JPH0476598B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、原子炉から取り出した使用済原子燃
料の長期保存に関し、特に使用済燃料を支持し使
用済燃料から出る熱を消散させるバスケツトを有
する使用済燃料貯蔵キヤスクに関する。上記のバ
スケツトは、使用済燃料の貯蔵スロツトを提供し
熱をキヤスク壁部に伝える複数の格子組立体を持
つ。

原子炉に原子燃料を供給する代表的な燃料集合
体２０を第１図に示す。燃料集合体２０は、底部
ノズル２０及び上部ノズル２４を有し、これらの
ノズルの中間部分に細長い燃料棒２６が配設され
ている。各燃料棒２６は、たとえば市販の「ジル
カロイ−４」（Zircalloy−４）のようなジルコニ
ウム合金製の円筒形ハウジングを持ち、Ｕ−235
を濃縮した核分裂性の燃料ペレツトが充填されて
いる。燃料棒２６の集合体の内部のノズル２２と
２４との中間部分に管状の案内部材（図示せず）
が配設され、移動自在に取り付けられた制御棒
（図示せず）及び計測機器類（図示せず）を収納
している。これらの管状案内部材の両端部にはノ
ズル２２及び２４が取り付けられ、複数の燃料棒
２６の骨格支持体を形成しているが、燃料棒はノ
ズル２２及び２４に永続的に取り付けられてはい
ない。格子部材２８は孔部を持ち、燃料棒２６及
び管状案内部材が上記孔部を貫通して延伸し、こ
れらの部材が一体に束ねられている。加圧水型原
子炉用に市販されている燃料集合体は、設計に応
じて、179本から264本の燃料棒から成る。代表的
な燃料集合体の長さは約4.1ｍ、幅は約19.7cmで、
重量は約585Kgであるが、正確な寸法は設計によ
つて変わることは容易に理解できるものと考え
る。

加圧水型原子炉で約３年間の使用寿命経過後
に、燃料集合集合体２０はＵ−235が減損する。
また、燃料棒２０には様々に異なる半減期を持つ
種々の核分裂生成物が存在する。燃料集合体２０
を原子炉から取り出した時点では、上記の種々の
核分裂生成物が強い放射能及び熱を出すので、燃
料集合体２０は短期間硼酸含有水のプール３０
（第２図参照）に移される。

代表的なプール３０の深さは12.2ｍである。プ
ール３０の底部に位置する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３
０の底部には、キヤスク・パツド３６がある。

燃料集合体２０がプール３０の内部に貯蔵され
ている期間中に、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は崩壊
し、その結果として半減期の長い核分裂生成物の
割り合いが増える。従つて、燃料集合体２０から
出る放射能及び熱は比較的短期間に減少し、最終
的には熱及び放射能が極めて低い状態に達する。
しかしながら、このような低レベルにおいても、
燃料棒２６を極めて長期間にわたつて周囲環境か
ら隔離しておかねばならない。

乾式貯蔵キヤスクは、使用済燃料の長期貯蔵の
一つの方式を提供する。恐らくは10年程度プール
３０の内部で保存した後に各燃料集合体から出る
熱が0.5乃至1.0キロワツト程度の所定量に低下し
た後に、開口したキヤスクをプール３０に下ろ
す。遠隔制御により、使用済燃料をキヤスクに移
し、次いでキヤスクを密閉し硼酸含有水を抜く。
その後、キヤスクをプール３０から取り出して、
地上の貯蔵区域に運んで長期間貯蔵する。

この種のキヤスクに課される要求は、かなり厳
しい。キヤスクは、長期間にわたつて、化学的腐
食に耐えるものでなければならない。更に、機械
的に充分に頑丈であつて、長期貯蔵時及び落下等
の事故や荒い取り扱いにあつたときでも、僅かな
破壊や破損も起こさないものでなければならな
い。更に、キヤスクは使用済燃料から出る熱を周
囲環境に伝え、しかも周囲環境を使用済燃料から
出る放射能から遮蔽しなければならない。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、燃料棒２６の温度は最大許容温度以下、たと
えば375℃以下に保たれていなければならない。
キヤスク内部で連鎖反応が持続できないよう、即
ち実効臨界係数Keffが１以下であつて自己持続
反応が起こらないようにしなければならない。上
記の要求は、完全な信頼性をもつて貯蔵機能を満
足しなければならないキヤスクに厳しい要件を課
す。

従つて、本発明の主たる目的は、核分裂生成物
及び放射能が周囲環境に逸出しないよう防止する
ととに、使用済燃料から出る熱を放散させる機械
的に頑丈な貯蔵キヤスクを提供することである。

