JP2014228355A - 放射性物質の破砕片の回収容器、回収方法、及び、回収装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外部からの信号入力や電源供給等が不要な自律的な安全対策機能を備え、自律的に再臨界を停止させる。【解決手段】少なくとも底部が貯水施設２に溜められた水の中に浸かるように、貯水施設の上又は内部に配置される容器本体１１と、容器本体の底部に設けられた底板１３と、底板を容器本体に固定する固定部材１７とを有し、底板は、核燃料物質の破砕片６が混入している混入水が容器本体の内部に流入された場合に、混入水の中に混入している一定サイズ以上の核燃料物質の破砕片を透過させずに、水を透過させることによって、底板の上に核燃料物質の破砕片を集積させる複数の小孔１５が設けられており、固定部材は、温度に応じて変形する形状記憶合金によって構成されており、底板の上に集積された核燃料物質の破砕片が発熱した場合に、核燃料物質の破砕片の熱によって変形して、底板の固定を解く。【選択図】図２

Description

本発明は、水の中から核燃料物質の破砕片（燃料デブリ）を回収する回収容器、回収方法、及び、回収装置に関する。

従来、水の中に混入（散在）している金属片等のデブリ（くず）を水の中から回収する技術がある。
この種の回収技術として、例えば、冷却水の中に混入している金属片等のデブリ（くず）が上昇流の中で浮遊して、原子炉内の核燃料物質の集合体に衝突することを防止するために、核燃料の下側にディフューザを設置して、冷却水の上昇流の中のデブリを流れから離れた場所に隔離し回収する技術がある（例えば、特許文献１）。
また、ブラシを遠隔操作して、核燃料の支持金具のデブリフィルタに付着したデブリを冷却水の中に掻き落とし、掻き落とされたデブリを冷却水ごとフィルタに通過させて、デブリを回収する技術がある（例えば、特許文献２）。

特表平９−５０２２５７号公報 特開２００９−４７４９０号公報

ただし、これらの特許文献１や特許文献２に記載された「デブリ」とは、核燃料物質の破砕片（燃料デブリ）ではなく、金属片等のデブリ（くず）を意味している。そのため、特許文献１や特許文献２に記載された従来の回収技術は、デブリを水の中から回収して一箇所に集めたとしても、再臨界に至る懸念がない。したがって、従来の回収技術は、デブリの回収中に再臨界が発生することを想定していなかった。

しかしながら、核燃料物質の破砕片（燃料デブリ）が水の中に混入していて、その燃料デブリを水の中から回収して一箇所に集める場合に、燃料デブリと燃料デブリとの間の距離（デブリ間距離）が短くなり過ぎると、再臨界（核分裂反応）が発生する可能性がある。

そのため、燃料デブリを水の中から回収して一箇所に集める場合には、万が一、再臨界が発生した場合の安全対策機能として、自動的に再臨界を停止させる対策を講じておく必要がある、という課題がある。

そして、その「安全対策機能」は、外部からの信号入力や電源供給等が必要な構成によって実現した場合に、信号の入力・転送の失敗や、電源供給の遮断等のリスクを考慮する必要がある。したがって、「安全対策機能」は、このようなリスクを回避するために、できるだけ自律的な構成によって実現されることが望ましい、という課題がある。

本発明は、前記した課題を解決するためになされたものであり、外部からの信号入力や電源供給等が不要な自律的な安全対策機能を備え、自律的に再臨界を停止させることができる放射性物質の破砕片の回収容器と、その回収容器を用いて水の中に混入している放射性物質の破砕片を安全に回収する回収方法、及び、回収装置を提供することを主な目的とする。

前記目的を達成するため、第１発明は、放射性物質の破砕片の回収容器であって、少なくとも底部が貯水施設に溜められた水の中に浸かるように、当該貯水施設の上又は内部に配置される容器本体と、前記容器本体の前記底部に設けられた底板と、前記底板を前記容器本体に固定する固定部材とを有し、前記底板は、核燃料物質の破砕片が混入している混入水が前記容器本体の内部に流入された場合に、当該混入水の中に混入している一定サイズ以上の当該核燃料物質の破砕片を透過させずに、水を透過させることによって、当該底板の上に当該核燃料物質の破砕片を集積させる複数の小孔が設けられており、前記固定部材は、温度に応じて変形する形状記憶合金によって構成されており、前記底板の上に集積された前記核燃料物質の破砕片が発熱した場合に、当該核燃料物質の破砕片の熱によって変形して、前記底板の固定を解く構成とする。

この回収容器は、固定部材が形状記憶合金によって構成されている。そのため、この回収容器は、核燃料物質の破砕片の回収中に、万が一、再臨界が発生して、核燃料物質の破砕片が発熱した場合であっても、固定部材が、核燃料物質の破砕片の熱によって変形して、底板の固定を自動的に解く。

その結果、この回収容器は、核燃料物質の破砕片及び底板の荷重によって、底板が自動的に開いて、底板の上に集積された核燃料物質の破砕片を貯水施設に溜められた水の中に落下させる。このとき、核燃料物質の破砕片は、貯水施設の底に拡散する。その結果、核燃料物質の破砕片は、他の核燃料物質の破砕片との距離（デブリ間距離）が長くなる。これによって、この回収容器は、再臨界を停止させる。

この回収容器の動作は、外部からの信号の入力や電源供給を受けることなく、回収容器自体の自律的な構成によって実現される。したがって、この回収容器は、外部からの信号入力や電源供給等が不要な自律的な安全対策機能を備えている。

この回収容器は、核燃料物質の破砕片の回収中に、万が一、再臨界が発生した場合であっても、外部との間で信号の入力・転送を行ったり、外部から電源供給を受けたりすることなく、自律的に再臨界を停止させることができる。その結果、この回収容器は、水の中に混入している放射性物質の破砕片（燃料デブリ）を安全に回収することができる。

また、第２発明は、放射性物質の破砕片の回収方法であって、回収容器の少なくとも底部が貯水施設に溜められた水の中に浸かるように、当該回収容器を当該貯水施設の上又は内部に配置し、核燃料物質の破砕片が混入している混入水を前記回収容器の内部に流入させて、当該回収容器の底板の上に当該核燃料物質の破砕片を集積させ、さらに、前記底板の上に集積された前記核燃料物質の破砕片が発熱した場合に、当該核燃料物質の破砕片の熱によって、当該回収容器の前記底板を固定している、温度に応じて変形する形状記憶合金によって構成された固定部材を変形させて、当該回収容器に前記底板の固定を解かせる構成とする。

この回収方法は、底板の上に集積された核燃料物質の破砕片が発熱した場合に、核燃料物質の破砕片の熱によって、温度に応じて変形する形状記憶合金によって構成された固定部材を変形させて、回収容器に底板の固定を解かせる、という自律的な安全対策機能を有するため、核燃料物質の破砕片の回収中に、万が一、再臨界が発生した場合であっても、回収容器の自律的な安全対策機能によって、自動的に再臨界を停止させることができる。その結果、この回収方法は、水の中に混入している放射性物質の破砕片（燃料デブリ）を安全に回収することができる。

また、第３発明は、放射性物質の破砕片の回収装置であって、水を溜める貯水施設と、少なくとも底部が前記貯水施設に溜められた水の中に浸かるように、当該貯水施設の上又は内部に配置され、温度に応じて変形する形状記憶合金によって構成された固定部材で、前記底部に設けられた底板を固定している回収容器と、核燃料物質の破砕片が混入している混入水を移送して前記回収容器の内部に流入させる移送手段とを有する構成とする。

この回収装置は、温度に応じて変形する形状記憶合金によって構成された固定部材で、前記底部に設けられた底板を固定している回収容器を用いる。その回収容器は、底板の上に集積された核燃料物質の破砕片が発熱した場合に、核燃料物質の破砕片の熱によって、固定部材が変形して、底板の固定を解く、という自律的な安全対策機能を有する。そのため、この回収装置は、核燃料物質の破砕片の回収中に、万が一、再臨界が発生した場合であっても、回収容器の自律的な安全対策機能によって、自動的に再臨界を停止させることができる。その結果、この回収装置は、水の中に混入している放射性物質の破砕片（燃料デブリ）を安全に回収することができる。
その他の手段は、後記する。

本発明によれば、外部からの信号入力や電源供給等が不要な自律的な安全対策機能を備え、自律的に再臨界を停止させることができる放射性物質の破砕片の回収容器と、その回収容器を用いて水の中に混入している放射性物質の破砕片を安全に回収する回収方法、及び、回収装置を提供することができる。

第１実施形態に係る回収装置の概略構成及び動作を示す図である。 第１実施形態に係る回収容器の概略構成及び動作を示す図である。 第２実施形態に係る回収装置の概略構成及び動作を示す模式図である。 第２実施形態に係る回収容器の構成を示す図（１）である。 第２実施形態に係る回収容器の構成を示す図（２）である。 第２実施形態に係る回収容器の変形例の構成を示す図である。 第３実施形態に係る回収装置の概略構成及び動作を示す模式図である。 第３実施形態に係る回収容器の構成を示す図（１）である。 第３実施形態に係る回収容器の構成を示す図（２）である。 第４実施形態に係る回収装置の概略構成及び動作を示す模式図である。 第４実施形態に係る回収容器の構成を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態（以下、「本実施形態」と称する）につき詳細に説明する。なお、各図は、本発明を十分に理解できる程度に、概略的に示してあるに過ぎない。よって、本発明は、図示例のみに限定されるものではない。また、各図において、共通する構成要素や同様な構成要素については、同一の符号を付し、それらの重複する説明を省略する。

