２のいずれか一項に記載の容器に核燃料を載置することを含む、核燃料の輸送及び保存の少なくとも一方を行うための方法。
【発明の詳細な説明】
本発明は燃料の輸送における改良に関し、より詳細には、濃縮核燃料の輸送に関するものであるが、それのみに限定されるものではない。
濃縮ウラン又はその混合酸化物のような核燃料は、例えば濃縮地点及び燃料棒製造地点のような地点間を輸送する必要性がしばしば発生する。燃料は、通常、この段階ではペレット又は粉末状である。ある種のレベルの熱の遮へい及び構造強度が必要とされる国際的な基準が適用される。主要な問題点は臨界管理である。輸送容器内の濃縮燃料物質は、臨界状態が確実に起こらないように厳しく制限される必要がある。この唯一の要求があるために、任意の所定容量を有する輸送容器中にて輸送される燃料の量は厳格に制限される。この点に関し、核燃料の輸送は、他の放射性物質の輸送とは大きく異なる。放射性廃棄物はあまり濃縮されていないので、互いに接近した状態にて大容量を容易に輸送できる。これに対し、燃料集合体においては、燃料の容量は、燃料棒全体及びそれを支持する構造体の容量と比較して、非常に小さい。
現在のシステムは通常、全ての側面が１つ以上の木製の層を備える円筒状のドラムより構成され、同木製の部分は、濃縮燃料を含む１つのシリンダが配置される中央凹部を形成する。
燃料を含む内側ドラムの容量は、外側ドラムの容量と比較して非常に小さい。従って、燃料の輸送はかなりの範囲のスペースを必要とする。輸送工程を行う際に、この点に関して営利的に考慮する必要がある。加えて、ユニットが円筒状であることに伴う取り扱い及び安定性に関する問題が存在する。
本発明の第１の態様に従って、核燃料を輸送可能な容器が提供され、同容器は内面が遮へい部を備えた外側容器を含み、同遮へい部は内側に凹部を形成するとともに、同凹部は複数の燃料容器を収容し、燃料容器の内側の容量は外側容器の外側の容量の少なくとも５％である。
全体の容量に対して、この比率の燃料を格納できる容器は従来技術では達成得なかった。本発明は、この比率に到達可能である一方、要求される臨界、遮へい及び他の基準をも満たす。
燃料容器の内側の容量は、外側容器の外側の容量の少なくとも１０％であることが好ましい。少なくとも１５％、２０％又は２５％のレベルであると好ましい。少なくとも３０％、３５％のレベル、又は４０％のレベルさえも到達可能である。容器の全量に対して燃料の容量が増加することは、輸送に係るコスト及び強固な燃料容器を供給することに関するキャピタルコストを削減できるので重要である。
外側容器は、好ましくは鋼鉄から形成され、最も好ましくはステンレス鋼から形成される。外側容器の角部及び縁部の少なくとも一方には補強部材が備えられている。これらは断面がＬ字型の形状であり得る。外側容器は脚部が設けられていると好ましい。
外側容器は、蓋が設けられていると好ましい。蓋は、好ましくは外側容器に着脱可能に固定されている。外側容器に装着されると共に蓋の外周に着脱可能かつ係合可能なクランプが設けられると好ましい。クランプは外側容器とも着脱可能かつ係合可能である。蓋は、同蓋を除去するためのハンドル又はその他の係合部を設けることもできる。
蓋は、外側容器より突出する２つ又はそれ以上の外周突起部内に受承されることが特に好ましい。容器の頂部から突出する補強部材がこの外周部を形成する。
遮へい材料は、一連の（a series of）分離層にて設けられると好ましい。１つ又はそれ以上の基底層と、各壁部の１つ又はそれ以上の壁部層との少なくとも一方が備えられ得る。蓋の遮へい部は金属製の蓋に装着されるか、又は別に備えられている。別に設けられる場合、一対の連結部が備えられる。
