(57)【要約】【課題】使用済燃料を収納・保持するキャスク用バスケットの構成材料について、より多量の燃料を収納可能にするには臨界安全性を高めるためにボロン含有率を高める必要がある一方、強度の問題から含有率に限界があり、臨界安全性と強度を両立し得るボロン１０は高コストであった。【解決手段】使用済燃料収納用バスケット１０の格子３０について、中性子束が大きい中央付近ＩＩと中性子束が小さい外周付近ＩＩＩとでボロンの含有量を変え、外周付近のボロン添加量を適切に低減することでコストを低減し、強度を改善する。【選択図】図１
2009236748.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャスクと、
このキャスクに内設され使用済燃料を収容する格子状のバスケットとを備え、
前記バスケットは、第１の構造材と、この第１の構造材よりも前記バスケットの横断面上の外側に配置される第２の構造材と、から構成され、
前記バスケットは、第１の領域と、この第１の領域よりも単位体積あたりのボロン含有量が小さく前記バスケットの横断面上で前記第１の領域よりも外側に位置する第２の領域と、
から構成されることを特徴とする使用済燃料収納容器用バスケット。
【請求項２】
前記第２の構造材はボロン含有率が前記第１の構造材のボロン含有率よりも低いことを特徴とする請求項１記載の使用済燃料収納容器用バスケット。
【請求項３】
前記第１の構造材と前記第２の構造材はボロン含有率が同じであり、前記第２の構造材は前記第１の構造材よりも薄肉であることを特徴とする請求項１記載の使用済燃料収納容器バスケット。
【請求項４】
前記バスケットは前記第１の構造材から構成された第１の格子板と、前記第２の構造材から構成された第２の格子板と、を複数組み合わせて構成されたことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項記載の使用済燃料収納容器用バスケット。
【請求項５】
前記第１の構造材によって構成される第１の管材と、
前記第２の構造材によって構成される第２の管材とを備え、
前記バスケットは前記第１の管材と前記第２の管材を複数組み合わせて構成されたことを特徴とする請求項１記載乃至請求項３の何れか１項記載の使用済燃料収納容器用バスケット。
【請求項６】
前記第２の構造材がボロンを含有しないステンレス鋼であることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項記載の使用済燃料収納容器バスケット。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子力発電所の使用済燃料の輸送に用いる使用済燃料収納容器用バスケットに関する。
【背景技術】
【０００２】
原子炉に装荷され、一定期間燃焼された後に取り出された使用済燃料は、一定期間原子炉施設内で冷却保管された後に専用の輸送容器（キャスク）に収納され、再処理工場や中間貯蔵施設へ輸送され、再処理や最終処分処理される。このようなキャスクの内部には、使用済燃料を収容・保持するために格子状のバスケットが設置される。このバスケットは、複数の板材または管材を組み合わせることで格子状に形成され、ステンレス鋼やアルミニウム合金などに中性子吸収断面積の大きいボロンを添加した構造材を用い、収納する使用済燃料を保持するとともに放射線を遮蔽して臨界安全性を確保している（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
このようなキャスクは、キャスクの使用数や輸送回数を少なくして放射線被ばく量やコストを低減するべく、より多量の使用済燃料を収納できることが求められている。しかしながら、一定の大きさのキャスクにより多量の使用済燃料を収納するほど、除熱や放射線遮蔽、臨界安全性に関する要求も厳しくなる。
【０００４】