上記の目的に鑑み、本発明は、内部に空洞部を
持ち、上部と、床を形成する底部と、上部と底部
との間に延びる側壁部とから成る容器と、周縁部
を持つ複数のデイスク形格子集合体と、前記格子
集合体を前記空洞内部の離間位置に同軸状に取り
付けて格子集合体の周縁部を前記側壁部に隣接さ
せる手段とから成り、各格子集合体は相互に接続
されて複数の長方形開口部を持つ行列を形成する
複数の板から成り、前記格子集合体の複数の開口
が同一位置に位置合わせされて複数の貯蔵スロツ
トを形成する使用済原子燃料の長期貯蔵用のキヤ
スクであつて、前記の複数の板に複数のブロツク
部材が固定されて前記の格子集合体の前記周縁部
を形成しており、ブロツク部材は使用済原子燃料
貯蔵時には膨張して前記側壁部に圧接し、前記格
子集合体から前記側壁部に熱が容易に伝えられる
よう構成したことを特徴とするキヤスクに関す
る。通常の工場作業温度でキヤスクの部材の製造
するときには、格子集合体の直径をキヤスク内壁
の直径よりも僅かに小さくしておき、バスケツト
を容器内に挿入できるようにしておく。しかしな
がら、使用済燃料を装入して貯蔵するときには、
キヤスク内部の温度が上昇し、格子集合体が容器
に対して膨張して、格子集合体の周縁部が容器壁
部と熱伝導接触する。

本発明の一つの特徴は、容器壁部が、空洞部に
僅かに突き出した鉛直方向に離間させた複数のリ
ングを含むことである。各リングが格子集合体に
対応し、対応する格子集合体の周縁部に隣接した
位置に配設されている。製造時には、リングの直
径は対応する格子集合体の直径よりも僅かに（た
とえば約0.3cm程度）に大きく、バスケツトを容
器に挿入する際にバスケツトがつかえる危険を避
けるために、各格子集合体の直径及び対応するリ
ングの直径よりも僅かに小さくしてある。このよ
うな直径の相違により、挿入初期段階における誤
差の許容度が大きくなるばかりでなく、挿入操作
の進行時において位置合わせを補正する目視案内
手段が提供される。

本発明のもう一つの特徴は、バスケツトが複数
の脚部を持ち、間隔をあけて複数の格子集合体が
上記の脚部に取り付けられることである。各格子
集合体の四つの金属部材に孔部が設けられてお
り、脚部はこれらの孔部を貫通して延伸する。格
子集合体は、孔部のどちらかの側部で脚部に固定
された上部リングと下部リングの中間部分に拘束
される。各リングの間隔は、格子集合体の厚さよ
りも僅かに大きく、キヤスク内部の温度上昇によ
る各部材の膨張度の相違が許容される。

本発明の更に別の特徴は、燃料集合体を封入す
る端部開口セルをバスケツトの貯蔵スロツトに挿
入できることである。各セルは四つの壁部を持
ち、これらの壁部の寸法は封入される燃料集合体
の寸法に対応していて、「中性子毒作用」
（neutron poison）を行う。これらのセルは、格
子集合体のプレートに溶接されかつセル壁部のう
ちの二つの壁部から僅かに離れた熱伝導性楔部材
によつて、貯蔵スロツトの内部に位置させられて
いる。このように僅かに離して位置させることに
より、特にキヤスクにヘリウムを満たしたとき
に、セルがバスケツトと異なる膨張度であること
が許容され、しかもバスケツトへの熱の伝達が行
われる。

本発明の更に別の特徴は、容器壁部上にあるリ
ングが対応する格子集合体の厚さよりも幅広であ
り、バスケツトの挿入及び除去を容易にするため
に、リング及び格子集合体周縁部に傾斜面が設け
られていることである。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施例を
更に詳細に説明する。

まず、最初に第１５図を参照して説明を始める
と、本発明のキヤスク３８は、内部にバスケツト
４２が配設されたほぼ円筒形の容器４０を有す
る。バスケツト４２は、鉛直方向に配設された分
孔から成る多数の行列（マトリツクス）形の貯蔵
スロツト４４列を形成しており、各分孔が使用済
燃料集合体２０または燃料を集めて入れた金属容
器を入れるセル４６を収納している。以下に詳述
するように、容器４０とバスケツト４２とは別個
に製造し、バスケツト４２を容器４０に挿入して
キヤスク３８をつくる。