［第１実施形態］
＜放射性物質の破砕片の回収装置の構成及び動作＞
本発明に係る放射性物質の破砕片（以下、「燃料デブリ」と称する）の回収装置は、燃料デブリが混入（散在）している水（以下、「混入水」と称する）の中から、燃料デブリを安全に回収するための装置である。

以下、図１を参照して、第１実施形態に係る回収装置１の構成及び動作につき説明する。図１は、第１実施形態に係る回収装置１の概略構成及び動作を示す図である。図１は、第１実施形態に係る回収装置１を用いて、燃料デブリ６を回収する原理を示している。図１（ａ）は、燃料デブリ６の回収中の回収装置１の動作状態を示している。また、図１（ｂ）は、再臨界が発生した場合の回収装置１の動作状態を示している。

図１（ａ）に示すように、回収装置１は、水を溜める貯水施設２と、混入水から燃料デブリ６を回収する回収容器７とを有している。以下、貯水施設２に溜められた水を「貯留水３」と称する。

貯水施設２は、例えば、水槽やプール、タンク等によって構成されている。ここでは、貯水施設２が水槽である場合を想定して説明する。回収容器７は、少なくとも底部が貯水施設２に溜められた貯留水３の中に浸かるように、支持部８によって、貯水施設２の上又は内部に配置されている。回収容器７は、支持部８との係合を解くことによって、他の回収容器７に交換することが可能である。

また、回収装置１は、ポンプ等の水を移送する移送手段（図示せず）を有している。移送手段は、例えば、図１（ａ）に示すように、燃料デブリ６が混入している混入水５を、給水配管４を介して他の場所から貯水施設２まで移送して、回収容器７の内部に流入させる。ここでは、混入水５に混入している燃料デブリ６のサイズは、移送手段が水流を発生させたときに、水流と一緒に回収容器７まで移動する程度の比較的小さなサイズであるものとして説明する。

図１（ａ）に示す例では、回収容器７は、容器本体１１が円筒状に形成されている。回収容器７は、上部に開口部１２が設けられており、混入水５が開口部１２から内部に流入される構成になっている。これにより、回収容器７は、混入水５を上から流入させて、燃料デブリ６を回収することができる。また、回収容器７は、底部に底板１３が設けられており、底板１３によって燃料デブリ６を回収する構成になっている。

底板１３は、燃料デブリ６の回収部として機能する部材である。底板１３には、複数の小孔１５が設けられている。小孔１５は、混入水５が回収容器７の内部に流入された場合に、混入水５の中に混入している一定サイズ以上の燃料デブリ６を透過させずに、水を透過させる。これによって、回収容器７は、底板１３の上に燃料デブリ６を集積させる。

底板１３は、小孔１５を有する構成になっている。底板１３は、小孔１５を有することにより、混入水５を水（浄化水）と燃料デブリ６とに分離させることができる。そのような底板１３は、例えば、金網や、パンチメタル板、メッシュ材、不織布等によって構成される。ここでは、底板１３が金網１４によって構成されている場合を想定して説明する。

係る構成において、回収装置１は、図１（ａ）に示すように、混入水５を回収容器７の内部に流入させることによって、回収容器７の底板１３の上に燃料デブリ６を集積させる。底板１３の上に集積された燃料デブリ６は、任意のタイミングで、回収容器７を回収装置１から取り外して別の施設に移送することによって、そこで回収される。この場合、例えば、別の回収容器７が、新たに回収装置１に設置される。その結果、回収装置１は、引き続き、混入水５の中から一定サイズ以上の燃料デブリ６を分離して回収することができる。

回収装置１は、回収容器７の底板１３を透過した水を、浄化水として、貯水施設２に流入させる。その結果、浄化水が、貯留水３として、貯水施設２に溜まる。ここでは、「浄化水」とは、燃料デブリ６が除去された水を意味している。回収装置１は、余剰な貯留水３が貯水施設２に溜まると、排水管９によって余剰な貯留水３を貯水施設２の外に排出する。

ところで、回収容器７の底板１３の上に集積された燃料デブリ６は、デブリ間距離が短くなり過ぎると、再臨界（核分裂反応）が発生する可能性がある。ここでは、「デブリ間距離」とは、燃料デブリ６同士の距離を意味している。また、「デブリ間距離が短くなり過ぎる」状態とは、例えば、燃料デブリ６の回収のタイミングが遅れた場合や、燃料デブリ６が給水配管４から流入した混入水５の中に大量に混入していた場合等のように、意図せぬ量の燃料デブリ６が底板１３の上に集積された状態を意味している。

回収容器７は、燃料デブリ６の回収中に、万が一、再臨界が発生した場合の安全対策機能として、図１（ｂ）に示すように、底板１３を自動的に開ける機能を有している。回収容器７は、この安全対策機能によって、底板１３の上に集積された燃料デブリ６を、一旦底板１３の上から貯水施設２に溜められた貯留水３の中に落下させて、デブリ間距離を長くする。なお、貯留水３の中に落下された燃料デブリ６（貯水施設２の底に溜まった燃料デブリ６）は、例えば、後記する第２実施形態〜第４実施形態に係る回収装置１Ａ，１Ｃ，１Ｄ等によって回収される。

以下、混入水５の中に混入している燃料デブリ６と、回収容器７の底板１３の上に集積された燃料デブリ６と、貯留水３の中に落下した燃料デブリ６とを区別する場合に、混入水５の中に混入している燃料デブリ６を「燃料デブリ６ａ」と称し、回収容器７の底板１３の上に集積された燃料デブリ６を「燃料デブリ６ｂ」と称し、貯留水３の中に落下した燃料デブリ６を「燃料デブリ６ｃ」と称する。

貯留水３の中に落下した燃料デブリ６ｃは、貯水施設２の底に分散する。その結果、燃料デブリ６ｃ同士は、前記したように、デブリ間距離が長くなるため、仮に、再臨界が発生したとしても、再臨界が自動的に停止する。

なお、前記した「安全対策機能（底板１３を自動的に開ける機能）」は、外部からの信号入力や電源供給等が必要な構成によって実現した場合に、信号の入力・転送の失敗や、電源供給の遮断等のリスクを考慮する必要がある。したがって、前記した「安全対策機能（底板１３を自動的に開ける機能）」は、このようなリスクを回避するために、できるだけ回収容器７自身の自律的な構成によって実現されることが望ましい。

第１実施形態では、前記した「安全対策機能（底板１３を自動的に開ける機能）」は、回収容器７を、図２に示すように構成することによって、実現されている。

＜放射性物質の破砕片の回収容器の構成及び動作＞
以下、図１及び図２を参照して、回収容器７の構成及び動作につき説明する。図２は、第１実施形態に係る回収容器７の概略構成及び動作を示す図である。図２（ａ）は、燃料デブリ６の回収中の回収容器７の動作状態を示している。また、図２（ｂ）は、再臨界が発生した場合の回収容器７の動作状態を示している。

図２（ａ）に示すように、回収容器７は、容器本体１１と、底板１３と、蝶番１６と、留め金１７とを有する構成になっている。
容器本体１１は、混入水５が内部に流入される部材である。
底板１３は、燃料デブリ６をその上に集積させて、燃料デブリ６の回収部として機能する部材である。
蝶番１６は、回動自在に底板１３を容器本体１１に取り付ける部材である。
留め金１７は、通常時に、底板１３が回動しないように、底板１３を容器本体１１に固定する固定部材である。ここでは、「通常時」とは、底板１３を開けないときを意味している。このような構成により、底板１３は、通常時に閉じられ、一方、再臨界の発生時に開かれる。

回収容器７は、前記した通り、少なくとも底部が貯水施設２に溜められた貯留水３の中に浸かるように、支持部８によって、貯水施設２の上又は内部に配置されている。ここでは、貯水施設２に溜められた貯留水３の水温は、夏日の気温（例えば、３６℃）以下になるように設定されているものとして説明する。

回収容器７は、前記した通り、上部に開口部１２が設けられており、混入水５が開口部１２から内部に流入される構成になっている。また、回収容器７は、前記した通り、底部に底板１３が設けられており、底板１３によって燃料デブリ６を回収する構成になっている。

図１及び図２に示す例では、底板１３は、多数の小孔１５を有する金網１４によって構成されている。回収容器７は、図１（ａ）及び図２（ａ）に示すように、混入水５が開口部１２から内部に流入された場合に、底板１３の小孔１５が、燃料デブリ６を透過させずに、水を透過させる。これによって、回収容器７は、底板１３の上に燃料デブリ６を集積させる。

図２に示す例では、底板１３は、蝶番１６によって回動自在に、容器本体１１に取り付けられている。留め金１７は、通常時に、その底板１３が回動しないように、底板１３を容器本体１１に固定している。