このようなバスケットの構造材のボロン含有率を増やすことでキャスクの大きさを維持しつつ放射線遮蔽性能、臨界安全性を高めることができる。しかし、ボロン含有率を高めると、材料の靭性が低下し、衝撃力に対する強度や加工性が低下してしまう。このような問題はボロン１０を濃縮した濃縮ボロンを用いることで緩和されるが、この場合は材料コストが極端に増大してしまう。
【特許文献１】特許第３４１１９１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一つのキャスクに収容する使用済燃料の数を増やすには、キャスク内で使用済燃料を収納・保持するバスケットの耐照射性を高めねばならないが、強度と耐照射性を確保するにはボロン１０の採用により高コストになってしまう。
【０００６】
したがって、本発明はこうした課題を鑑みてなされたものであり、耐照射性が高く、必要強度を有し、かつコストが低廉な使用済燃料収納容器用バスケットの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明による使用済燃料収納用器用バスケットは、キャスクと、このキャスクに内設され使用済燃料を収容する格子状のバスケットとを備え、前記バスケットは、第１の構造材と、この第１の構造材よりも前記バスケットの横断面上の外側に配置される第２の構造材と、から構成され、前記バスケットは、第１の領域と、この第１の領域よりも単位体積あたりのボロン含有量が小さく前記バスケットの横断面上で前記第１の領域よりも外側に位置する第２の領域と、から構成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の使用済燃料収納容器用バスケットによれば、ボロンの添加量を適切に削減することにより、要求される臨界安全性を保持しつつ、コストを低減し、さらにボロンの添加による構造材の靭性低下を抑えて強度を高めることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【実施例】
【００１０】
図１を用いて第１の実施例による使用済燃料収納容器用バスケットについて説明する。図１は使用済燃料収納容器用バスケットの横断面図である。
【００１１】
使用済燃料収納容器用バスケット１０は、格子板３１、格子板３２、格子板３３を複数組み合わせて形成された格子３０と外枠１から構成されている。格子板３１は使用済燃料収納容器用バスケット１０中央付近の格子を形成し、ボロン含有板２と伝熱板３を一体として構成されている。格子板３２は格子板３１よりも外枠１に近接して設けられて格子を形成し、低濃度ボロン含有板４と伝熱板３を組み合わせて構成されている。格子板３３は、格子板３２よりもさらに外側に配置されて格子を形成し、低濃度ボロン含有板４のみから構成されている。また、使用済燃料収納容器用バスケット１０の格子の目には、それぞれ使用済燃料５が収納される。
【００１２】
格子板３１、格子板３２、格子板３３の構成材料について以下説明する。ボロン含有板２、低濃度ボロン含有板４は、使用済燃料収納容器用バスケット１０の構造材として、十分な強度と中性子吸収断面積が求められる。このため、ボロン含有板２、低濃度ボロン含有板４は、ボロンを添加した金属材料、例えばステンレスやアルミニウム合金にボロンを添加した合金材から構成され、低濃度ボロン含有板４はボロン含有板２よりもボロンの含有量が小さい。例えば、ボロン含有板２はボロン濃度を１．０重量％、低濃度ボロン含有板はボロン濃度を０．７重量％とする。
【００１３】
伝熱板３は、使用済燃料収納容器用バスケット１０の放熱を促進するために設けられるため、熱伝導性がより高い材料が好ましく、例えばアルミニウム合金を用いる。伝熱板３は使用済燃料収納容器用バスケット１０に収納された使用済燃料５から発生する熱を使用済燃料収納容器用バスケット１０の外枠１へ伝達する。なお、必要に応じて伝熱板３にボロンを添加し、耐照射性を高めることも可能である。
【００１４】