次に第６図において、容器４０は、蓋部材５０
を受容する形状の上部を持つ基体部材４８を有す
る。基体部材４８の内部に形成される空洞部５２
は、床５６から立ち上るほぼ円筒形の内壁５４を
持ち、床５６は長期間にわたる貯蔵期間中ほぼ水
平に保たれる。部材４８及び５０は炭素鋼部分５
８を有し、ステンレス製の内側被覆層６０が炭素
鋼部分に固定されている。炭素鋼部分は、厚さ約
30cmであり、周囲環境をガンマ線から保護する働
きをする。たとえば、部材４８をターンテーブル
の上に置き、部材４８を回転させながらステンレ
ス鋼溶接棒を使用して連続螺線路に沿つて内面に
スレンレスを溶接して部材４８の床５６及び内壁
５４を完全にステンレス鋼面で被覆する等の方法
により、層６０を基体部材４８に貼りつけること
ができる。この被覆作業時に、過剰のステンテス
鋼を貼りつけることにより、後述する理由で部材
４８の内部に僅かに突き出た複数のリング６２，
６４，６６，６８及び７０を形成させる。リング
６２乃至７０を付着させた後に、これらのリング
を機械加工して滑らかな円筒形の面を形成する。

更に第６図を参照して説明すると、部材４８及
び５０の炭素鋼部分５８は、樹脂等の中性子吸収
材料７２から成る厚さ約7.6cmの層で取囲まれて
いる。材料７２として使用するに適した樹脂は、
イリノイ州、パーク・リツジのルネツサンス・ド
ライブ1420（1420，Renaissance Drive，Park
Ridge，Illinois）のビスコ・プロダクツ
（BISCO Products）から商品番号N.S.−３で市
販されている。材料７２をステンレス鋼外側層７
４が取囲み、容器４０を周囲環境から保護してい
る。容器４０は、炭素鋼製の冷却フイン７６を有
し、好ましくは炭素鋼を周囲環境による化学的腐
食から保護する処理を施しておく。フイン７６は
部分５８に溶接され、材料７２及び層７４を貫通
して突き出している。本実施例の場合、容器４０
の高さが約4.8メートル、フイン７６を除いた外
径が約2.5メートル、内径が約1.7メートルであ
る。使用済燃料を装入すると、キヤスク３８の質
量は10万キログラムを越える。図示していない
が、取り扱いを容易にするために、基体部材４８
の上部及び底部に一対のトラニオンを取り付ける
とよい。

次に第３図において、バスケツト４２は複数の
格子集合体７８，８０，８２，８４及び８６を有
し、これらの格子集合体は脚部８８によつて柱状
に支持されている。後述する理由により直径を僅
かづつ変えてあること以外は、格子集合体７８乃
至８６は同一の構造である。

次に第４図及び第５図を参照して、格子集合体
の構造を説明する。行列（マトリツクス）９０
は、板９２，９４，９６，９８，１００，１０
２，１０４，１０６，１０８，１１０，１１２，
１１４，１１６及び１１８から成る。これらの板
の高さは約23cm、厚さは約2.0cmである。たとえ
ば、板９６は５本の下向きのみぞ１２０を有し、
これらのみぞは板の中間に延びて、板を６区画に
分割している。同様に、例えば板１１０は５本の
上向きのみぞ１２２を有する。板９６のみぞ１２
０及び板１１０のみぞ１２２は約26.3cm間隔であ
り、このようなみぞ間隔になつているため、中心
間の間隔が約26.3cmの貯蔵スロツト４４が形成さ
れることは明らかであろう。組立時には、板９
４，９６，９８，１００及び１０２を板１０８，
１１０，１１２，１１４及び１１６と直交させて
保持し、次いで矢印Ａで示すようにみぞ１２０を
みぞ１２２と嵌合させて、板の最上部から底部に
延びる交差部を形成させる。その後、交差部の両
面に沿つて全長にわたつて延びる隅肉溶接により
上記の板を接合し、各交差部に２本の溶接部分を
設ける。板９２乃至１０４を板１１０，１１２及
び１１４の端部に至るまで溶接し、板１０６及び
１１８を板９６，９８及び１００の端部に至るま
で溶接して、行列９０の製造を完了する。

次に、第７図に示すように、行列９０を製作し
た後に、ブロツク１２４乃至１５４を板９２乃至
１１８に溶接して、ほぼ円形の金属周縁部を持つ
行列９０をつくる。ブロツク１２４乃至１５４が
取り付けられた行列９０をターンテーブル上に取
り付け機械加工して、上部斜面１５８及び底部斜
面１６０を持つ円形周縁部１５６をつくる。脚部
８８を滑動自在に収納する孔部１６２をブロツク
１２８，１３６，１４４及び１５２に穿孔して、
格子集合体の製作が完了する。上記の説明から明
らかなように、上記の構成により24個の正方形開
口部を画成する複数の板を有し、これらの板と熱
伝導接触している周縁部を有するほぼ円板形の格
子集合体が得られる。

