JPH0418799B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、原子炉から取り出した使用済核燃料
の長期保存に関わり、より詳細には、使用済の核
燃料から発生する熱を放散する改良型フインを持
つ使用済燃料貯蔵用キヤスクに関する。

〈従来の技術〉 一般にこの種の容器は、高さが約4.8ｍで、容
器に設けられた冷却フインを除くと外径が約2.5
ｍである。使用済燃料を入れると、重量は100ト
ン（10万Kg）を越える。容器重量と寸法がこのよ
うに重くて大きいため、容器の取扱い及び輸送時
の手荒い処理又は事故により、容器本体から突き
出したフインは破損され易い。

周囲環境からの化学的な作用から炭素鋼を保護
するために、フインに処理を施しておくことが望
ましい。従来法では、炭素鋼の側面に幅約2.5cm
のステンレス鋼製のリボンを溶接により付着させ
て保護体とした。しかしながら、この方法は費用
が嵩むばかりでなく、熱歪を生じ、フインの外観
を損なうことになる。更に、フインのエツジ部分
を保護するようにステンレス鋼を付着させるのは
困難であつた。

〈発明が解決しようとする問題点〉 従つて、本発明の主要の目的は、容易に破損さ
れることがなく、保護表面層を溶接により付着さ
せた結果発生する熱歪による欠陥がなく、従来使
用されてきたフインよりも効率良く熱を放散でき
る改良型フインを備えた使用済核燃料貯蔵用キヤ
スクを提供することである。

〈問題点を解決するための手段〉 上記の目的に鑑み、本発明は、複数の細長いフ
インを設けた封入容器より成る使用済核燃料貯蔵
用キヤスクであつて、各フインが弯曲した頂部区
域で結合する一対の側部とキヤスク基材の周縁部
に取りつけた離間した基部縁部を持つ金属部材か
ら成り、保護金属層が前記金属部材の頂部区域と
各側部の少なくとも一部分とに接着されていて、
各フインの側部の中間に中性子を吸収する中性子
吸収物質が配設されていることを特徴とするキヤ
スクを提供せんとするものである。

を提供するものである。

〈実施例〉 以下の従来技術及び本発明の好ましい実施例に
関する以下の説明から本発明を明確に理解できる
ものと考える。

第１図に、核燃料を原子炉に供給するための代
表的な燃料集合体２０を示す。燃料集合体２０
は、下部ノズル２２及び上部ノズル２４を有し、
細長い燃料棒２６が中間部分に配設されている。
各燃料棒２６は、市販されている「ジルカロイ−
４」（Zircalloy−４）等のジルコニウム合金製の
円筒形ハウジングから成り、Ｕ−235が濃縮され
た核分裂性の燃料ペレツトが円筒形ハウジングに
充填されている。燃料集合体２６の内部には、移
動自在に取りつけられる制御棒（図示せず）及び
計測機器（図示せず）を入れるためにノズル２２
と２４の中間に配置された管状の案内部（図示せ
ず）がある。管状案内部の両端部はノズル２２及
び２４に取りつけられて、燃料棒２６の骨格支持
部を形成するが、これらの端部はノズル２２及び
２４に永続的に取りつけられているわけではな
い。支持格子２８は孔部を有し、燃料棒２６及び
管状案内部が上記孔部を貫通し、これらの部材が
一体にたばねられる。加圧水型原子炉用の商用燃
料集合体は、設計に従つて、179本から264本の燃
料棒から成る。燃料集合体は長さ約4.1ｍ、幅約
19.7cm、重さ約585Kg程度であるのが普通である
が、燃料集合体の設計の相違により寸法は異な
る。

加圧水型原子炉中で約３年間使用すると、燃料
集合体中のＵ−235が減損する。更に、燃料棒２
６の内部には、異なる半減期を持つ種々の核分裂
生成物が存在する。これらの核分裂生成物は、燃
料集合体２０を原子炉から取り出した際に、強い
放射能と熱を発生するので、水に硼酸塩類を溶解
させた溶液（以下、硼酸塩含有水という）を入れ
たプールに燃料集合体２０を移して、短期間貯蔵
する。第２図に、参照符号３０を付して貯蔵プー
ルを図示した。

プール３０の深さは、通常、12.2ｍ程度であ
る。プール３０の底部に配置された多数の使用済
燃料ラツク３２には、燃料集合体２０を鉛直向き
に収納する貯蔵スロツト３４が設けられている。
プール３０の底部には、キヤスクパツド３６が配
設されている。

