特開 2024-61964 放射性物質収納容器及び放射性物質収納容器の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024061964

(43)【公開日】2024-05-09

(54)【発明の名称】放射性物質収納容器及び放射性物質収納容器の製造方法

(51)【国際特許分類】

   G21F 5/005 20060101AFI20240430BHJP

   G21F 3/00 20060101ALI20240430BHJP

   G21F 9/36 20060101ALI20240430BHJP

   G21F 5/00 20060101ALI20240430BHJP

【ＦＩ】

G21F5/005

G21F3/00 N

G21F9/36 501H

G21F5/00 K

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022169641

(22)【出願日】2022-10-24

(71)【出願人】

【識別番号】507250427

【氏名又は名称】日立ＧＥニュークリア・エナジー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001829

【氏名又は名称】弁理士法人開知

(72)【発明者】

【氏名】長田 信人

(72)【発明者】

【氏名】小林 一樹

(72)【発明者】

【氏名】平沼 健

(57)【要約】

【課題】遮蔽性能の向上を従来に比べて簡易に達成することが可能な放射性物質収納容器及び放射性物質収納容器の製造方法を提供する。
【解決手段】上述した本実施例の放射性物質輸送貯蔵キャスク１２は、内胴２と、外筒４と、内胴２と外筒４との間に設けられた中性子遮蔽材５と、中性子遮蔽材５の内部に設けられ、その内側に空隙１１を有するプレナム管１０と、を備える。また、放射性物質輸送貯蔵キャスク１２の製造方法は、内胴２と外筒４との間の中性子遮蔽材５を鋳込む空間に、中性子遮蔽材５の存在しない空隙１１を形成するためのプレナム管１０を設ける工程と、空間に中性子遮蔽材５を鋳込む工程と、を有する。
【選択図】 図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

容器内筒と、
外筒と、
前記容器内筒と前記外筒との間に設けられた中性子遮蔽材と、
前記中性子遮蔽材の内部に設けられ、その内側に空隙を有する仕切りと、を備えた
放射性物質収納容器。

【請求項2】

請求項１に記載の放射性物質収納容器において、
前記仕切りが管である
放射性物質収納容器。

【請求項3】

請求項２に記載の放射性物質収納容器において、
前記管は、断面形状が丸もしくは四角である
放射性物質収納容器。

【請求項4】

請求項１に記載の放射性物質収納容器において、
前記放射性物質収納容器の表面から１ｍ離れた位置における線量当量率が１００μＳｖ／ｈを下回るように、前記放射性物質収納容器の長軸方向における前記空隙の断面積が前記中性子遮蔽材の断面積の１割以下である
放射性物質収納容器。

【請求項5】

請求項２に記載の放射性物質収納容器において、
前記管は、前記放射性物質収納容器の長軸方向に延伸している
放射性物質収納容器。

【請求項6】

放射性物質収納容器の製造方法であって、
容器内筒と外筒との間の中性子遮蔽材を鋳込む空間に、前記中性子遮蔽材の存在しない空隙を形成するための仕切りを設ける工程と、
前記空間に前記中性子遮蔽材を鋳込む工程と、を有する
放射性物質収納容器の製造方法。

【請求項7】

請求項６に記載の放射性物質収納容器の製造方法において、
前記中性子遮蔽材を鋳込む工程では、前記仕切りの下端側に蓋を設け、鋳込み完了後に前記蓋を撤去する
放射性物質収納容器の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、放射性物質収納容器及び放射性物質収納容器の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、放射性物質を収容するバスケットの周囲に設けられる中性子遮蔽材と、その外側に設けられる筒状の外筒の金属部材と、を備えてなる放射性物質の輸送貯蔵キャスクであって、当該中性子遮蔽材の周囲に中性子遮蔽材の膨張代として確保される空隙が、当該中性子遮蔽材と当該金属部材とにより二重筒状構造を構成するように当該キャスク胴部に環状に形成され、且つ、当該空隙は、伝熱フィンにより周方向に複数のセルとして区分されてなり、更に、当該複数のセルが連通部を介して部分的に連通してなり、連通している当該複数のセルに対して所定の圧力以上で外部に開放する少なくとも１つのリリーフ弁を設ける、ことが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第４５２０１１７号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来より、放射性物質の輸送・貯蔵キャスク（以下、「キャスク」と略することがある）は、放射性物質から発生する中性子を遮蔽するために、中性子遮蔽材が炭素鋼やステンレス鋼等の金属でできたキャスクの内外筒や蓋で密閉された内部空間に設置されている。このような中性子遮蔽材には、中性子遮蔽に有効な水素を多く含む材料である樹脂やゴム等の材料が主に使用されている。