次に、第３図及び第６図を参照して説明する
と、バスケツト４２の格子集合体７６乃至８６は
脚部８８の上部に位置し、脚部８８の底面１６４
が容器４０の床５６と接触している状態で、対応
するリング６２乃至７０と同一高さの位置に置か
れる。即ち、最上部格子集合体７８は最上部リン
グ６２と対応し、バスケツト４２を容器４２に挿
入したときには脚部８８に支持されて格子集合体
７８の周縁部１５６はリング６２と一致する位置
に置かれる。上記のように位置合わせされた態様
を第９図に示してあるが、第９図からわかるよう
に、各リングには斜面部１６６が設けられてい
る。同様にして、第二の格子集合体８０は第二の
リング６４に対応しバスケツト４２を容器４０に
挿入したときには脚部８８に支持されて格子集合
体８０の周縁部１５６がリング６４と合致する位
置に置かれ、第三の格子集合体８２は第３のリン
グ６６に対応しバスケツト４２を容器４０に挿入
したときには脚部８８に支持されて格子集合体８
２の周縁部１５６がリング６６と合致する位置に
置かれ、第四の格子集合体８４は第四のリング６
８に対応しバスケツト４２を容器４０に挿入した
ときには脚部８８に支持されて格子集合体８４の
周縁部１５６がリング６８と合致する位置に置か
れ、最下部格子集合体８６は最下部リング７０に
対応しバスケツト４２を容器４０を挿入したとき
には脚部８８に支持されて格子集合体８６の周縁
部１５６がリング７０と合致する位置に置かれ
る。

更に第３図を参照して説明を続けると、格子集
合体７８乃至８６は、脚部８８に固定された下部
リング１６８により脚部８８上に支持される。後
述する理由により、脚部８８の格子集合体７８乃
至８６の上面から僅かに上方に離れた位置に上部
リング１７０が固定されており、図示の都合上第
３図においては、リング１７０と格子集合体の上
面との間隔を誇張して示してある。図から明らか
なように、格子集合体は対応する下部リング１６
８及び上部リング１７０の中間部分に拘束されて
おり、各格子集合体は、格子集合体の厚さとリン
グ１６８からリング１７０への間隔との差に等し
い距離分だけ脚部８８に対して移動できる。

バスケツト４２を組み立てた後、バスケツトを
ターンテーブル上に取り付けて、格子集合体７８
乃至８６の周縁部分を再び機械加工して、互いに
同心円状の周縁部に僅かな製造偏差が残らないよ
う確実に処理する。更に、周縁部１５６を機械加
工して僅かに異なる直径を持つように加工し、バ
スケツト４２の最上部格子集合体７８から最下部
格子集合体８６に向かうに従つて直径が減少する
ように加工する。好ましい一実施例においては、
格子集合体７８の直径は約169.875cm、格子集合
体80の直径は格子集合体７８の直径よりも0.635
cm小さく、格子集合体８２の直径は格子集合体８
０の直径よりも0.635cm小さく、格子集合体８４
の直径は格子集合体８２の直径よりも0.635cm小
さく、格子集合体８４の直径は格子集合体８４の
直径よりも0.635cm小さい。従つて、格子集合体
７８乃至８６の周縁部は同心円状の円筒形を形成
し、直径が約0.635cmづつ相違し、最上部格子集
合体７８の直径は最下部格子集合体８６の直径よ
りも約2.54cm大きいことになる。

バスケツト４２の板９２乃至１１８、ブロツク
１２５乃至１５４及びリング１６８及び１７０
は、熱を伝える金属からできている。好ましい実
施例ではバスケツト４２の材料としてアルミニウ
ムが使用されるが、銅等その他の金属類も好適な
材料である。

バスケツト４２によつて形成される貯蔵スロツ
ト４４を利用して、燃料集合体２０もしくは集め
て一体にした使用済燃料またはこれらの両方を貯
蔵する。集積貯蔵をする場合には、燃料集合体か
ら燃料棒２６を取り出して、単一の燃料集合体よ
りも多数の燃料棒を保持する金属製の集積容器に
入れる。集積貯蔵用のキヤスク３８を製造するた
めには、後述するようにバスケツト４２を容器４
０に挿入し、水面下で使用済燃料の入つた集積容
器を貯蔵スロツト４４に移す。しかしながら、一
つまたはそれ以上の貯蔵スロツト４４を燃料集合
体２０の貯蔵に使用する場合には、バスケツト４
２を容器４０に挿入する前に、燃料集合体貯蔵ス
ロツトに燃料棒２６を受容するセルを配置してお
く。