遮へい層は、断熱できるか、又は中性子を吸収できるかのうちの少なくとも一方であると好ましい。ケイ酸カルシウムが好ましい遮へい材料として提供される。１つ又はそれ以上の異なる材料を共に使用するか、又はサンドイッチ構造にて使用され得る。
遮へい層は単一の内側凹部の境界を形成すると好ましい。直線で囲まれた凹部が好ましい。
内側凹部には４つの側壁と基底部を含む同凹部に適合する形状を有する単一ユニットからなる内側容器が設けられると好ましい。内側容器は、鋼鉄、ホウ素鋼（boronated steel）、又は最適にはステンレス鋼製であることが好ましい。
一態様において、内側容器は一連のチャンバにて分割されていることが好ましい。チャンバは内側凹部又は容器を横切る１つ又はそれ以上の部材によって形成される。同部材は、内側の容量と同じ高さ、又は少なくともほぼ同じ高さに広がるプレートであることが好ましい。１つ又はそれ以上の部材が内側の容量を異なる方向に延びる、最適には互いに対してほぼ９０度の角度をなして延びることが好ましい。同プレートは、ほぼ垂直に備えられることが好ましい。２つのプレートは、各々が互いに対して９０度の角度をなすように内側凹部を横切ると特に好ましい。内側の容量は９つのほぼ等しいチャンバにて分割されると好ましい。
第２の態様において、内側凹部には、内側容器を形成するために内側容量の高さ全体に広がるプレートのような部材が挿入される。既に述べたように、チャンバは内側凹部を横切る１つ又はそれ以上の部材によって形成される。基底プレートは、内側容量に対する基底部を形成するために基底遮へい層に設けられ得る。頂部プレートも設けられる。側部プレートもチャンバの側部を形成するために設けられる。
１つ又はそれ以上の基底部、頂部若しくは分割用の部材又はプレートは金属製であり得る。鋼鉄、特にステンレス鋼又はホウ素鋼である。
これに代えて、基底部、側部及び分割用のプレート若しくは部材からなる単一ユニットの内側容器は遮へい層及び外側容器に対する分離ユニットとして設けられることもできる。
更なる別の態様において、内側凹部は複数のスリーブ部材と適合される。好ましくは、スリーブ部材は燃料容器又は燃料ペール（fuel pail）を収容するように適合させる。スリーブは、連続的であるか、又はほぼ連続的である。スリーブは、好ましくは円形の断面である。スリーブの内径は、好ましくは、燃料容器又は燃料ペールの外径とほぼ等しい。スリーブは、互いに対して固定して分離されていると好ましい。スリーブは、基底プレートに装着されることにより固定して分離される。
スリーブは、その全周の周囲にて互いに分離されていると好ましい。４つ以上、好ましくは、８つ又は９つのスリーブが内側凹部に設けられる。
基底プレートは、１つ又はそれ以上の側部プレート又は側部部材に装着される。側部プレート又は側部部材は、内側凹部の壁部に適合する壁部を形成する。それにより内側容器が提供される。
１つ又はそれ以上のスリーブは少なくとも部分的に中性子吸収材にて包囲されていると好ましい。好ましくは１つ又はそれ以上のスリーブ、最適には、全てのスリーブは、その周囲全体を中性子吸収材によって包囲されていると好ましい。中性子吸収材は１つ又はそれ以上のスリーブの一方又は他方の端部の周囲に選択的に供給される。
中性子吸収材は樹脂系材料であることが好ましい。中性子吸収材は耐火性であることが好ましい。樹脂系材料は、６．５％までのホウ素、又は５％までのホウ素が充填されていると好ましく、２．５％までのホウ素が充填されていると更に好ましい。樹脂は、内側凹部のスリーブ以外の部分の容量の少なくとも５０％を占めていると好ましい。中性子吸収材は内側凹部のスリーブ以外の全量を満たしているか、又は、ポリスチレンのような低密度材料が装填されている。
内側容器は、蓋が設けられていると好ましい。