留め金１７は、温度に応じて変形する形状記憶合金によって構成されている。形状記憶合金製の留め金１７は、燃料デブリ６の回収中に、万が一、再臨界が発生して、底板１３の上に集積された燃料デブリ６が発熱した場合に、図２（ｂ）に示すように、燃料デブリ６の熱によって変形する。これによって、留め金１７は、底板１３の固定を自動的に解く。

その結果、回収容器７は、図１（ｂ）及び図２（ｂ）に示すように、燃料デブリ６及び底板１３の荷重によって、底板１３が自動的に下方向に開いて、底板１３の上に集積された燃料デブリ６を貯水施設２に溜められた貯留水３の中に落下させる。このとき、燃料デブリ６は、図１（ｂ）に示すように、貯水施設２の底に拡散する。その結果、燃料デブリ６は、デブリ間距離が長くなる。これによって、回収容器７は、再臨界を停止させる。

このような回収容器７は、小孔１５を有する底板１３を用いて、混入水５の中から燃料デブリ６を分離することにより、燃料デブリ６を効率よく回収することができる。

係る構成において、燃料デブリ６の回収は、以下のようにして行われる。
まず、回収装置１は、回収容器７を用いて、回収容器７の少なくとも底部１３が貯水施設２に溜められた水の中に浸かるように、回収容器７を貯水施設２の上又は内部に配置する。次に、回収装置１は、図示せぬ移送手段を稼動して、給水配管４を介して、燃料デブリ６が混入している混入水５を回収容器７の内部に流入させて、燃料デブリ６を回収容器７の底板１３の上に集積させる。これにより、回収装置１は、燃料デブリ６を回収することができる。

その際に、回収装置１は、燃料デブリ６の回収中に、万が一、再臨界が発生して、底板１３の上に集積された燃料デブリ６が発熱した場合に、燃料デブリ６の熱によって、回収容器７の底板１３を固定している形状記憶合金製の留め金１７を自動的に変形させる。これによって、回収装置１は、回収容器７の底板１３の固定を自動的に解かせる。

その結果、回収容器７は、燃料デブリ６及び底板１３の荷重によって、底板１３が自動的に開いて、底板１３の上に集積された燃料デブリ６を貯留水３の中に落下させる。これによって、回収容器７は、燃料デブリ６を貯水施設２の底に拡散させる。その結果、燃料デブリ６は、デブリ間距離が長くなる。これによって、回収装置１は、再臨界を停止させる。

したがって、第１実施形態は、このような回収容器７を用いて、回収容器７の少なくとも底部１３が貯水施設２に溜められた水の中に浸かるように、回収容器７を貯水施設２の上又は内部に配置し、燃料デブリ６が混入している混入水５を回収容器７の内部に流入させて、回収容器７の底板１３の上に燃料デブリ６を集積させ、さらに、底板１３の上に集積された燃料デブリ６の温度が発熱した場合に、燃料デブリ６の熱によって回収容器７の底板１３を固定している固定部材（留め金１７）を自動的に変形させて、底板１３の固定を解かせる、という本発明に係る回収方法を実現することができる。

係る構成において、回収容器７は、底板１３の上に集積された燃料デブリ６を任意のタイミングで回収することができるが、そのタイミングが遅れたり、大量の燃料デブリ６が一度に回収容器７に流入したりして、デブリ間距離が短くなり過ぎた結果、万が一、再臨界が発生した場合の「安全対策機能」として、底板１３を自動的に開ける機能を有している。その「安全対策機能」は、形状記憶合金製の留め金１７の変形機能と、燃料デブリ６及び底板１３の荷重とを利用するものであり、外部からの信号入力や電源供給等が不要な自律的な構成によって実現している。

したがって、回収容器７は、燃料デブリ６の回収中に、万が一、再臨界が発生した場合であっても、外部との間で信号の入力・転送を行ったり、外部から電源供給を受けたりすることなく、自律的に再臨界を停止させることができる。その結果、回収容器７は、水の中に混入している燃料デブリ６を安全に回収（分離）することができる。

このような回収容器７は、燃料デブリ６を効率よく回収する機能と、「安全対策機能（底板１３を自動的に開ける機能）」とを有している。しかも、「安全対策機能（底板１３を自動的に開ける機能）」は、形状記憶合金製の留め金１７が燃料デブリ６の熱によって変形することによって、実現される。そのため、回収容器７は、簡易な構成で、外部との間で信号の入力・転送を行ったり、外部から電源供給を受けたりすることなく、自律的に再臨界を停止させることができる。つまり、回収容器７は、簡易な構成で、信号の入力・転送の失敗や、電源供給の遮断等のリスクを回避しながら、自律的に再臨界を停止させることができる。

なお、ここでは、回収容器７の底板１３が金網１４である場合を想定して説明した。しかしながら、底板１３は、水を透過させるが、一定サイズ以上の燃料デブリ６を透過させない形態であれば、必ずしも金網１４である必要はなく、パンチメタル板や、メッシュ材、又は、不織布等の形態であってもよい。

また、形状記憶合金製の留め金１７の変形温度は、以下の観点から、５０℃以上で、かつ、１００℃以下の範囲に設定されているとよい。例えば、燃料デブリ６の回収作業は、水の温度が１００℃を超えると、沸騰が始まり、燃料デブリ６の冷却効率が悪化する。そのため、留め金１７の変形温度は、１００℃以下であることが好ましい。また、燃料デブリ６の回収作業は、留め金１７の変形温度がデブリ回収作業の開始時の水温よりも低く設定されていると、底板１３が最初から開いた状態になるため、実行することができない。そのため、留め金１７の変形温度は、デブリ回収作業の開始時の水温よりもある程度高い温度であることが好ましい。また、燃料デブリ６の回収作業は、水温が高過ぎる場合（例えば、５０℃以上の場合）には、安全性を考慮して作業を開始せず、水温が下がるのを待ってから作業を開始することになると推察される。これらの点を考慮すると、留め金１７の変形温度は、５０℃以上で、かつ、１００℃以下の範囲が適切と考えられる。留め金１７は、変形温度がこの範囲の値に設定されることにより、好適なタイミングで底板１３を開けることができる。

また、底板１３の小孔１５の径は、回収する燃料デブリ６のサイズに応じて、任意に設定することができる。例えば、２〜５ｍｍ以上のサイズの燃料デブリ６を回収する場合は、小孔１５の径を２〜５ｍｍ程度に設定することが好ましい。

以上の通り、第１実施形態に係る回収容器７によれば、外部からの信号入力や電源供給等が不要な自律的な安全対策機能を備え、自律的に再臨界を停止させることができる。
また、第１実施形態に係る回収装置１によれば、燃料デブリ６の回収中に、万が一、再臨界が発生した場合であっても、回収容器７の自律的な安全対策機能によって、自動的に再臨界を停止させることができ、その結果、水の中に混入している燃料デブリ６を安全に回収することができる。

［第２実施形態］
第１実施形態に係る回収装置１は、他の場所から混入水５を貯水施設２まで移送して、移送された混入水５の中から燃料デブリ６を回収する構成になっている。

これに対して、第２実施形態は、燃料デブリ６が混入された混入水５を貯留水３として貯水施設２に溜めておき、その貯留水３の中から燃料デブリ６を回収する回収装置１Ａを提供する。

＜放射性物質の破砕片の回収装置の構成及び動作＞
以下、図３を参照して、第２実施形態に係る回収装置１Ａの構成及び動作につき説明する。図３は、第２実施形態に係る回収装置１Ａの概略構成及び動作を示す模式図である。図３は、第２実施形態に係る回収装置１Ａを用いて、燃料デブリ６を回収する原理を示している。図３（ａ）は、燃料デブリ６の回収中の回収装置１Ａの動作状態を示している。また、図３（ｂ）は、再臨界が発生した場合の回収装置１Ａの動作状態を示している。

図３に示すように、第２実施形態に係る回収装置１Ａは、燃料デブリ６が混入された混入水５を貯留水３として貯水施設２Ａ（例えば、水槽やプール、タンク等）に溜める構成になっている。したがって、回収装置１Ａは、燃料デブリ６が貯留水３の中に散在してしまい、その貯留水３を貯水施設２Ａに溜めた状態で管理している。

回収装置１Ａは、水中に、吸込管２１と水中ポンプ２２と接続配管２３とが設けられている。また、回収装置１Ａは、水面付近に、第２実施形態に係る回収容器２０が設けられている。

吸込管２１は、一端が貯水施設２Ａに溜められた貯留水３の中に開放され、他端が水中ポンプ２２に接続された管である。
水中ポンプ２２は、貯水施設２Ａに貯留水３として溜められた混入水５を吸い込み、他の場所（ここでは、回収容器２０）に移送する移送手段である。
接続配管２３は、一端が水中ポンプ２２に接続され、他端が回収容器２０に接続された管である。

接続配管２３は、他端が上方向を向くように、途中で略Ｌ字状に湾曲した構成になっている。以下、接続配管２３の他端を「接続配管２３の上端」と称する場合がある。回収容器２０は、底部の中央付近に接続管３１（図４参照）が設けられており、その接続管３１によって接続配管２３の上端の上に装着される構成になっている。回収容器２０は、接続配管２３の上端から取り外されることによって、他の回収容器２０に交換することが可能である。接続配管２３は、接続配管２３の自重と回収容器２０の荷重とを支える剛性を有している。これにより、回収装置１Ａは、回収容器２０を安定した状態で設置することができる。