次に、第１０図及び第１１図を参照して、セル
４６について説明する。厚さ約0.19cmのスレンレ
ス鋼製の外殻部材１７４は、燃料集合体２０を収
納するに充分な大きさの正方形断面を持つ区画を
画成する４面の細長い側面を有する。断面積は、
特定の燃料集合体の寸法によつて異なり、きちん
と嵌合が行なわれるように定める。部材１７４の
底部端１７６は開口しており、部材１７４の上部
端には外向きに曲げられたフランジ１７８が設け
られていて、これらのフランジは燃料集合体２０
をセル４６に入れる漏斗となる。炭化硼素等の
「中性子毒物質」（neutron poison）から成るシ
ート１８２を支持するために、厚さ約0.08cmのス
テンレス製覆い部分１８０が外殻部材１７４に溶
接されている。厚さ約0.19cmのシートは、キヤス
ク３８に燃料集合体を装入してキヤスク３８をプ
ール３０の内部に保存したときに、燃料集合体２
０から放出される中性子を減ずるために設けられ
たものである。即ち、キヤスク３８が水と燃料集
合体２０とを収納しているときに、自己持続性の
連鎖反応が起こる危険を避けるために、シート１
８２の働きにより、臨界係数Keffが１以下に保
持される。シート１８２は、燃料集合体が原子炉
の内部にあるときには連鎖反応を促進するように
設計されている燃料集合体相互間の核相互作用を
制限する。集積状態で燃料を貯蔵するときには、
中性子毒物質は事実上不必要である。ここで注意
しておかねばならないことは、水が中性子を熱中
性子化し、水抜き後においては連鎖反応のボテン
シヤルは減少するので、装入処理時にキヤスク３
８から水を抜いてしまつた後においては、シート
１８２は既にその役割りを果たし終えているとい
うことである。

次に、第１２図、第１３図及び第１４図を参照
して、バスケツト４２によつて形成される貯蔵ス
ロツト４４にセル４６を取り付ける方法について
説明する。各セルは、例えば溶接により、最下部
格子集合体８６に固定される。水抜きを容易にす
るために、セル１７２の底端部１７６は、脚部８
８の底面１６４よりも僅かに上方に配設されてい
る。セル４６は残りの格子集合体７８，８０，８
２及び８４には固定されていない。何故なら、セ
ル４６を格子集合体７８，８０，８２及び８４に
も固定した場合には、水抜きに続いてキヤスク３
８の内部の温度が上昇すると、セル４６の膨張率
とバスケツト４２の膨張率とが相違するために、
構造体内部に無視できない内部応力が発生し、問
題がある。セル４６を格子集合体７８及び８４に
固定する代わりに、熱伝導性楔状体を使用してセ
ルを格子集合体７８乃至８４の内部の適宜な位置
に位置させ、セルが格子集合体の軸方向に移動で
きるように保持する。電気分解反応を避けるため
に、楔は好ましくはアルミニウムまたは銅等のご
とき格子集合体７８乃至８４の板９２乃至１１８
の材料と同一の金属からつくる。第１３図は、わ
かり易くするためにフランジ１７８を省いて、格
子集合体７８の一部分とセル４６の上部を示す上
面図である。第１３図からわかるように、セル４
６の一側部は滑動自在に板９８の上に乗つてお
り、もう一つの側部は滑動自在に板１１４の上に
乗つている。セル４６の他の側部が楔１８４，１
８６，１８８及び１９０による横方向支持を受け
ており、楔１８６とセル４６の間には狭い間隙１
９２が残され、楔１８８とセル４６の間には狭い
間隙１９４が残されている。図示の都合上、第１
３図においては、間隙１９２及び１９４は誇張し
て示してある。

第１４図で楔１８４及び１８６の組み込みを示
す。セル４６を貯蔵スロツト４４に挿入した後、
隅肉溶接１９６により楔１８４を板１１２に固定
する。次いで楔１８６を挿入し、間隙ゲージを使
用して間隙１９２を調整して、使用済燃料貯蔵中
にキヤスクが最高温度、たとえば375℃、に達し
たときの楔１８６とセル４６との間隙が所定間隔
になるようにする。この所定間隙は、好ましく
は、約0.005cm乃至0.025cmの範囲内にある。間隙
調整後に、隅肉溶接１９８により楔１８６を楔１
８４に固定し、溶接２００を施して、板１１２と
楔１８４と楔１８６とを接合する。同様にして、
楔１８８及び１９０を調整し溶接して、間隙１９
４を好ましい0.005乃至0.025cmの間隙にする。勿
論、残りのセル４６も、格子集合体７８によつて
形成された開口部に入れ、同様の方法で格子集合
体８０，８２及び８４によつて形成された開口部
に入れる。