【0005】

しかし、樹脂製或いはゴム製の中性子遮蔽材は、熱膨張係数が比較的大きい材料であるため、中性子遮蔽材の材料温度が上昇した場合に備えて、中性子遮蔽材が設置されている内部空間（以下、「中性子遮蔽材空間」と略する。）に膨張代を確保している場合がある（例えば、特許文献１参照）。

【0006】

また、キャスクの通常輸送あるいは通常貯蔵時の環境下では、キャスクに装荷される使用済燃料等の放射性物質から崩壊熱が発生していることから、伝熱フィンにより崩壊熱が除熱されたとしても、設計上は中性子遮蔽材は１２０℃程度まで温度が上昇することが想定される。これに対して、中性子遮蔽材を形成する樹脂系やゴム系の材料は、材料の特性にもよるが、一般的にその耐熱温度が１２０℃～１５０℃程度である。

【0007】

従って、キャスクが数十年間にわたって放射性物質の貯蔵に使用される場合には、通常輸送あるいは通常貯蔵の状態であっても中性子遮蔽材から少しずつ発生する水蒸気、あるいはその他のガスが蓄積して、中性子遮蔽材空間の圧力が上昇し、キャスクの安全性が損なわれる可能性がある。そこで、中性子遮蔽材空間の内圧を一定値以下に抑える目的で当該空間上部にプレナム空間が設けられる。

【0008】

上述の特許文献１には、通常輸送あるいは通常貯蔵時においても安全性を確保することができるキャスクが記載されている。

【0009】

しかし、中性子遮蔽材から少しずつ発生して蓄積した水蒸気あるいはその他のガスを考慮し、中性子遮蔽材空間の内圧を一定値以下に抑える目的で当該空間上部にプレナム空間を設けた場合、プレナム空間には中性子遮蔽材が充填されないため、当該部における遮蔽性能の低下は避けられず、改善の余地がある。

【0010】

本発明の目的は、遮蔽性能の向上を従来に比べて簡易に達成することが可能な放射性物質収納容器及び放射性物質収納容器の製造方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明は、上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、容器内筒と、外筒と、前記容器内筒と前記外筒との間に設けられた中性子遮蔽材と、前記中性子遮蔽材の内部に設けられ、その内側に空隙を有する仕切りと、を備えた。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、遮蔽性能の向上を従来に比べて簡易に達成することができる。上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施例の説明により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】従来の放射性物質収納容器の概要構成を示す斜視図。

【図2】従来の放射性物質収納容器の片側縦断面図。

【図3】本実施形態に係る放射性物質収納容器の縦断面図。

【図4】図３のＸ部の拡大上面図。

【図5】図４のＡ－Ａ断面の拡大図。

【発明を実施するための形態】

【0014】

本発明の放射性物質収納容器及び放射性物質収納容器の製造方法の実施例について図１乃至図５を用いて説明する。

【0015】

以下の実施例では、放射性物質収納容器として放射性物質輸送貯蔵キャスクを例に説明する。

【0016】

図１は従来の放射性物質収納容器の概要構成を示す斜視図、図２は従来の放射性物質収納容器の片側縦断面図、図３は本実施形態に係る放射性物質収納容器の縦断面図、図４は図３のＸ部の拡大上面図、図５は図４のＡ－Ａ断面の拡大図である。

【0017】

なお、本明細書で用いる図面において、同一のまたは対応する構成要素には同一、または類似の符号を付け、これらの構成要素については繰り返しの説明を省略する場合がある。

【0018】

図１及び図２に示す従来の放射性物質輸送貯蔵キャスク１は、使用済燃料集合体を収容するための容器であり、内胴２、バスケット３、外筒４、中性子遮蔽材５、伝熱フィン６、上部トラニオン７、下部トラニオン８などを有している。放射性物質輸送貯蔵キャスク１では、中性子遮蔽材５の上端部側に空隙（以下、「プレナム空間９」と記載する）が形成されている。

【0019】

放射性物質輸送貯蔵キャスク１は有底円筒状に形成されており、ガンマ線遮蔽機能と構造強度を確保するための炭素鋼からなる円筒状の内胴２にバスケット３が挿入されている。バスケット３の内部には放射性物質として使用済燃料集合体が装荷される。

【0020】

図１及び図２に示すように、内胴２の外周部、かつ炭素鋼或いはステンレス鋼からなる円筒状の外筒４の内周部には、樹脂やゴム等の材料を主としてなる中性子遮蔽材５が外筒４に覆われて配置されて、遮蔽層が形成されている。

【0021】

また、図１及び図２に示すように、外筒４の外周面には、放射性物質輸送貯蔵キャスク１を運搬する際に取手として利用する上部トラニオン７及び下部トラニオン８が設けられている。また、図２に示すように、中性子遮蔽材５と外筒４との間には、中性子遮蔽材５の膨張代としてプレナム空間９が設けられている。