接続配管２３は、ストッパ２４が、上端の近傍に設けられている。ストッパ２４は、回収容器２０を所定の位置に固定する部材である。ここでは、ストッパ２４は、回収容器２０を、回収容器２０の上部が水面から上に出る位置に固定しているものとして説明する。

回収容器２０は、混入水５から燃料デブリ６を回収する容器である。回収装置１Ａは、図３（ａ）に示すように、回収容器２０の底部に設けられた接続管３１（図４参照）から貯留水３を混入水５として回収容器２０の内部に流入させる。回収容器２０は、内部で混入水５を流動させた後、底板１３の小孔１５が、一定サイズ以上の燃料デブリ６を透過させずに、水を透過させる。これによって、回収容器２０は、底板１３の上に燃料デブリ６を集積させる。底板１３の上に集積された燃料デブリ６は、任意のタイミングで、回収容器２０を回収装置１Ａから取り外して別の施設に移送することによって、そこで回収される。この場合、例えば、別の回収容器２０が、新たに回収装置１Ａに設置される。その結果、回収装置１Ａは、引き続き、混入水５の中から一定サイズ以上の燃料デブリ６を分離して回収することができる。なお、回収装置１Ａは、回収容器２０の底板１３の小孔１５を透過した水を浄化水として貯留水３に戻す。これにより、回収装置１Ａは、貯水施設２Ａに溜まった貯留水３を徐々に浄化させることができる。

回収容器２０は、第１実施形態に係る回収容器７と同様に、底部に、底板１３が設けられている。そして、回収容器２０は、第１実施形態に係る回収容器７と同様に、燃料デブリ６の回収中に、万が一、再臨界が発生した場合の安全対策機能として、図３（ｂ）に示すように、底板１３を自動的に開ける機能を有している。回収容器２０は、この安全対策機能によって、底板１３の上に集積された燃料デブリ６を、一旦底板１３の上から貯水施設２Ａに溜められた貯留水３の中に落下させる。なお、貯留水３の中に落下された燃料デブリ６は、再臨界が停止した後に、任意のタイミングで、底板１３が閉じている回収容器２０が回収装置１Ａに設置されることによって、再度、回収装置１Ａで回収される。回収容器２０の詳細については、図４及び図５を参照して、後記する。

以下、混入水５（貯留水３）の中に混入している燃料デブリ６と、回収容器２０の底板１３の上に集積された燃料デブリ６と、貯留水３の中に落下した燃料デブリ６とを区別する場合に、混入水５（貯留水３）の中に混入している燃料デブリ６を「燃料デブリ６Ａａ」と称し、回収容器２０の底板１３の上に集積された燃料デブリ６を「燃料デブリ６Ａｂ」と称し、貯留水３の中に落下した燃料デブリ６を「燃料デブリ６Ａｃ」と称する。燃料デブリ６Ａｂ，６Ａｃのサイズは、水中ポンプ２２が水流を発生させたときに、水流と一緒に回収容器２０まで移動する程度の比較的小さなサイズである。

また、接続配管２３は、１乃至複数枚の拡散板２５が、上端の近傍のストッパ２４よりも下側の位置（すなわち、回収容器２０よりも下側の位置）に設けられている。拡散板２５は、回収容器２０の底板１３の上から落下する燃料デブリ６を複数の方向に拡散させるための板状の部材である。ここでは、複数枚の拡散板２５が接続配管２３に設けられている場合を想定して説明する。しかしながら、拡散板２５は、燃料デブリ６を複数の方向に拡散させることができれば、１枚で構成することも可能である。

＜放射性物質の破砕片の回収容器の構成及び動作＞
以下、図４及び図５を参照して、回収容器２０の構成及び動作につき説明する。図４及び図５は、それぞれ、第２実施形態に係る回収容器２０の構成を示す図である。図４は、回収容器２０の外観を示している。また、図５（ａ）は、下方向から見た回収容器２０の構成を示している。また、図５（ｂ）は、図５（ａ）に示すＡ−Ａ線に沿って切断した回収容器２０の断面構成を示している。また、図５（ｃ）は、図５（ａ）に示すＢ−Ｂ線に沿って切断した回収容器２０の断面構成を示している。図５（ｄ）は、再臨界が発生した場合の回収容器２０の動作状態を示している。

図４に示すように、回収容器２０は、容器本体１１Ａと、前記した底板１３とを有している。
容器本体１１Ａは、混入水５が内部に流入される部材である。容器本体１１Ａは、接続管３１と、ディフューザ３２と、容器外周壁３３とを備えている。
接続管３１は、接続配管２３に装着される管である。
ディフューザ３２は、回収容器２０の内部に流入された混入水５を全周に亘って略均等に吹き出す部材である。ディフューザ３２は、接続管３１に連なって構成されている。
容器外周壁３３は、回収容器２０の内部と外部とを仕切る壁部材である。図４に示す例では、容器外周壁３３は、円柱の上を略半球状のドームで封鎖された形状に形成されている。容器外周壁３３は、水も燃料デブリ６も外部に透過させない構成になっている。

図４及び図５に示すように、回収容器２０の容器本体１１Ａは、容器外周壁３３の底部の内周面側に、外周枠３４が設けられている。外周枠３４は、前記した底板１３が取り付けられる部位である。また、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、回収容器２０の容器本体１１Ａは、底部に、接続部材３５を備えている。接続部材３５は、接続管３１及びディフューザ３２を容器外周壁３３の底部の中央付近で支持する部材である。

回収容器２０は、前記した通り、第１実施形態に係る回収容器７と同様に、底部に、底板１３が設けられている。そして、回収容器２０は、前記した通り、第１実施形態に係る回収容器７と同様に、燃料デブリ６の回収中に、万が一、再臨界が発生した場合の安全対策機能として、図３（ｂ）に示すように、底板１３を自動的に開ける機能を有している。

図５（ａ）に示すように、第２実施形態では、底板１３は、第１実施形態と同様に、多数の小孔１５を有する金網１４によって構成されている。底板１３は、蝶番１６（図５（ｃ）参照）によって、容器外周壁３３の底部の内周側に設けられた外周枠３４に回動自在に取り付けられている。また、底板１３は、通常時に、回動しないように、形状記憶合金製の留め金１７（図５（ｃ）参照）によって、容器外周壁３３の底部の中央付近に設けられた接続管３１に固定されている。これにより、回収容器２０は、底板１３を、底部の接続管３１付近から外側に向けて開ける構成にすることができる。

係る構成において、燃料デブリ６の回収は、以下のようにして行われる。
まず、回収装置１Ａは、水中ポンプ２２（図３（ａ）参照）を稼動する。このとき、水中ポンプ２２は、貯水施設２Ａに溜められた貯留水３を混入水５として吸い込み、回収容器２０に移送する。混入水５は、接続管３１及びディフューザ３２を経由して回収容器２０の内部に流入し、容器外周壁３３に沿って流れの向きを変えながら、ディフューザ３２と容器外周壁３３との間を通過して、底板１３に至る。

回収容器２０は、通常時（通常の燃料デブリ６の回収時）に、内部の温度が常温になっている。そのため、このとき、図５（ｃ）に示すように、回収容器２０は、底板１３が、蝶番１６と留め金１７とによって支えられた状態になっている。つまり、このとき、回収容器２０は、図３（ａ）に示すように、底板１３の小孔１５（図５（ａ）参照）によって、水を透過させて、燃料デブリ６Ａｂを底板１３の上に集積させる状態になっている。

したがって、回収装置１Ａは、燃料デブリ６Ａａが混入している貯留水３を混入水５として回収容器２０の内部に流入させることによって、燃料デブリ６Ａａを燃料デブリ６Ａｂとして回収容器２０の底板１３の上に集積させる。これにより、回収装置１Ａは、燃料デブリ６Ａｂを回収することができる。

一方、回収容器２０は、燃料デブリ６の回収中に、万が一、再臨界が発生して、底板１３の上に集積された燃料デブリ６Ａｂが発熱した場合に、内部の温度が上昇する。そのため、このとき、図５（ｄ）に示すように、回収容器２０は、留め金１７が、燃料デブリ６Ａｂの熱によって変形する。これによって、留め金１７は、底板１３の固定を自動的に解く。

したがって、回収装置１Ａは、燃料デブリ６の回収中に、万が一、再臨界が発生して、回収容器２０の底板１３の上に集積された燃料デブリ６Ａｂが発熱した場合に、燃料デブリ６の熱によって、回収容器２０の底板１３を固定している形状記憶合金製の留め金１７を自動的に変形させる。これによって、回収装置１Ａは、回収容器２０の底板１３の固定を自動的に解かせる。

その結果、回収容器２０は、燃料デブリ６Ａｂ及び底板１３の荷重によって、底板１３が、蝶番１６とともに、自動的に下方向に開いて、底板１３の上に集積された燃料デブリ６Ａｂを燃料デブリ６Ａｃとして貯水施設２Ａに溜められた貯留水３の中に落下させる。これにより、回収装置１Ａは、再臨界を安全に停止させることができる。