キヤスク３８に燃料集合体２０を装入し水を抜
き取つた後に、ヘリウムまたは窒素のような不活
性ガスをキヤスク３８に充填するのが好ましい。
不活性ガスの代わりに空気を用いることもでき
る。特に、ヘリウムは間隙１９２及び１９４のよ
うな狭い間隔で熱を伝達し易いので、好ましい。
従つて、セル４６からの熱は、板に接触している
セルの二側部を介して格子集合体の板に直接伝導
させるとともに、間隙１９２及び１９２と楔１８
４乃至１９０を介して残りの板に間接的に伝えら
れることは明らかである。間隙１９２及び１９４
は充分に小さいので、製造中、装入時及びキヤス
ク３８を遠隔地の貯蔵場所に運搬するときに、セ
ル４６がバスケツト４２の内部でがたつくことは
ない。上述したように、間隙１９２及び１９４が
設けてあるので、温度が変化した際にはセル４６
はバスケツト４２に対して直線移動が可能にな
る。燃料集合体をセル４６に挿入する前後におけ
る温度範囲内でのセル４６とバスケツト４２との
線膨張の相違は２cmまたはそれ以上にもなる。更
に、楔１８４乃至１９０はセル４６をバスケツト
組立体４２の内部の適宜な位置に保持し、セルの
中心から中心までの間隔を本実施例の場合には約
26.2cmに確実に保持する。中性子毒シート８２に
加えて、中心間距離が上記のように等間隔に保た
れるので、キヤスク３８から水を抜く前における
臨界係数Keffは確実に１以下に保持される。

上の記載を再掲すると、好ましい実施例におけ
る最上部格子集合体７８の直径は169.875cmであ
り、残りの格子集合体の直径は減少させてある。
容器４０の内部のリング６２乃至７０も、機械加
工により、直径を変えてある。好ましい実施例で
は、最上部リングの直径は約170.18cm、即ち格子
集合体７８の直径よりも約0.305cm大きい。リン
グ６４の直径はリング６２の直径よりも0.635cm
小さく、リング６６の直径はリング６４の直径よ
りも0.635cm小さく、リング６８の直径はリング
６６の直径よりも0.635cm小さく、最下部リング
７０の直径は更に0.635cm減少させてある。従つ
て、リング６２乃至７０は、格子集合体７８乃至
８６の周縁部１５６と同様に、共通軸を持ち直径
が0.635cmづつ異なる同心円状の円筒を形成する。
更に、容器４０及びバスケツト４２を通常の工場
温度で製造した製作時の各リング６２乃至７０の
直径は対応する格子集合体７８乃至８６の直径よ
りも0.305cm大きい。

上記のごとく、格子集合体７８乃至８６とリン
グ６２乃至７０の直径を段階的に変えてあるの
で、セル４６を上述の方法により所定位置に入れ
た後におけるバスケツト４２の容器４０内への挿
入が容易になる。バスケツト組立体４２及びセル
４６は比較的大きくて重く、組立体４２と容器４
０とは比較的密接に嵌合しているので、直径が段
階的に変えてない構成であると、容器体４０と組
立体４２との軸方向位置が僅かに狂つたり、容器
４０が組立体４０に対して僅かな長手方向に位置
ずれしたときには、組立体４２を容器４０の内部
に完全に挿入する前に、組立体４２がつかえたり
容器４０の内部で動かなくなつてしまう可能性が
ある。挿入作業の初期段階で、組立体４２及び内
部に取り付けられたセル４６を容器４０の上方に
吊り下げたときには、格子集合体８６がリング６
２を通過する際に集合体８６の直径とリング６２
の直径の相違により、1.5cmを越える間隔ができ
る。この間隔を目視で検知し、位置ずれを補正で
きる。バスケツト４２を更に容器４０の内部に降
下させると、格子集合体８６とリング６４との間
隔並びに格子集合体８４とリング６２との間隔は
約1.22cmになる。これらの間隔を再び視検し、不
整合を補正することができる。直径が段階的に変
化するので、格子集合体８６がリング７０の位置
まで降下して、初めて直径の相違が0.305cmにな
る。従つて、リング６２乃至７０及び格子集合体
７８乃至８６の直径が段階的に変えてあることに
より、挿入工程の監視が容易になるばかりでな
く、挿入工程のほとんど全工程を通じて許容され
る不正確度を大きくとることができるという効果
もある。また、格子集合体７８乃至８６の斜面１
５８及び１６０とリング６２乃至７０の斜面１６
６が設けられているため、バスケツト４２の挿入
または引き出し時における容器４０の内部でのバ
スケツト４２のつかえる可能性が減少する。バス
ケツト４２が容器４０の完全に挿入される前に、
バスケツト４２が容器４０の内部で動かなくなつ
た場合に、引き出しが必要になる。セル１７２を
入れたバスケツト４２を完全に容器４０の内部に
組入れた後のキヤスク３８を第１５図に示す。