格子板３１、格子板３２、格子板３３を使い分ける理由について、以下説明する。図１に破線で示した領域ＩＩのように、使用済燃料収納容器用バスケット１０の中心付近の格子は両面が使用済燃料５と対向しており、また付近の使用済燃料５の数も多い。したがって、対向する使用済燃料５からの中性子照射や、付近の使用済燃料５から生じて付近の格子を透過してくる中性子の照射により、中性子束が大きい。また、格子の中央付近は使用済燃料５の数が多く、使用済燃料収納容器用バスケット１０外側から離れているため、強度や臨界安全性の他に放熱性が必要となる。したがって、使用済燃料収納容器用バスケット１０中央付近を形成する格子には、耐照射性に優れたボロン含有板２と放熱に寄与する伝熱板３を組み合わせた格子板３１を用いている。
【００１５】
これに対し、図１に破線で示した領域ＩＩＩのように、使用済燃料収納容器用バスケット１０の外枠１付近においては、格子板は片面のみが使用済燃料５に対向し、また付近の使用済燃料５が領域ＩＩに比較して少ない。したがって、領域ＩＩＩの中性子束は領域ＩＩの中性子束よりも小さいため必要となる中性子吸収断面積が小さく、また領域ＩＩＩは外側に近いため要求される放熱性も中央付近より低い。よって、外枠１に近い場所には格子板３１のボロン含有板２よりもボロン含有量が小さい低濃度ボロン含有板４を用いた格子板３２、格子板３３を採用することが可能となっている。
【００１６】
従来は外枠１付近においても使用済燃料収納容器用バスケット１０中心付近と同様のボロン添加量の板材が用いられており、必要とされる耐照射性を極端に上回っていた。これに対して、本実施例の使用済燃料収納容器用バスケット１０によれば、格子３０について、中性子束分布に応じて中央付近とそれ以外の領域で適切なボロン含有量を設定することにより、ボロンの使用量を削減しコストを低減することができる。また、構造材全体としてボロン含有率を抑制することにより、格子３０の強度を向上し得る。
【００１７】
なお、本実施例による使用済燃料収納容器用バスケット１０においては、使用済燃料収納容器用バスケット１０全体のうち中性子束が小さい領域の構造材が含有するボロン量を適切な量とすることが肝要となる。例えば、低濃度ボロン含有板４に代えて、ボロン含有板２を薄肉にした板材と通常のステンレス製板材を組み合わせた格子板を採用することによっても、結果的にはボロンの含有量は抑制されるため、コストの抑制を達成することができる。
【００１８】
図２を用いてさらに詳細に説明する。図２は、図１上において、図１に示すＡ−Ｂ線をｘ軸に、格子３０について単位体積あたりのボロン含有量をｙ軸にとった概要を示すグラフである。また、図１に示すＡ−Ｂ線上のＣ点、Ｄ点はそれぞれ、格子３０において格子板３１のみが格子を構成する領域と、格子板３２、格子板３３が格子の一部を構成する領域との境界点を示している。また、点Ｅ、点ＦはＡ−Ｂ線上における外枠１の内面の位置を示している。
【００１９】
図２に示すように、使用済燃料収納容器用バスケット１０中央付近の格子板３１が用いられている領域（点Ｃと点Ｄの間）では単位体積当たりのボロン含有量が大きくなっている。この点Ｃ及び点Ｄから格子３１外側の領域（点Ｃと点Ｅの間及び点Ｄと点Ｆの間）では、外枠１に近づくにつれて格子板３２、格子板３３が占める割合が大きくなるため、単位体積当たりのボロン含有量は小さくなっていく。すなわち、格子３０は、格子板３１から構成されボロン含有量が大きい第１の領域と、この第１の領域よりも単位体積あたりのボロン含有量が小さく格子３０の横断面上で第１の領域よりも外側に位置する第２の領域から構成される。なお、図２のこのグラフは格子３０のボロン含有量を対象としているので、Ａ−Ｂ線上において外枠１に対応する位置から外側はボロン含有量が０となっている。
【００２０】
本実施例においてはボロンの含有率が異なる構造材を使い分けることで図２のグラフに示すボロン含有量の分布を達成していたが、本実施例として以上詳述したものと異なる構成であっても、図２に示すようなボロン含有量分布を実現する使用済燃料収納容用バスケットであればよい。すなわち、使用済燃料収納容器用バスケット１０を構成する格子３０の横断面上において、中央付近の中性子束が大きい領域では単位体積あたりのボロン含有量が大きく、中央よりも中性子束が小さい領域では単位体積当たりのボロン含有量が小さい分布とすることにより、本実施例と同様の効果を得ることが可能である。