図３（ｂ）に示すように、回収容器２０の下側には、拡散板２５が設けられている。そのため、貯留水３の中に落下した燃料デブリ６Ａｃは、拡散板２５に衝突する。これにより、燃料デブリ６Ａｃは、拡散板２５が設けられていない場合よりも、複数の方向で、かつ、遠方に、拡散する。その結果、燃料デブリ６Ａｃは、拡散板２５が設けられていない場合よりも、デブリ間距離がさらに長くなる。これによって、回収装置１Ａは、効率よく再臨界を停止させることができる。

このような回収容器２０は、第１実施形態に係る回収容器７と同様に、万が一、再臨界が発生した場合の「安全対策機能」として、底板１３を自動的に開ける機能を有している。その「安全対策機能」は、形状記憶合金製の留め金１７の変形機能と、燃料デブリ６及び底板１３の荷重とを利用するものであり、外部からの信号入力や電源供給等が不要な自律的な構成によって実現している。

したがって、回収容器２０は、燃料デブリ６の回収中に、万が一、再臨界が発生した場合であっても、外部との間で信号の入力・転送を行ったり、外部から電源供給を受けたりすることなく、自律的に再臨界を停止させることができる。その結果、回収容器２０は、水の中に混入している燃料デブリ６を安全に回収することができる。

以上の通り、第２実施形態に係る回収容器２０によれば、第１実施形態に係る回収容器７と同様に、外部からの信号入力や電源供給等が不要な自律的な安全対策機能を備え、自律的に再臨界を停止させることができる。
また、第２実施形態に係る回収装置１Ａによれば、第１実施形態に係る回収装置１と同様に、燃料デブリ６の回収中に、万が一、再臨界が発生した場合であっても、回収容器２０の自律的な安全対策機能によって、自動的に再臨界を停止させることができ、その結果、水の中に混入している燃料デブリ６を安全に回収することができる。

＜回収容器の変形例＞
第２実施形態に係る回収容器２０は、例えば、図６に示す回収容器２０Ｂのように、変形することができる。図６は、第２実施形態に係る回収容器２０の変形例である回収容器２０Ｂの構成を示す図である。

図６に示すように、回収容器２０Ｂは、容器外周壁３３の内部に、間仕切り板３６を有している。間仕切り板３６は、回収容器２０Ｂの内部を仕切る板である。間仕切り板３６は、回収容器２０Ｂの内部を通過する水流と平行な向き（図示例では、上下方向）に配置されている。

間仕切り板３６は、底板１３の上に回収された燃料デブリ６Ａｂの再臨界を抑制するために、ホウ素（ボロン）等を含む鋼材によって構成されている。このような回収容器２０Ｂは、間仕切り板３６によって、効率よく燃料デブリ６Ａｂの再臨界を抑制することができる。

［第３実施形態］
第３実施形態は、第２実施形態に係る回収容器２０と同様の構成で、回収容器２０よりも、運搬性及び交換作業性を向上させた回収容器２０Ｃを提供する。また、第３実施形態は、その回収容器２０Ｃの水切りを可能にした回収装置１Ｃを提供する。ここでは、「水切り」とは、回収容器２０Ｃの内部から水を抜く作業を意味している。

以下、図７〜図９を参照して、第３実施形態に係る回収装置１Ｃ及び回収容器２０Ｃの構成及び動作につき説明する。図７は、第３実施形態に係る回収装置１Ｃの概略構成及び動作を示す模式図である。図７は、第３実施形態に係る回収装置１Ｃを用いて、燃料デブリ６を回収する原理を示している。図８及び図９は、それぞれ、第３実施形態に係る回収容器２０Ｃの構成を示す図である。図８（ａ）は、上方向から見た回収容器２０Ｃの構成を示している。また、図８（ｂ）は、下方向から見た回収容器２０Ｃの構成を示している。また、図８（ｃ）は、図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すＡ−Ａ線に沿って切断した回収容器２０Ｃの断面構成を示している。図９（ａ）及び図９（ｂ）は、回収容器２０Ｃの鳥瞰図である。図９（ａ）は、運搬時の回収容器２０Ｃの状態を示している。図９（ｂ）は、水切り時の回収容器２０Ｃの状態を示している。

図７に示すように、第３実施形態に係る回収装置１Ｃは、第２実施形態に係る回収装置１Ａ（図３参照）と比較すると、燃料デブリ６が混入された混入水５を貯留水３として貯水施設２Ａ（例えば、水槽やプール、タンク等）に溜める点、水中に、吸込管２１と水中ポンプ２２と接続配管２３とが設けられている点、貯水施設２Ａに溜められた貯留水３を混入水５として回収容器２０Ｃに移送して、回収容器２０Ｃの底板１３の上に燃料デブリ６を集積させる点で、同様の構成になっている。

ただし、図７に示すように、第３実施形態に係る回収装置１Ｃは、第２実施形態に係る回収装置１Ａ（図３参照）と比較すると、（１）回収容器２０の代わりに、運搬用金具４１を有する回収容器２０Ｃを用いる点、及び、（２）貯水施設２０Ａの上で回収容器２０Ｃを支持するポール５３を有する点で相違している。

図８及び図９に示すように、回収容器２０Ｃは、回収容器２０（図４及び図５参照）と比較すると、運搬用金具４１が容器外周壁３３の上に設けられている点で相違しており、それ以外は回収容器２０と同様の構成になっている。運搬用金具４１は、図９（ａ）に示すように、クレーン５１で牽引したり、図７及び図９（ｂ）に示すように、ポール５３に引っ掛けたりするための金具である。

なお、ポール５３は、図７及び図９（ｂ）に示すように、貯水施設２Ａの上で回収容器２０Ｃを支持する支持体である。ここでは、図９（ｂ）に示すように、２本のポール５３が貯水施設２Ａの縁から貯水施設２Ａの上に横向きに張り出して設けられている場合を想定して説明する。

図９に示す例では、運搬用金具４１は、垂直に交差する２枚の板材によって構成されている。運搬用金具４１を構成する２枚の板材のそれぞれの端部付近には、ワイヤ５２やポール５３が通されるフック４２が設けられている。

回収装置１Ｃは、図９（ａ）に示すように、ワイヤ５２をフック４２に引っ掛け、そのワイヤ５２をクレーン５１で牽引することによって、回収容器２０Ｃを運搬することができる。また、回収装置１Ｃは、図９（ｂ）に示すように、回収容器２０Ｃのフック４２をポール５３に引っ掛けることができる。

このような回収装置１Ｃは、例えば、図７に示すように、接続配管２３の上端に装着されていた回収容器２０Ｃ（以下、「回収容器２０Ｃａ」と称する）を接続配管２３から取り外して、ポール５３の設置場所まで移送し、ポール５３に回収容器２０Ｃａを保持させることができる。これによって、回収装置１Ｃは、回収容器２０Ｃａを貯留水３の上で任意の期間保持して、水切りを行うことができる。これにより、回収装置１Ｃは、回収容器２０Ｃの中から水が抜かれた状態で燃料デブリ６を回収することができる。

また、回収装置１Ｃは、任意の場所に保管されていた別の回収容器２０Ｃ（以下、「回収容器２０Ｃｂ」と称する）を接続配管２３の設置場所まで移送し、接続配管２３の上端に装着させることができる。つまり、回収装置１Ｃは、例えば、一定量以上の燃料デブリ６が回収容器２０Ｃａの底板１３の上に集積された場合に、収容器２０Ｃａを接続配管２３から取り外して、別の回収容器２０Ｃｂと容易に交換することができる。したがって、回収容器２０Ｃは、第２実施形態に係る回収容器２０よりも、運搬性及び交換作業性を向上させることができる。

係る構成において、燃料デブリ６の回収は、以下のようにして行われる。
まず、回収装置１Ｃは、回収容器２０Ｃａを接続配管２３の上端に装着する。
次に、回収装置１Ｃは、水中ポンプ２２（図７参照）を稼動する。このとき、水中ポンプ２２は、貯水施設２Ａに溜められた貯留水３を混入水５として吸い込み、回収容器２０Ｃａに移送する。混入水５は、接続管３１及びディフューザ３２を経由して回収容器２０Ｃａの内部に流入し、容器外周壁３３に沿って流れの向きを変えながら通過し、底板１３に至る。

回収容器２０Ｃａは、通常時（通常の燃料デブリ６の回収時）に、内部の温度が常温になっている。そのため、このとき、回収容器２０Ｃａは、底板１３が、蝶番１６と留め金１７とによって支えられた状態になっている。つまり、このとき、回収容器２０Ｃａは、底板１３の小孔１５（図８（ｂ）参照）によって、水を透過させて、燃料デブリ６Ａｂを底板１３の上に集積させる状態になっている。

したがって、回収装置１Ｃは、燃料デブリ６Ａａが混入している貯留水３を混入水５として回収容器２０Ｃａの内部に流入させることによって、燃料デブリ６Ａａを燃料デブリ６Ａｂとして回収容器２０Ｃａの底板１３の上に集積させる。これにより、回収装置１Ｃは、燃料デブリ６Ａｂを回収することができる。