キヤスク３８の作動を以下に要約する。キヤス
ク３８を開口させプール３０のキヤスク・パツド
に下げ、燃料集合体２０をセル４６に移し入れ
る。蓋部材５０をボルトで所定位置に取り付け、
水抜きと同時にガスをキヤスク３８に導入する。
水が抜き取られるにつれて、キヤスク３８の内部
の温度が上昇するので、長時間の乾燥は不要であ
る。キヤスク３８の内部温度の上昇につれて、格
子集合体７８乃至８６が半径方向に膨張し、バス
ケツト組立体４２と容器４０の膨張に差があるた
め、格子集合体７８乃至８６と対応するリング６
２乃至７０の直径の相違0.305cmは消失する。格
子集合体７８乃至８６の周縁部１５６は対応する
リング６２乃至７０に圧接されて、バスケツト組
立体４２と容器４０との間に熱の流路が形成され
る。一例として、第９図に、キヤスク３８の内部
が平衡温度に達して、格子集合体７８が対応する
リング６２に圧接されている状態を図示する。格
子集合体７８乃至８６は膨張の大きさが異なるた
め対応するリング６２乃至７０へ接触するが、こ
れは自己補償性を持つことに注意されたい。たと
えば、使用済燃料貯蔵中に平衡温度が変化して、
格子集合体７８乃至８６が対応するリング６２乃
至７０から離れたと仮定しよう。このような分離
により、格子集合体７８乃至８６からリング６２
乃至７０、更には周囲環境への熱の伝導が妨げら
れる。この結果、格子集合体７８乃至８６の温度
上昇し、格子集合体は再び対応するリング６２乃
至７０に圧接され、新しい平衡温度での熱伝導関
係が再び確立される。

熱平衡時に、格子集合体７８乃至８６とリング
６２乃至７０とが互いに圧接し合わないとする
と、集合体７８乃至８６はリング６２乃至７０と
は、直径が重なり合う意味でしまりばめ関係にな
る。この状態は「直径方向のしまりばめ」と見る
ことができ、格子集合体７８乃至８６の周縁部１
５６がリング６２乃至７０の表面と接触している
個所で、内部応力が発生する。キヤスクの寸法が
与えられ、格子集合体７８乃至８６の直径とリン
グ６２乃至７０の直径との差が最初は0.305cmで
あり、製造許容誤差がプラスまたはマイナス
0.038cmであつたとすると、キヤスク３８が24本
の使用済燃料集合体２０を収納し各使用済燃料集
合体から１キロワツトの熱が発生する場合には、
熱平衡時における直径しまりばめ量は約0.0305cm
〜約0.107cmの範囲になる。その結果生じる内部
応力は、約1000乃至4000psi（6900万〜２億7600万
ダイン／cm²）の範囲になる。実験的に求めた上記
の圧力になるステンレス鋼とアルミニウムとの接
触温度の相違は約０℃乃至1.7℃の範囲に入る。

リング６２乃至７０を壁部５４に固定した鉛直
配向軌道に代え、バスケツト４２の周縁部に対応
する軌道を設けることにより、キヤスク３８の変
形実施例とすることができる。挿入を容易にする
ために、好ましくは、軌道には傾斜をつけてお
く。しかしながら、水平リングを用いずに、鉛直
配向軌道を使用すると、製造工程が複雑になる。

格子集合体７８乃至８６の直径がリング６２乃
至７０の直径と同じかまたは僅かに大きいバスケ
ツトを製造する変形例も考えられる。挿入作業に
先立ち、この変形例の容器４０を加熱するか、ま
たは凍結CO₂（ドライアイス）等によりバスケツ
ト４２を冷却する。各部材が通常の工場温度に戻
ると、バスケツト４２は容器４０と密接に嵌合す
る。この変形例では、格子集合体７８乃至８６と
リング６２乃至７０との界面から硼酸含有水が除
去され、熱流を下げる汚染物が界面に入らないよ
う確実に防止される。

上述の説明から明らかなように、本発明の使用
済燃料貯蔵キヤスクは、使用済燃料を受け入れる
貯蔵スロツトを形成し、かつバスケツトを容器内
に挿入すると膨張して格子集合体と容器壁部の間
に熱伝導界面を与える格子集合体から成るバスケ
ツトを提供するものである。上述の説明は、プー
ル３０中の水に硼酸塩が添加される加圧水型原子
炉についての好ましい実施例を記載したが、本発
明を沸騰水型原子炉の使用済燃料の貯蔵に応用す
ることができることは当業者には明らかである。

上記の本発明の説明から、種々の修正例、変形
例及び応用例を案出することができ、これらの修
正例、変形例及び応用例は特許請求の範囲の均等
物の範囲内に包含されるものであることが理解で
きる。