【００２１】
本実施例の変形例について、図３から図５を用いて以下説明する。図３は使用済燃料収納容器用バスケット１０ａの横断面の一部を示している。ここでは、格子板３１に代えて、ボロン含有板２に低濃度ボロン含有板４を接いで構成される複合板材と伝熱板３とを組み合わせた格子板３４を用いており、格子３０の外枠１付近が低濃度ボロン含有板４で構成されるように配置されている。このような構成によっても、図２に示すようなボロン含有量分布が得られる。
【００２２】
次に、図４は複数の管材２１を組み合わせて格子３０を形成した使用済燃料収納容器用バスケット１０ｂの横断面の一部を示している。このような構成では、外枠１付近の管材２１ｂについて、中央付近の管材２１ａよりもボロンの含有率が少ない材料を採用することにより、図２に示すようなボロン含有量分布が得られる。なお、管材２１ｂについては、ボロンの含有量が小さい材料に代えて、管材２１ａと同じボロン含有率で管材２１ａよりも薄肉に形成した材料を用いることも可能である。
【００２３】
さらに、ここまではＢＷＲの使用済燃料を想定した構成について説明してきたが、ＰＷＲの使用済燃料を収納するバスケットについても適用することが可能であり、その例について図５を用いて説明する。ＰＷＲ用の燃料集合体はＢＷＲ用の燃料集合体よりも大きいために中性子束が大きい。したがって、ＰＷＲの使用済燃料を収納する使用済燃料収納用バスケット１０ｃには、中性子を効果的に減速するために水で満たされるギャップ２２が設けられている。したがって、中性子束が比較的小さい外枠１付近では、中性子束の大きさによっては、ギャップ２２を中央付近よりも狭くするか、あるいは省略することも可能である。
【００２４】
また、本実施例による使用済燃料収納容器用バスケット１０の格子板を構成する材料は、中性子束や要求強度に応じて種々の変更を行うことができる。具体的には、使用済燃料５やキャスク、使用済燃料収納容器用バスケット１０自身の設計等から、必要な臨界安全性、放熱性、強度が確保されるのであれば格子板３３にボロンを含有しないステンレス材を採用する、伝熱板３を省略する、といったことが可能である。
【００２５】
さらに、検討が進められている従来よりもウラン濃縮度が高い次世代燃料についても、本実施例による使用済燃料収納容器用バスケット１０の適用により、同様の効果を得ることが可能である。
【００２６】
以上本発明の実施例と、その変形例について図を参照して説明してきたが、上記実施例及び変形例に説明した特徴を任意に組み合わせ、またいろいろの変形を採ることができる。当業者にあっては、具体的な実施例において本発明の技術思想および技術範囲から逸脱せずに種種の変形・変更を加えることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施例による使用済燃料収納容器用バスケットの横断面図。
【図２】本発明の実施例による使用済燃料収納容器用バスケットの横断面上におけるボロン含有量の分布を示すグラフ。
【図３】実施例の変形例による使用済燃料収納容器用バスケットの横断面図。
【図４】実施例の別の変形例による使用済燃料収納容器用バスケットの横断面図。
【図５】実施例のさらに別の変形例による使用済燃料収納容器用バスケットの横断面図。
【符号の説明】
【００２８】
１  外枠
２  ボロン含有板
３  伝熱板
４  低濃度ボロン含有板
５  使用済燃料
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ  使用済燃料収納容器用バスケット
２１ａ、２１ｂ  管材
２２  ギャップ
３０  格子
３１、３２、３３、３４  格子板 
【図１】
2009236748.tif 000003
【図２】
2009236748.tif 000004
【図３】
2009236748.tif 000005
【図４】
2009236748.tif 000006
【図５】
2009236748.tif 000007