【0022】

これに対し、図３乃至図５に示す本実施例の放射性物質輸送貯蔵キャスク１２は、使用済燃料集合体を収容するための容器であり、内胴２、バスケット３、外筒４、中性子遮蔽材５、伝熱フィン６、上部トラニオン７、下部トラニオン８などを有しており、中性子遮蔽材５の上端部側にプレナム空間９が形成された有底円筒状の容器である点は放射性物質輸送貯蔵キャスク１と同じである。異なるのは、中性子遮蔽材５の内部に設けられており、その内側に空隙１１を有するプレナム管１０を少なくとも１本以上備えている点である。

【0023】

プレナム管１０は、中性子遮蔽材５の内部にプレナム空間９と同様に空隙１１を形成するための仕切りであり、管等を用いて任意の高さまで放射性物質輸送貯蔵キャスク１２の長軸方向に並んで設けられている。このプレナム管１０は、中性子遮蔽材５の鋳込み時の液面低下を考慮して、充分な長さが設けられている。

【0024】

なお、プレナム管１０は、断面形状が丸である必要は無く、四角形状、更には四角形状以外の多角形状など様々な形状とすることができる。また、仕切りを形成するためのプレナム管１０は管である必要は無く、複数枚の板等で形成されるものであってもよい。

【0025】

また、プレナム管１０は、放射性物質輸送貯蔵キャスク１２の長軸方向に延伸している形態を示したが、プレナム空間９を代替する空隙１１が中性子遮蔽材５内部に形成できればよく、軸方向に延伸する形態に限られない。例えば、内胴２と外筒４との間で、周方向に延びるドーナツ状の管を軸方向に延伸する管に換えて、あるいは加えて設けて空隙を構成することができる。

【0026】

プレナム管１０の内部は中性子遮蔽材５が設けられている空間と同等の一定の圧力とすることが望ましく、その上端側はプレナム空間９と接続し、その下端側は中性子遮蔽材５に接触していることが望まれる。

【0027】

プレナム管１０の材質は、原子力分野で主に用いられる材質であればよく、特に限定されない。

【0028】

プレナム管１０の中性子遮蔽材５内の断面方向における配置位置は特に限定は無く、図３乃至図５では内胴２の外面に接している例を例示したが、その配置である必要は無く、内胴２および外筒４に接していない配置、あるいは外筒４の内面に接している配置など、特に限定されない。

【0029】

また、プレナム管１０の配置数も特に限定は無い。ただし、本発明者らが検討した結果、放射性物質輸送貯蔵キャスク１２の表面から１ｍ離れた位置における線量当量率が法令が求める基準である１００μＳｖ／ｈを下回るように、放射性物質輸送貯蔵キャスク１２の長軸方向における空隙１１の断面積が中性子遮蔽材５の断面積の１割以下であることが望ましいことが判った。

【0030】

このようなプレナム管１０を設置することで、中性子遮蔽材５上部のプレナム空間９の縮小、または撤廃することが可能となるため、中性子遮蔽材５をより放射性物質輸送貯蔵キャスク１２側面上部まで鋳込むことが可能になる。これにより、放射性物質輸送貯蔵キャスク１２側面上部での遮蔽機能を従来に比べて簡易に向上させることができる。

【0031】

次に、本実施例に係る放射性物質輸送貯蔵キャスク１２の製造方法について説明する。

【0032】

まず、本発明のような仕切りとしてのプレナム管１０を設けない放射性物質輸送貯蔵キャスク１の場合、放射性物質輸送貯蔵キャスク１の側面において、側部上部の遮蔽機能を低下させないためには、中性子遮蔽材５の十分な鋳込み高さが求められる。

【0033】

図２に示すように、中性子遮蔽材５上部には、中性子遮蔽材５の膨張代や、中性子遮蔽材５から発生するガスの逃げ代のため、一定の体積のプレナム空間９が必要である。中性子遮蔽材５を鋳込む際、温度低下による硬化に伴う液面降下が発生するため、中性子遮蔽材５の鋳込みを複数回にわたり行う必要があった。

【0034】

これに対し、本発明では、内胴２と外筒４との間の中性子遮蔽材５を鋳込む空間に、中性子遮蔽材５の存在しない空隙１１を形成するためのプレナム管１０を設け、その後に空間に中性子遮蔽材５を鋳込む。

【0035】

ここで、中性子遮蔽材５を鋳込む工程では、プレナム管１０の下端側に蓋を設け、鋳込み完了後に蓋を撤去することが望ましい。この鋳込み時に蓋を下端に設けてその後撤去する方法に特に限定は無い。