【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、使用済燃料集合体の短期間貯蔵用
プールの平面図である。第３図は、バスケツトの
正面図であり、脚部に離間させて取り付ける格子
集合体を示す図である。第４図は、接続されて格
子集合体の開口部行列を形成する板の平面図であ
る。第５図は、第４図に示した２枚の板を接続し
て行列を形成させる方法を示す分解斜視図であ
る。第６図は、容器の鉛直断面図であり、容器の
内壁部の一部分を形成し、僅かに容器内部に突き
出たリングを示す図である。第７図は、第４図の
行列の平面図であり、行列に取り付けられてほぼ
円形の周縁部を形成する金属ブロツクを示す図で
ある。第８図は、周縁部に機械加工を施して円形
にしかつ脚部を入れる複数の孔部を穿孔した後の
完成した格子集合体の平面図である。第９図は、
対応するリングに圧接された格子集合体の周縁部
分を示す断面図である。第１０図は、使用済燃料
集合体を受容するセルの断面図である。第１１図
は、第１０図に示したセルの斜視図である。第１
２図は、内部に複数のセルを取り付けたバスケツ
トの正面図である。第１３図は、格子集合体に固
定された熱伝導楔によつて所定位置に位置させら
れたセルを概略的に示す平面図である。第１４図
は、第１３図の１４−１４線に沿つて切断した断
面図である。第１５図は、内部にセルが取り付け
られたバスケツトを入れた容器から成るキヤスク
を第６図の紙面に鉛直な面に沿つて切断した断面
図である。 ４０……容器、５２……空洞部、５４……側壁
部、５６……床、７８，８０，８２，８４，８６
……格子集合体、８８……脚部、９０……行列、
９２〜１１８……板、１２４〜１５４……ブロツ
ク、１６２……孔部、１６８……底部リング、１
７０……上部リング。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 内部に空洞部を持ち、上部と、床を形成する
   底部と、上部と底部との間に延びる側壁部とから
   成る容器と、周縁部を持つ複数のデイスク形格子
   集合体と、前記格子集合体を前記空洞内部の離間
   位置に同軸状に取り付けて格子集合体の周縁部を
   前記側壁部に隣接させる手段とから成り、各格子
   集合体は相互に接続されて複数の長方形開口部を
   持つ行列を形成する複数の板から成り、前記格子
   集合体の複数の開口が同一位置に位置合わせされ
   て複数の貯蔵スロツトを形成する使用済原子燃料
   の長期貯蔵用のキヤスクであつて、前記の複数の
   板に複数のブロツク部材が固定されて前記の格子
   集合体の前記周縁部を形成しており、ブロツク部
   材は使用済原子燃料貯蔵時には膨張して前記側壁
   部に圧接し、前記格子集合体から前記側壁部に熱
   が容易に伝えられるよう構成したことを特徴とす
   るキヤスク。 ２ 前記格子集合体の内部には位置を合わせた複
   数の孔部があり、前記孔部を貫通する複数の脚部
   が設けられ、各格子集合体の一方側で前記脚部に
   下部リングが固定され各格子集合体の他方側で前
   記脚部に上部リングが固定され、前記上部リング
   と前記下部リングとの間隔は前記格子集合体を貫
   通している前記孔部の長さまたは厚さよりも大き
   く、格子集合体が前記上部リング及び前記下部リ
   ングの間で滑動自在に拘束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 中性子毒物質のシートが各側面に固定された
   四側面セルが、前記貯蔵スロツトの内部に配設さ
   れていることと、熱伝導手段が前記の板に固定さ
   れ前記セルを前記貯蔵スロツトの適切な位置に位
   置させていることを特徴とする特許請求の範囲第
   ２項に記載のキヤスク。 ４ 各セルに対する前記熱伝導手段が、セルの二
   側壁に隣接して配設されかつセルの壁部から離間
   した楔から成ることを特徴とする特許請求の範囲
   第３項に記載のキヤスク。 ５ 前記楔が0.005cm乃至0.025cmの間隙が生じる
   よう前記のセル側壁から離してあることを特徴と
   する特許請求の範囲第４項に記載のキヤスク。 ６ 前記キヤスクにヘリウム等の不活性ガスを充
   填したことを特徴とする特許請求の範囲第１項乃
   至第５項の何れかに記載のキヤスク。 ７ 前記側壁部が、格子集合体の周縁部に隣接し
   て前記空洞部に突き出した複数のリングを有する
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第６
   項の何れかに記載のキヤスク。 ８ 前記格子集合体の直径及び前記リングの直径
   が、前記容器の上部からの距離が増すに従つて、
   減少していることを特徴とする特許請求の範囲第
   ７項に記載のキヤスク。 ９ 隣接する格子集合体の直径とリングの直径と
   の差が約0.6cmであり、所定温度において各格子
   集合体の直径が対応するリングの直径よりも小さ
   くその差が約0.3cm未満であることを特徴とする
   特許請求の範囲第８項に記載のキヤスク。 １０ 各リングの幅が対応する格子集合体の厚さ
   よりも大きく、前記リング及び前記格子集合体が
   斜面縁部を持つことを特徴とする特許請求の範囲
   第７項、第８項または第９項に記載のキヤスク。