そして、回収装置１Ｃは、燃料デブリ６Ａｂがある程度回収容器２０Ｃａの内部に溜ったら、水中ポンプ２２を停止する。この後、回収容器２０Ｃａは、作業員によって、ワイヤ５２（図９（ａ）参照）が運搬用金具４１のフック４２に引っ掛けられる。

そして、回収装置１Ｃは、ワイヤ５２をクレーン５１で牽引することによって、回収容器２０Ｃを接続配管２３から取り外す。この後、回収装置１Ｃは、回収容器２０Ｃをポール５３の設置場所まで移送し、回収容器２０Ｃａの運搬用金具４１のフック４２を、貯留水３の上に横向きに張り出している２本のポール５３に引っ掛ける。これによって、回収装置１Ｃは、回収容器２０Ｃａを貯留水３の上で任意の期間保持することができる。

燃料デブリ６Ａｂは、回収容器２０Ｃａの底板１３の上に集積されている。そのため、回収容器２０Ｃａを貯留水３の上で保持することは、水切り作業を行うことを意味している。したがって、回収装置１Ｃは、貯留水３の上で回収容器２０Ｃａを任意の期間保持することによって、水切り作業を行うことができる。

なお、回収容器２０Ｃａは、水切り作業中に、万が一、再臨界が発生して、底板１３の上に集積された燃料デブリ６Ａｂが発熱した場合に、内部の温度が上昇する。そのため、このとき、回収容器２０Ｃａは、留め金１７が、燃料デブリ６Ａｂの熱によって変形する。これによって、留め金１７は、底板１３の固定を自動的に解く。

したがって、回収装置１Ｃは、水切り作業中に、万が一、再臨界が発生して、回収容器２０Ｃａの底板１３の上に集積された燃料デブリ６Ａｂが発熱した場合に、燃料デブリ６の熱によって、回収容器２０Ｃａの底板１３を固定している形状記憶合金製の留め金１７を自動的に変形させる。これによって、回収装置１Ｃは、回収容器２０Ｃａの底板１３の固定を自動的に解かせる。

その結果、回収容器２０Ｃａは、燃料デブリ６Ａｂ及び底板１３の荷重によって、底板１３が、蝶番１６とともに、自動的に下方向に開いて、底板１３の上に集積された燃料デブリ６Ａｂを燃料デブリ６Ａｃとして貯水施設２Ａに溜められた貯留水３の中に落下させる。これにより、回収装置１Ｃは、水抜き中に発生した再臨界を安全に停止させることができる。

なお、回収装置１Ｃは、水切り作業と並行して、任意の場所に保管されていた別の回収容器２０Ｃｂを接続配管２３の設置場所まで移送し、接続配管２３の上端に装着させる。これによって、回収装置１Ｃは、回収容器２０Ｃの交換作業を容易に行って、燃料デブリ６の回収作業を安全かつ効率的に継続することができる。

以上の通り、第３実施形態に係る回収容器２０Ｃによれば、第２実施形態に係る回収容器２０と同様に、外部からの信号入力や電源供給等が不要な自律的な安全対策機能を備え、自律的に再臨界を停止させることができる。
しかも、回収容器２０Ｃによれば、第２実施形態に係る回収容器２０よりも、運搬性及び交換作業性を向上させることができる。また、水切り作業を容易に行うことができる。

また、第３実施形態に係る回収装置１Ｃによれば、第２実施形態に係る回収装置１Ａと同様に、燃料デブリ６の回収中に、万が一、再臨界が発生した場合であっても、回収容器２０Ｃの自律的な安全対策機能によって、自動的に再臨界を停止させることができ、その結果、水の中に混入している燃料デブリ６を安全に回収することができる。
しかも、回収装置１Ｃによれば、第２実施形態に係る回収装置１Ａよりも、回収容器２０Ｃの運搬作業、交換作業、及び、水切り作業を容易に行うことができる。

［第４実施形態］
第２実施形態に係る回収装置１Ａは、浄化水を貯水施設２Ａに戻す構成になっている。
これに対して、第４実施形態は、浄化水を貯水施設２Ａとは異なる他の貯水施設２Ｂに移送する回収装置１Ｄを提供する。

＜放射性物質の破砕片の回収装置の構成及び動作＞
以下、図１０を参照して、第４実施形態に係る回収装置１Ｄの構成及び動作につき説明する。図１０は、第４実施形態に係る回収装置１Ｄの概略構成及び動作を示す模式図である。図１０は、第４実施形態に係る回収装置１Ｄを用いて、燃料デブリ６を回収する原理を示している。

図１０に示すように、第４実施形態に係る回収装置１Ｄは、第２実施形態に係る回収装置１Ａ（図３参照）と比較すると、貯水施設２Ａに溜められた貯留水３の中に混入している燃料デブリ６を回収する点で、同様の構成になっている。

ただし、図１０に示すように、第４実施形態に係る回収装置１Ｄは、第２実施形態に係る回収装置１Ａ（図３参照）と比較すると、（１）回収容器２０の代わりに、第４実施形態に係る回収容器２０Ｄを用いる点、（２）水中（貯水施設２Ａの中）に設けられていた吸込管２１及び水中ポンプ２２が削除される代わりに、吸込管６１と、貯水施設２Ａの外に設けられたポンプ６２と、吐出管６３とを備える点、（３）ポンプ制御装置６４と温度計ＳＮ１，ＳＮ２と線量計ＳＮ３とを備える点、及び、（４）燃料デブリ６を分離した後の浄化水を貯留水３に戻し、貯留水３を一つの貯水施設２Ａの内部で循環させながら、燃料デブリ６を回収するのではなく、燃料デブリ６を分離した後の浄化水を貯水施設２Ａとは異なる別の貯水施設２Ｂ（例えば、水槽やプール、タンク等）に移送しながら、燃料デブリ６を回収する点で相違している。

なお、回収容器２０Ｄは、第２実施形態に係る回収容器２０と同様の構成で、吸込管６１と接続するための接続管３８が上部に設けられた容器である。回収容器２０Ｄは、貯水施設２Ａに溜められた貯留水３の中に開放された接続配管２３の上端に装着されている。なお、接続配管２３の上端の近傍には、回収容器２０Ｄを固定するためのストッパ２４が設けられている。回収容器２０Ｄの詳細については、図１１を参照して、後記する。

また、吸込管６１は、一端が回収容器２０Ｄに接続され、他端がポンプ６２に接続された管である。
ポンプ６２は、水を移送する移送手段である。
吐出管６３は、一端がポンプ６２に接続され、他端が貯水施設２Ｂに接続された管である。

また、ポンプ制御装置６４は、ポンプ６２を制御する機能手段である。
温度計ＳＮ１は、ポンプ６２の温度を検出するセンサである。
温度計ＳＮ２は、回収容器２０Ｄの内部の温度を検出するセンサである。
線量計ＳＮ３は、回収容器２０Ｄの内部の放射線量を検出するセンサである。

回収装置１Ｄは、第２実施形態に係る回収装置１Ａと同様に、燃料デブリ６が貯留水３の中に散在してしまい、その貯留水３を貯水施設２Ａに溜めた状態で管理している。回収装置１Ｄは、接続配管２３、回収容器２０Ｄ、吸込管６１、ポンプ６２、吐出管６３が設置される。

ポンプ６２は、吸込管６１を介して回収容器２０Ｄに接続されており、また、吐出管６３を介して貯水施設２Ｂに接続されている。ポンプ６２は、吸込管６１を介して回収容器２０Ｄの内部の混入水５を吸い込む。このとき、回収容器２０Ｄは、後記する金網３９によって、混入水５を燃料デブリ６と浄化水７１とに分離する。その結果、ポンプ６２は、吸込管６１を介して、浄化水７１を吸い込み、さらに、吐出管６３を介して、吸い込んだ浄化水７１を貯水施設２Ｂに移送する。これにより、回収装置１Ｄは、浄化水７１を貯水施設２Ｂに溜めることができる。

＜放射性物質の破砕片の回収容器の構成及び動作＞
以下、図１１を参照して、回収容器２０Ｄの構成及び動作につき説明する。図１１（ａ）は、下方向から見た回収容器２０Ｄの構成を示している。また、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）に示すＢ−Ｂ線に沿って切断した回収容器２０Ｄの断面構成を示している。

図１１に示すように、回収容器２０Ｄは、第１実施形態に係る回収容器２０と比較すると、（１）容器外周壁３３の代わりに、容器外周壁３３Ｄを備えている点、及び、（２）底板１３が、金網１４の代わりに、メッシュ材３７によって構成されている点で相違しており、これら以外は同様の構成になっている。

第４実施形態に係る容器外周壁３３Ｄは、上部に、接続管３８が設けられている。接続管３８は、吸込管６１（図１０参照）が接続される管である。接続管３８は、下端の開口部を覆うように、金網３９が設けられている。金網３９は、回収容器２０Ｄの内部の混入水５を燃料デブリ６と浄化水７１とに分離する部材である。

メッシュ材３７は、金網３９よりも目の細かい部材である。メッシュ材３７は、回収容器２０Ｄの底板１３として用いられており、燃料デブリ６がその上に集積される。

なお、回収容器２０Ｄは、第２実施形態に係る回収容器２０と同様に、接続管３１及びディフューザ３２を接続部材３５によって容器外周壁３３Ｄの底部の中央付近で支持している。