燃料集合体２０がプール３０に貯蔵されている
間に、燃料棒２６の内部の使用済燃料の組成が変
化する。半減期の短い同位元素類は崩壊し、比較
的半減期の長い核分裂生成物の割合が増加する。
従つて、ある期間比較的はやく燃料集合体２０か
ら発生する放射能及び熱が減少し、熱及び放射能
の発生が極めて遅い状態に達する。しかしながら
このような低レベルの状態でも、燃料棒は極めて
長期間周囲環境から確実に隔離しなければならな
い。乾式貯蔵用キヤスクを用いる方法は、使用済
核燃料の長期保存の一つの形である。プール３０
の内部で10年間程度保存して核燃料集合体２０か
ら発生する熱が0.5乃至1.0キロワツト程度の所定
レベルにまで低下した後に、開口したキヤスクを
パツド３６に下げる。燃料集合体２０の形又は貯
蔵密度を高くするために燃料集合体から取り出し
た燃料棒を収納するコンソリデーシヨン・キヤニ
スタの形で使用済燃料を遠隔操作によりキヤスク
に移し入れた後、キヤスクに封をして硼酸塩含有
水を抜き取る。次にキヤスクをプール３０から取
り出し、地上の貯蔵区域に輸送して長期間貯蔵す
る。

第３図は、代表的な貯蔵用キヤスク３８の断面
図である。キヤスク３８は、床４２と、円筒形壁
部４４によつて形成される中空内面とを有する。
図示しなかつたが、中空内面には、使用済燃料を
受容する鉛直向きの貯蔵みぞ列を形成し、使用済
燃料から発生する熱を壁部４４に伝えて周囲へ放
散させる燃料支持マトリツクスが収納されてい
る。キヤスクの本体部４０は、厚さ約25cmで周囲
環境をガンマ線から保護する炭素鋼部分４６を有
する。炭素鋼部分４６は、厚さ約7.0cmの中性子
吸収物質４８で取り囲まれており、中性子吸収物
質は樹脂でもよい。中性子吸収物質４８の周囲に
は、キヤスク３８を周囲環境から保護するステン
レス鋼製の外層５０がある。キヤスク３８は、更
に使用済燃料を充填した後に密封するために本体
部４０にボルトで取りけけられた蓋部材（図示せ
ず）を有する。本体部４０と同様に、蓋部材は、
厚い炭素鋼部分と、中性子吸収層と、ステンレス
鋼製の外層とから成る。

第３図を参照して説明を続けると、キヤスク本
体部４０は、部分４６に溶接され中性子吸収物質
４８及び外層８０を貫通して延びる炭素鋼製の冷
却フイン５２を有する。フイン５２は細長い形状
であり、本体部材４０の軸と平行な軸を持つ。フ
イン５２は、良好な熱伝導体ではない中性子吸収
物質４８を通り抜けて熱を伝導させ、対流及び赤
外線放射により熱を周囲環境に運び出す。ジルコ
ニウム合金製のハウジングの劣化を防止するため
に、キヤスク３８の内部の燃料棒２６の温度を最
高許容温度、たとえば５℃以下の温度に保たなけ
ればならないので、効率的な熱の除去が必要にな
る。

第４図に示すように、キヤスク５８は、床６２
と、使用済燃料を貯蔵する円筒形空洞部を形成す
る内壁６４とを持つキヤスク本体部材６０から成
る。貯蔵時には、前記空洞部は、蓋部材（図示せ
ず）によつて密封される。本体部材６０は、24個
の細長いフイン６８が溶接された円筒形炭素鋼部
分６６を含む 第５図に示すように、各フイン６８は、斜面状
縁部７２で終端する側部７０と、斜面状縁部７６
で終端する側部７４とを有する。両側部７０及び
７４は、頂部区域７８で一体に結合する。側部７
０は全長溶接部８０により部分６６に接合され、
同様に、全長溶接部８２により側部７４が部分６
６に接合されている。斜面状縁部７２及７６は約
６cm離れており、側部７０及び７４の幅は約20cm
である（即ち、縁部７２又は７６から区域７８ま
での距離は約20cmである）。頂部区域７８におけ
る両側部７０と７４との成す角度は約22度であ
る。フイン６８の長さは特に制限されないが、本
体部材６０の底部から最上部にまでフインが実質
的に延伸しているのが好ましい。

次に、第６図を参照して、複合シート８３から
フイン６８を製造する方法について説明する。炭
素鋼８４から成るシートを機械加工して、斜面状
縁部７２及び７６をつくる。僅かに幅の狭いステ
ンレス策シート８６を炭素鋼に被覆固着させ、被
覆されない境界部８８を残しておく。被覆操作は
周知であり、たとえば現在使用されている合衆国
硬貨の幾種かは中央部の金属層が両側に被覆され
た異なる金属外層で覆われて強固に接合された異
種金属のサンドイツチから形成されている。基本
的には、ステンレス鋼８６を炭素鋼シート８４に
被覆するには、各シートの隣接面を完全に洗浄し
た後、加熱下でシートを合わせてロールで加圧す
ればよい。両金属が接合部分で拡散し合つて、ス
テンレス鋼が強固に炭素鋼と接合する。次に、軸
９０で複合シート８３を曲げて、頂部区域７８で
接合した側部７０及び７４を形成させる。