燃料容器又は燃料ペールは、円筒ドラムを含むことが好ましい。着脱可能な蓋が設けられると好ましい。蓋の解放機構は、空間を最小限にするために、シールされた状態では、容器の平面形状内に包含されることが好ましい。
燃料は、好ましくは燃料容器の少なくとも５０％を占め、６０、７０、８０、９０、９５％を占めるか、又は５０％以上の任意の値であり得る。
燃料は、燃料容器内においてポリセン（polythene）のようなプラスチック製のバッグに供給される。
燃料は、ペレット、粉末又は他の形状であり得る。照射を受けていない濃縮ウランは燃料となり得る。濃縮がほぼ５％までのウラン供給物が使用される。密度は約１．４ｇ／ｃｍ3が使用される。そのような場合、個々の燃料容器はそれぞれ、例えば１７．３リットルのような１５〜２０リットルの間の容量を有する。
遮へい層、内側分割部、スリーブ、燃料容器又はその他のチャンバにおける空間のうちの任意の１つに含まれるホウ素の含量は、吸収を増大させるために増加させることができる。
燃料容器には３つ以上のチャンバ又はスリーブが設けられると好ましい。外周側のチャンバ又はスリーブに、最も好ましくは、同外周側のチャンバ又はスリーブの全てに燃料容器が供給され得る。１つ又はそれ以上のチャンバ若しくはスリーブには中性子吸収材が備えられる。中性子吸収材は、同吸収材が収容されるチャンバ又はスリーブの寸法に適合するユニットとして設けられると好ましい。中性子吸収材としてポリセンが供給されると好ましい。ポリセン吸収材は、同吸収材が収容されるチャンバ又はスリーブの寸法及び形状に適合する鋼鉄容器内に収容される。吸収材は更に、同吸収材が配置されるチャンバ若しくはスリーブに適合する蓋を備えることができ、それにより、吸収材はチャンバ若しくはスリーブ内にて容易に保持される。蓋は、鋼鉄製であると好ましい。
特に好ましい態様において、容器は除去可能な蓋を備えた外側容器を含み、同外側容器は各壁部及び基底部に遮へい層を備え、更に、除去可能な遮へい層が蓋と使用される容器の内側凹部との間に設けられ、内側凹部は複数のチャンバに分割され、少なくとも３つのチャンバには燃料容器が供給され、かつ少なくとも１つのチャンバには中性子吸収材が供給されている。
特に好ましい別の態様において、容器は除去可能な蓋を備えた外側容器を含み、同外側容器は各壁部及び基底部に遮へい層を備え、更に、蓋に除去可能な遮へい層が設けられ、遮へい層は容器の内側凹部を形成し、同内側凹部には複数のスリーブが設けられ、燃料容器には少なくとも３つのスリーブが設けられ、スリーブは少なくとも部分的に中性子吸収材にて包囲されている。
各チャンバに１つの燃料容器又は燃料ペールのみが備えられると好ましい。
特に好ましい配置は、３×３の配列で、９つのチャンバに分割された長方形の平面開口により提供される。燃料容器は外周側のチャンバに備えられると好ましい。中性子吸収材は、中心にあるチャンバと置き換えられるか、又は必要に応じて１つ又はそれ以上のその他のチャンバと置き換えられるかの少なくとも一方である。
更なる特に好ましい配置において、直線で囲まれた平坦な内側凹部には、３×３の配列で、９つのスリーブ部材が備えられている。燃料容器は、外周側のスリーブの全てに設けられていると好ましく、全てのスリーブに設けられていると最も好ましい。中性子吸収材は１つ又はそれ以上のチャンバと置き換えられる。
本発明の種々の実施形態を以下に示す図面を参照して、例示のみの目的にて以下に記載する。
図１は、本発明の第１実施形態に従う容器の斜視図であり、一部破断して同容器の燃料容器を示す。
図２は、図１の側部断面図を示す。
図３は、ペールが装填された状態を示す平面図である。
図４は、図１の容器の側面図を示す。
図５は、本発明の第１実施形態に従う閉じられた容器の平面図であり、一部破断して本発明の容器の燃料容器を示す。