また、回収容器２０Ｄは、第２実施形態に係る回収容器２０と同様に、底板１３（メッシュ材３７）が蝶番１６によって、容器外周壁３３Ｄの底部の内周側に設けられた外周枠３４に回動自在に取り付けられている。

また、回収容器２０Ｄは、第２実施形態に係る回収容器２０と同様に、底板１３（メッシュ材３７）が通常時に回動しないように、底板１３を形状記憶合金製の留め金１７によって容器外周壁３３Ｄの底部の中央付近に設けられた接続管３１に固定されている。

係る構成において、燃料デブリ６の回収は、以下のようにして行われる。
まず、回収装置１Ｄは、ポンプ６２（図１０参照）を稼動する。このとき、ポンプ６２は、回収装置１Ｄの接続管３８及び吸込管６１を介して、回収容器２０Ｄの内部の混入水５を吸い込む。このとき、燃料デブリ６は、接続管３８に設けられた金網３９を透過できない。一方、水の多くは、金網３９を透過することができる。そのため、回収容器２０Ｄは、金網３９によって、混入水５を燃料デブリ６と浄化水７１とに分離する。その結果、ポンプ６２は、回収装置１Ｄの接続管３８及び吸込管６１を介して、浄化水７１を吸い込む。

また、このとき、回収容器２０Ｄは、浄化水７１がポンプ６２に吸い込まれることに伴って、接続配管２３介して貯水施設２Ａに溜められた貯留水３を混入水５として吸い込む。混入水５は、接続管３１及びディフューザ３２を経由して回収容器２０Ｄの内部に流入し、金網３９に至る。このとき、回収容器２０Ｄは、金網３９によって、吸い込まれた混入水５を燃料デブリ６と浄化水７１とに分離する。その結果、ポンプ６２は、貯水施設２Ａに溜められた貯留水３から抽出された浄化水７１を吸い込む。

また、このとき、燃料デブリ６と水の一部は、容器外周壁３３Ｄに沿って流れの向きを変えながら、ディフューザ３２と容器外周壁３３Ｄとの間を通過して、底板１３（メッシュ材３７）に至る。

回収容器２０Ｄは、通常時（通常の燃料デブリ６の回収時）に、内部の温度が常温になっている。そのため、このとき、回収容器２０Ｄは、底板１３が、蝶番１６と留め金１７とによって支えられた状態になっている。つまり、このとき、回収容器２０Ｄは、底板１３（メッシュ材３７）によって、水を透過させて、燃料デブリ６Ａｂを底板１３の上に集積させる状態になっている。

したがって、回収装置１Ｄは、燃料デブリ６Ａａが混入している貯留水３を混入水５として回収容器２０Ｄの内部に流入させることによって、燃料デブリ６Ａａを燃料デブリ６Ａｂとして回収容器２０Ｄの底板１３（メッシュ材３７）の上に集積させる。これにより、回収装置１Ｄは、燃料デブリ６Ａｂを回収することができる。

なお、金網３９及びメッシュ材３７は、ともに、水を透過させるものの、燃料デブリ６を透過させないという機能を有している。しかしながら、金網３９は、メッシュ材３７よりも目が粗く、透過抵抗が小さい。そのため、回収装置１Ｄは、流量が大きい場所に、透過抵抗が比較的小さい金網３９を配置し、一方、流量が小さい場所に、透過抵抗が比較的大きいメッシュ材３７を配置している。

ポンプ６２は、回収容器２０Ｄの接続管３８と吸込管６１とを介して、回収容器２０Ｄの金網３９を通過した浄化水７１を吸い込むと、吐出管６３を介して、吸い込んだ浄化水７１を貯水施設２Ｂまで移送し、貯水施設２Ｂに流入させる。その結果、浄化水７１が、貯水施設２Ｂに溜められる。

回収装置１Ｄは、燃料デブリ６の回収作業を続けると、貯水施設２Ａに貯留している貯留水３の水位が低下する。そのため、回収装置１Ｄは、給水配管４から不足分の混入水５を供給する。

なお、回収装置１Ｄは、発熱を伴う異常がポンプ６２に発生した場合に、ポンプ６２を自動的に停止させる機能が付与されている。この機能は、例えば、回収装置１Ｄを以下のように構成することによって、実現される。例えば、回収装置１Ｄのポンプ制御装置６４は、燃料デブリ６の回収中に、温度計ＳＮ１によって検出されるポンプ６２の温度を監視する。ポンプ制御装置６４は、温度計ＳＮ１によって検出された値に基づいて、発熱を伴う異常がポンプ６２に発生した場合に、ポンプ６２を停止させる。

また、回収装置１Ｄは、万が一、再臨界が発生した場合に、ポンプ６２を自動的に停止させる機能が付与されている。この機能は、例えば、回収装置１Ｄを以下のように構成することによって、実現される。例えば、回収装置１Ｄのポンプ制御装置６４は、温度計ＳＮ２によって検出される回収容器２０Ｄの内部の温度を監視するとともに、温度計ＳＮ３によって検出される回収容器２０Ｄの内部の放射線量を監視する。そして、ポンプ制御装置６４は、万が一、再臨界が発生して、回収容器２０Ｄの底板１３（メッシュ材３７）の上に集積された燃料デブリ６Ａｂが発熱した場合に、温度計ＳＮ２及び線量計ＳＮ３によって検出された値に基づいて、再臨界の発生を検出し、ポンプ６２を停止させる。

なお、これらの機能は、異常の発生を検知する機能と、異常の発生が検知されたときに、異常の発生を通知する通知信号をポンプ制御装置６４に出力する機能とを温度計ＳＮ１，ＳＮ２及び線量計ＳＮ３に持たせ、温度計ＳＮ１，ＳＮ２及び線量計ＳＮ３のいずれかから通知信号がポンプ制御装置６４に出力された場合に、ポンプ制御装置６４がこれに応答してポンプ６２を停止させることによって、実現することもできる。

ただし、このようなポンプ６２を自動的に停止させる機能は、温度計ＳＮ１，ＳＮ２や線量計ＳＮ３等のセンサとポンプ制御装置６４とが、全て、正常で、かつ、必要な電源が供給されていることを前提にする。

また、回収容器２０Ｄは、第２実施形態に係る回収容器２０と同様に、燃料デブリ６の回収中に、万が一、再臨界が発生した場合の「安全対策機能」として、底板１３（メッシュ材３７）を自動的に開ける機能を有している。

すなわち、回収装置１Ｄは、燃料デブリ６の回収中に、万が一、再臨界が発生して、回収容器２０Ｄの底板１３（メッシュ材３７）の上に集積された燃料デブリ６Ａｂが発熱した場合に、燃料デブリ６の熱によって、回収容器２０Ｄの底板１３を固定している形状記憶合金製の留め金１７を自動的に変形させる。これによって、回収装置１Ｄは、回収容器２０Ｄの底板１３の固定を自動的に解かせる。

その結果、回収容器２０Ｄは、燃料デブリ６Ａｂ及び底板１３（メッシュ材３７）の荷重によって、底板１３が、蝶番１６とともに、自動的に下方向に開いて、底板１３の上に集積された燃料デブリ６Ａｂを燃料デブリ６Ａｃとして貯水施設２Ａに溜められた貯留水３の中に落下させる。これにより、回収装置１Ｄは、再臨界を安全に停止させることができる。

この「安全対策機能」は、形状記憶合金製の留め金１７の変形機能と、燃料デブリ６及び底板１３の荷重とを利用するものであり、外部からの信号入力や電源供給等が不要な自律的な構成によって実現している。

なお、第４実施形態に係る回収装置１Ｄは、ポンプ６２を回収容器２０Ｄの出口側に接続した構成になっている。しかしながら、第４実施形態に係る回収装置１Ｄは、ポンプ６２とは別の図示せぬポンプ（又は、図示せぬ水中ポンプ）を用い、ポンプ６２と図示せぬポンプとを回収容器２０Ｄの入口側と出口側との双方に接続する構成にすることもできる。

以上の通り、第４実施形態に係る回収容器２０Ｄによれば、第２実施形態に係る回収容器２０と同様に、外部からの信号入力や電源供給等が不要な自律的な安全対策機能を備え、自律的に再臨界を停止させることができる。

また、第４実施形態に係る回収装置１Ｄによれば、第２実施形態に係る回収装置１Ａと同様に、燃料デブリ６の回収中に、万が一、再臨界が発生した場合であっても、回収容器２０Ｄの自律的な安全対策機能によって、自動的に再臨界を停止させることができ、その結果、水の中に混入している燃料デブリ６を安全に回収することができる。
しかも、回収装置１Ｄによれば、第２実施形態に係る回収装置１Ａと比較すると、浄化水を貯水施設２Ａとは別の貯水施設２Ｂに集めることができる。

本発明は、前記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、前記した実施形態は、本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