【0036】

このような工程により、放射性物質輸送貯蔵キャスク１２側面に鋳込んだ中性子遮蔽材５の上部に設けていたプレナム空間９をプレナム管１０によって縮小できることから、中性子遮蔽材５の鋳込み高さを従来の製造時の高さに比べて上げることが可能となり、鋳込み高さの公差に幅を持たせることができるため、中性子遮蔽材５の鋳込みを１回にする、または減らすことが可能となる。

【0037】

次に、本実施例の効果について説明する。

【0038】

上述した本実施例の放射性物質輸送貯蔵キャスク１２は、内胴２と、外筒４と、内胴２と外筒４との間に設けられた中性子遮蔽材５と、中性子遮蔽材５の内部に設けられ、その内側に空隙１１を有するプレナム管１０と、を備える。

【0039】

また、放射性物質輸送貯蔵キャスク１２の製造方法は、内胴２と外筒４との間の中性子遮蔽材５を鋳込む空間に、中性子遮蔽材５の存在しない空隙１１を形成するためのプレナム管１０を設ける工程と、空間に中性子遮蔽材５を鋳込む工程と、を有する。

【0040】

よって、中性子遮蔽材鋳込み部とキャスクに収納する放射性物質の崩壊熱により中性子遮蔽材の温度が上昇することで発生する水蒸気及びガスの逃げであるプレナム空間を、その上部側のプレナム空間９に加えて空隙１１として確保できることから、中性子遮蔽材５の熱膨張等による圧力を抑制することができ、内圧によって発生する応力の低減及び、発生した応力に対する特別な設計を要しない構造とでき、保管容器の構造の簡略化を図ることができる。また、プレナム空間９を仕切りにより予め確保できていることから、従来の中性子遮蔽材５の鋳込み後の高さである胴体側部の中性子遮蔽材５の空間全体の８－９割を超える容器の上部まで中性子遮蔽材５を鋳込めるため、従来に比べて遮蔽機能の向上を図ることができる。

【0041】

特に、中性子遮蔽材５を鋳込む際に、中性子遮蔽材５の鋳込み時において、中性子遮蔽材５は鋳込み後の硬化に伴う液面低下が引き起こされるが、中性子遮蔽材５の鋳込み高さは遮蔽性能に影響を及ぼすことから中性子遮蔽材５上部のプレナム空間９の裕度を大きくすることが厳しい。従って、設計値との公差を十分に確保することが厳しいことから、中性子遮蔽材の鋳込みを複数回に分けて行う必要があった。

【0042】

しかし、本発明では、プレナム空間９と空隙１１との設定により充分なプレナム部の体積の確保が容易でありながら、キャスク上部まで中性子遮蔽材５を鋳込むことが可能となるため、鋳込み後の中性子遮蔽材５の硬化に伴う液面低下が発生しても遮蔽に必要な最低鋳込み高さを満足でき、中性子遮蔽材の鋳込み工数を減らすことができる、との効果が得られる。

【0043】

また、仕切りが管であるため、空隙１１を確保するための仕切りを簡易に形成することができる。

【0044】

更に、プレナム管１０は、断面形状が丸もしくは四角であることで、より容易に空隙１１を構成する管を調達することができる。

【0045】

また、放射性物質輸送貯蔵キャスク１２の表面から１ｍ離れた位置における線量当量率が１００μＳｖ／ｈを下回るように、放射性物質輸送貯蔵キャスク１２の長軸方向における空隙１１の断面積が中性子遮蔽材５の断面積の１割以下であることにより、プレナム管１０の設置による中性子遮蔽材５の減肉が起因する遮蔽能力低下を確実に防ぐことができる。

【0046】

更に、プレナム管１０は、放射性物質輸送貯蔵キャスク１２の長軸方向に延伸していることで、中性子遮蔽材５の下端側にも水蒸気及びガスの逃げであるプレナム空間を簡易に確保できるとともに、上端部側のプレナム空間９に空隙１１を接続することが容易であり、空隙１１の容積の確保も容易となり、その安全性を担保するための機能をより容易に、かつ確実に得ることができる。

【0047】

また、中性子遮蔽材５を鋳込む工程では、プレナム管１０の下端側に蓋を設け、鋳込み完了後に蓋を撤去することにより、鋳込み時に中性子遮蔽材５のプレナム管１０内への流入を防ぎ、空隙１１を確実に形成することができる。

【0048】

＜その他＞
なお、本発明は上記の実施例に限られず、種々の変形、応用が可能なものである。上述した実施例は本発明を分かりやす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ない。

【符号の説明】

【0049】

１…放射性物質輸送貯蔵キャスク
２…内胴（容器内筒）
３…バスケット
４…外筒
５…中性子遮蔽材
６…伝熱フィン
７…上部トラニオン
８…下部トラニオン
９…プレナム空間
１０…プレナム管（仕切り）
１１…空隙
１２…放射性物質輸送貯蔵キャスク（放射性物質収納容器）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】