図６は、本発明の外側容器中にて使用される燃料容器又は燃料ペールの一実施形態を示す。
図６Ａは、図６の燃料容器又は燃料ペールの平面図を示す。
図７は、本発明の第２実施形態に従う容器の斜視図であり、一部破断して同容器の燃料容器を示す。
図８は、ペールが装填された状態を示す平面図である。
図９は、図８の軸ＸＸに沿った側部断面図を示す。
図１に示す容器は、典型的には長方形の箱形形状を有する。容器１は、４つの垂直に配置された壁部２と基底部３より形成される。壁部は、角の接合部に、Ｌ字型のストリップより形成された補強部材４が設けられている。垂直の補強部材４は、容器の蓋８を超えて延びる部分６を有する。基底部の各角部には脚部１０が設けられ、同脚部１０は容易かつ安定に積載されるように部分６と係合する。
外郭を形成する壁部２、基底部３及び分離した蓋８はステンレス鋼より形成される。
容器の周囲には、外周フランジ１２が設けられる。蓋８は、Ｌ字型部材４の境界内に摺動可能に受承されるような寸法となっている。蓋８は、容器の外周フランジ１２に適合するフランジ１６を有する。蓋に備えられたハンドル１４は、蓋の除去及び挿入を助ける。
図に示すような閉鎖され、かつ保持された位置において、蓋８は、同蓋８のフランジ１６の開口部に適合して係合する簡便に着脱可能な一連のナットとボルト１８にて保持されている。蓋は、水の進入を防ぐべく適切なシールが備えられている。
容器には、鋼鉄製の外郭の内側に、ケイ酸カルシウムより形成された実質的な厚みを備えた熱遮へい材２０が設けられている。この層は、図２に示すように、一連の部分に設けられている。この固い部分に材料が供給されることは、組立及び使用時における正確な位置決めを確実とする。１つの基底層２２及び４つの壁部２４の遮へい材は容器に沿って配置される。容器が充填されると、以下に示すように、頂部層を遮へいする２つの部材が適用される。これらの２つの部材２６，２８は互いに連結するように形成される。
遮へい層の内側表面によって形成された長方形の箱は内側容器３０Ａを収容し、同容器３０Ａは４つの壁部と基底部を有するとともにホウ素鋼又はステンレス鋼から製造される。この容器３０Ａは図１に示すように、蓋３１を備える。図３に示すように、容器はホウ素鋼又はステンレス鋼から製造される一連の相互に連結した垂直壁部３０から構成される。容器３０Ａは互いに９０度の角度をなす二組の内側壁部３０を有し、同壁部は、充填ペール内に９つのチャンバ３２を形成する。
使用時は、外周側にある８つの各チャンバ内に燃料ドラム又は燃料ペール３６が収容される。中心チャンバ３２Ａには、ポリセンの中性子吸収材３８が供給される。吸収材３８自体は鋼鉄製の容器（図示しない）中に収容され、同鋼鉄製の容器は、それが挿入されるべきチャンバ３２の形状に適合する。吸収材をチャンバ３２Ａ内に保持するために吸収材の頂部には蓋が設けられている。
内側容器３０Ａが８つの燃料ドラム３６の全てを収容した後、容器１は、蓋３１、頂部遮へい層２６，２８及び外側の蓋８を装着することによりシールされる。蓋８は、容易に着脱可能なナット及びボルト１８にて容器１に固定される。
図６に示すように、燃料を収容するドラム３６は基底プレート４２及び着脱可能な蓋４４を備えたステンレス鋼製の円筒壁部４０から構成される。蓋４４には、同蓋４４を燃料ドラム３６に固定するために、標準的な内側レバー・クランプ・バンド４６が備えられている。ドラム３６の外郭の内側に内側レバー・クランプ・バンド４６を設けることは、収容に要する空間を最小化できるので重要である。蓋が閉じられた状態において、ドラム３６は水の進入を防ぐような防水状態となる。