本発明は、原子力施設で使用する核燃料物質が破損し、比較的小さな大きさの燃料破砕片（デブリ）が散在してしまった場合に、散在している中で比較的小さな大きさのデブリを回収する作業に好適である。
また、水中で核燃料物質や比較的大きな大きさの破損燃料片を切断する場合に、切断作業で発生する比較的小さな大きさのデブリを回収する作業にも適用できる。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ 回収装置
２，２Ａ，２Ｂ 貯水施設（水槽）
３ 貯留水
４ 給水配管
５ 混入水
６（６ａ，６ｂ，６ｃ） 核燃料物質の破砕片（燃料デブリ）
７，２０，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ 回収容器
８ 支持材
９ 排水管
１１，１１Ａ 容器本体
１２ 開口部
１３ 底板（回収部）
１４ 金網
１５ 小孔
１６ 蝶番
１７ 留め金（固定部材）
２１ 吸込管
２２ 水中ポンプ
２３ 接続配管
２４ ストッパ
２５ 拡散板
３１ 接続管
３２ ディフューザ
３３，３３Ａ，３３Ｄ 容器外周壁
３４ 外周枠
３５ 接続部材
３６ 間仕切り板
３７ メッシュ材
３８ 接続管
３９ 金網
４１ 運搬用金具
４２ フック
５１ クレーン
５２ ワイヤ
５３ ポール（支持体）
６１ 吸込管
６２ ポンプ
６３ 吐出管
６４ ポンプ制御装置
７１ 浄化水
ＳＮ１，ＳＮ２ 温度計
ＳＮ３ 線量計

Claims (19)

1. 少なくとも底部が貯水施設に溜められた水の中に浸かるように、当該貯水施設の上又は内部に配置される容器本体と、
   前記容器本体の前記底部に設けられた底板と、
   前記底板を前記容器本体に固定する固定部材とを有し、
   前記底板は、核燃料物質の破砕片が混入している混入水が前記容器本体の内部に流入された場合に、当該混入水の中に混入している一定サイズ以上の当該核燃料物質の破砕片を透過させずに、水を透過させることによって、当該底板の上に当該核燃料物質の破砕片を集積させる複数の小孔が設けられており、
   前記固定部材は、温度に応じて変形する形状記憶合金によって構成されており、前記底板の上に集積された前記核燃料物質の破砕片が発熱した場合に、当該核燃料物質の破砕片の熱によって変形して、前記底板の固定を解く
   ことを特徴とする放射性物質の破砕片の回収容器。
2. 前記底板は、前記小孔を有する、金網、パンチメタル板、メッシュ材、及び、不織布のいずれかによって構成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の放射性物質の破砕片の回収容器。
3. 前記固定部材が変形する温度は、５０℃以上で、かつ、１００℃以下の範囲に設定されている
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の放射性物質の破砕片の回収容器。
4. 前記底板は、蝶番によって回動自在に前記容器本体に取り付けられており、
   前記固定部材は、通常時に、前記底板が回動しないように、前記底板を前記容器本体に固定している
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の放射性物質の破砕片の回収容器。
5. 前記容器本体は、上部に、前記混入水が流入される開口部が設けられている
   ことを特徴とする請求項４に記載の放射性物質の破砕片の回収容器。
6. 前記容器本体は、前記底部に、前記混入水を移送する配管と接続される接続管を有しており、
   前記底板は、それぞれが前記接続管を中心にして放射状に配置されるように、複数枚に分断されており、
   前記蝶番は、前記複数枚に分断された底板のそれぞれに対応して、前記底部の外周付近に複数設けられており、
   前記固定部材は、前記複数枚に分断された底板のそれぞれに対応して、前記底部の前記接続管付近に複数設けられている
   ことを特徴とする請求項４に記載の放射性物質の破砕片の回収容器。
7. さらに、前記容器本体の内部に、間仕切り板を有しており、
   前記間仕切り板は、前記底板の上に集積された前記核燃料物質の破砕片の再臨界を抑制するためのホウ素を含む鋼材で構成されており、かつ、前記容器本体の内部を通過する水流と平行な向きに配置されている
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の放射性物質の破砕片の回収容器。
8. 回収容器の少なくとも底部が貯水施設に溜められた水の中に浸かるように、当該回収容器を当該貯水施設の上又は内部に配置し、
   核燃料物質の破砕片が混入している混入水を前記回収容器の内部に流入させて、当該回収容器の底板の上に当該核燃料物質の破砕片を集積させ、
   さらに、前記底板の上に集積された前記核燃料物質の破砕片が発熱した場合に、当該核燃料物質の破砕片の熱によって、当該回収容器の前記底板を固定している、温度に応じて変形する形状記憶合金によって構成された固定部材を変形させて、当該回収容器に前記底板の固定を解かせる
   ことを特徴とする放射性物質の破砕片の回収方法。
9. 前記混入水を貯留水として前記貯水施設に溜めておき、
   前記混入水を移送手段によって前記回収容器に流入させて、当該混入水に混入している前記核燃料物質の破砕片を当該回収容器の前記底板の上に集積させるとともに、当該底板を透過した浄化水を前記貯水施設に戻す
   ことを特徴とする請求項８に記載の放射性物質の破砕片の回収方法。
10. 前記混入水を前記貯水施設に溜めておき、
    前記混入水を移送手段によって前記回収容器に流入させて、当該混入水に混入している前記核燃料物質の破砕片を当該回収容器の前記底板の上に集積させるとともに、当該底板を透過した浄化水を前記貯水施設とは異なる別の貯水施設に移送する
    ことを特徴とする請求項８に記載の放射性物質の破砕片の回収方法。
11. 前記回収容器の下方に１乃至複数枚の拡散板を予め設けておき、
    前記固定部材が前記底板の固定を解いたときに、前記底板の上から落下する前記核燃料物質の破砕片を当該拡散板に衝突させて、当該核燃料物質の破砕片を複数の方向に拡散させる
    ことを特徴とする請求項８乃至請求項１０のいずれか一項に記載の放射性物質の破砕片の回収方法。
12. 前記回収容器は、前記貯留水が通る配管の上に、取り外し自在な状態で装着されており、一定量以上の前記核燃料物質の破砕片が前記底板の上に集積された場合に、当該配管から取り外されて別の回収容器と交換される
    ことを特徴とする請求項８乃至請求項１１のいずれか一項に記載の放射性物質の破砕片の回収方法。
13. 前記回収容器は、前記配管から取り外された後に、前記貯水施設の上で保持されることによって、水切りが行われ、さらに、水切りが行われている間に、前記底板の上に集積された前記核燃料物質の破砕片が発熱した場合に、前記底板の固定を解いて、前記核燃料物質の破砕片を前記底板の上から前記貯水施設に溜められた水の中に落下させる
    ことを特徴とする請求項１２に記載の放射性物質の破砕片の回収方法。
14. 水を溜める貯水施設と、
    少なくとも底部が前記貯水施設に溜められた水の中に浸かるように、当該貯水施設の上又は内部に配置され、温度に応じて変形する形状記憶合金によって構成された固定部材で、前記底部に設けられた底板を固定している回収容器と、
    核燃料物質の破砕片が混入している混入水を移送して前記回収容器の内部に流入させる移送手段とを有する
    ことを特徴とする放射性物質の破砕片の回収装置。
15. 前記移送手段は、前記貯水施設の内部に設けられ、前記貯水施設に貯留水として溜められた前記混入水を吸い込む水中ポンプとして構成されており、
    さらに、一端が前記貯水施設に溜められた前記貯留水の中に開放され、他端が前記水中ポンプに接続された吸込管と、
    一端が前記水中ポンプに接続され、他端が前記回収容器に接続された配管とを有する
    ことを特徴とする請求項１４に記載の放射性物質の破砕片の回収装置。
16. 前記移送手段は、前記貯水施設の外部に設けられ、前記回収容器を介して前記貯水施設に貯留水として溜められた前記混入水を吸い込むポンプとして構成されており、
    さらに、前記核燃料物質の破砕片が混入していない浄化水を溜めるための、前記貯水施設とは異なる別の貯水施設と、
    一端が前記貯水施設に溜められた前記貯留水の中に開放され、他端が前記回収容器に接続された配管と、
    一端が前記回収容器に接続され、他端が前記ポンプに接続された吸込管と、
    一端が前記ポンプに接続され、他端が前記別の貯水施設に接続された吐出管とを有する
    ことを特徴とする請求項１４に記載の放射性物質の破砕片の回収装置。
17. 前記配管の端部は、前記回収容器の装着及び取り外しが自在な形状になっており、
    前記配管は、当該配管の自重と前記回収容器の荷重とを支える剛性を有している
    ことを特徴とする請求項１５又は請求項１６に記載の放射性物質の破砕片の回収装置。
18. さらに、前記回収容器の下方に設けられ、前記回収容器の前記底板の上から落下する核燃料物質の破砕片と衝突して、当該核燃料物質の破砕片を複数の方向に拡散させる１乃至複数枚の拡散板を有する
    ことを特徴とする請求項１４乃至請求項１７のいずれか一項に記載の放射性物質の破砕片の回収装置。
19. 前記回収容器は、運搬に用いられる運搬用金具を備えており、
    さらに、前記回収容器の前記運搬用金具と係合して、前記貯水施設の上方で前記回収容器を支持する支持体を有している
    ことを特徴とする請求項１４乃至請求項１８のいずれか一項に記載の放射性物質の破砕片の回収装置。

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