第４図及び第５図に示すように、ステレン鋼製
の外壁部９２にはフランジ９４が設けられてお
り、これらのフランジ９４は全長溶接部９６によ
り、側部７０及び７４のステレンス鋼８６に接合
されている。外壁部９２の上部及び底部は図示し
なかつた部材によつて閉鎖されて、ポケツト９８
を形成する。ポケツト９８には中性子吸収物質１
００が充填される。これに適した物質１００は、
イリノイ州、パーク・リツジ、ルネツサンス・ド
ライブ、1420のビスコ・プロダツク社（Bisco
Products，Inc.，1420 naissance Drive，Park
Ridge，Illinois）から商品番号NS−３の名称で
販売されている。この材料物質は樹脂状物であ
り、ポケツト９８に注入された後、ポケツト内部
で硬化する。同様の手順により、フイン６８内の
ポケツト１０２に中性子吸収物質１００を導入す
ることができる。ステンレス鋼製の端部プレート
１０６（第７図参照）をフイン６８に溶接するこ
とにより、フイン６８の底部（第６図参照）を閉
鎖した後、ポケツト１０２全体にNS−３を充填
する。充填完了後、端部プレート１０６をフイン
６８の上部１０８に溶接する。ポケツト１０２の
内部の物質１００は中性子遮蔽を行なうだけでな
く、フイン６８の機械的強度を高める。

第３図及び第４図を比較すればわかるように、
隣接するフイン５２の角度は、一つのフイン６８
の側部７０と隣接するフイン６８の側部７４との
成す角度よりも小さい。従つて、従来法のフイン
５２の側部から放射されて隣接するフイン５２に
当たる熱は、本発明によるフイン６８の側部から
放射されて隣接するフイン６８に当る熱よりも大
きい。

上述の説明から明らかなように、機械的強度が
大きく、熱放射特性が改良され、外観も良好な冷
却フインを持つ使用済燃料貯蔵用キヤスクが本発
明によつて提供される。更に、フインは周囲環境
からの保護が困難な急激な縁部変化を持つフイン
ではなく、弯曲した頂部区域を持つ。

上述の記載から明らかなように、本発明に種々
の修正、変更を加え応用範囲を変更することがで
き、これらの修正、変更及び異なる応用例は特許
請求の範囲及び均等物の範囲内に包まれるべきも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、代表的な燃料集合体の斜視図であ
る。第２図は、使用済の燃料集合体を短期間貯蔵
するプールの上面図である。第３図は、従来法の
使用済燃料貯蔵用用キヤスクの断面図である。第
４図は、本発明の貯蔵用キヤスクの断面図であ
り、周縁部に配置された改良型冷却フインを示す
図である。第５図は、第４図の部分５を示す詳細
図であり、改良型フインの１本の断面を示す図で
ある。第６図は、炭素鋼にステンレス鋼を被覆し
て形成され、本発明による改良型フインの製造に
使用される複合シートの前面図である。第７図
は、改良型フインの上部及び底部を封止する端部
プレートの斜視図である。 ５８…貯蔵用キヤスク、６０…封入キヤスク本
体部、６８…フイン、７０，７４…側部、７２，
７６…基部縁部、７８…弯曲頂部区域、８４…金
属部材、８６…保護金属層、１００…中性子吸収
物質。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 複数の細長いフインを設けた封入容器より成
   る使用済核燃料貯蔵用キヤスクであつて、各フイ
   ンが弯曲した頂部区域で結合する一対の側部とキ
   ヤスク基材の周縁部に取りつけた離間した基部縁
   部を持つ金属部材から成り、保護金属層が前記金
   属部材の頂部区域と各側部の少なくとも一部分と
   に接着されていて、各フインの側部の中間に中性
   子を吸収する中性子吸収物質が配設されているこ
   とを特徴とするキヤスク。 ２ 前記保護金属層が、前記金属部材に被覆され
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第１項に
   記載のキヤスク。 ３ 前記保護金属層がステンレス鋼から成り、前
   記金属部材が炭素鋼から成ることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項又は第２項に記載のキヤス
   ク。 ４ フインの各端部の側部の間に端部プレートが
   付着されていることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項、第２項又は第３項に記載のキヤスク。 ５ 前記の中性子吸収物質が樹脂状物質であり、
   液状でフインの側部の間に流れ込んで、内部で硬
   化した樹脂状物質であるこをと特徴とする特許請
   求の範囲第１項乃至第４項の何れかに記載のキヤ
   スク。