粉末若しくはペレット状である燃料５５は、ポリセン製のバッグ内に収容される。燃料が充填されたポリセンバッグはドラム内に配置されたより大きなポリセンバッグ内に収容される。より大きなバッグが一杯になると閉じられる。次いで、ドラムが蓋４４によってシールされる。燃料は、典型的には、燃料棒を形成するための濃縮ウランである。
図７に示される本発明の第２実施形態において、容器１００は同様に、長方形の箱形形状である。外側容器１００は垂直に配置された側壁部１０２及び基底壁１０３によって、第１実施形態の容器と同様に形成される。その他、第１実施形態に対応する同様の部材は、第１実施形態に使用された符号に１００を加えた数の符号にて示されている。
従って、補強部材、脚部、外周フランジ、蓋固定部材及び蓋の整列部材が同様に設けられている。
容器１００は、本発明の第１実施形態と同様に、基底部、壁部及び蓋に選択的に装着された部分に備えられた、実質的な厚みを有する熱遮へい材１２０を備える。
しかしながら、これらの遮へい層により形成された内側凹部内の配置は異なっている。
凹部には一連のステンレス鋼製のスリーブ１５０が設けられ、同スリーブ１５０は基底遮へい層上に位置する基底プレートに強固に装着されている。円筒スリーブは中空であり、その内側の寸法は、スリーブ１５０内に挿入した状態にて示される燃料容器１５２の外側の寸法に合うように形成されている。９つのスリーブ１５０が３×３の配列にて配置されており、使用時には燃料容器１５２が同スリーブ１５０の各々に配置される。
燃料容器は、典型的には図６及び６Ａに示される形状であるが、燃料容器の面を超えて突出する外側固定部材を含む。
図７，８及び９に示すように、スリーブ１５０は中性子吸収材１５８によって包囲されている。この材料は、製造時の組み立て段階において、液体樹脂を内側凹部のスリーブを囲む部分に注入することにより充填され、次いで硬化させることにより導入される。樹脂気密ユニットはこの凹部を形成するのに好ましい。樹脂にはホウ素が加えられており、所望の中性子吸収能を得るためには２％のレベルにて加えられることが好ましい。６．５重量％までのホウ素及び１５重量％までの鉛の少くとも一方が加えられる。同吸収材は、１ｃｍ3当たり、１×１０22〜１×１０23の水素原子を提供する。
中性子吸収材のコスト及び重量を低減するために、典型的に、例えばポリスチレンのような密度が１．６８ｇ／ｃｍ3のより軽量の材料が中性子吸収材の量が過剰となるような部分に加えられる。即ち、４つのスリーブに囲まれた位置１６２、外側の角部に近い位置１６４及び外側に面した一組のスリーブ間の位置１６６は、軽量の材料に置き換えられている。これが容器の中性子吸収能に影響を与えることはない。
燃料を含むドラム１５２及び粉末あるいはペレット状の燃料を同ドラム内に収容する方法は、本発明の第１実施形態にて既に記載したとおりである。
本発明は、外側容器の容量の約２０％〜４０％に当たる量の燃料５５を収容することが可能でありながら、必要な基準をも満たしている。即ち、従来のシステムと比較しても好ましいものである。結果として、より多量の充填量を有利に供給できる。
ステンレス鋼の使用及びアセンブリ品のモジュールの性質は、汚染除去時に必要とされる再洗浄及び任意の洗浄工程を容易にする。
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図６ａ】
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【図９】
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【図７】
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【図８】
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