(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-08-09
(45)【発行日】2022-08-18
(54)【発明の名称】使用済み核燃料の貯蔵と輸送のための多部品キャスク
(51)【国際特許分類】
G21F 5/008 20060101AFI20220810BHJP
G21F 9/36 20060101ALI20220810BHJP
G21F 5/06 20060101ALI20220810BHJP
【FI】
G21F5/008
G21F9/36 501F
G21F9/36 501G
G21F9/36 501H
G21F9/36 501J
G21F5/06 G
(21)【出願番号】P 2021518051
(86)(22)【出願日】2019-06-07
(86)【国際出願番号】 US2019036019
(87)【国際公開番号】W WO2019236980
(87)【国際公開日】2019-12-12
【審査請求日】2021-02-05
(32)【優先日】2018-06-07
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】520481747
【氏名又は名称】ホルテック インターナショナル
(74)【代理人】
【識別番号】100071010
【氏名又は名称】山崎 行造
(74)【代理人】
【識別番号】100118647
【氏名又は名称】赤松 利昭
(74)【代理人】
【識別番号】100123892
【氏名又は名称】内藤 忠雄
(74)【代理人】
【識別番号】100169993
【氏名又は名称】今井 千裕
(74)【代理人】
【識別番号】100173978
【氏名又は名称】朴 志恩
(72)【発明者】
【氏名】シン、クリシュナ、ピー
【審査官】松平 佳巳
(56)【参考文献】
【文献】特開2000-098082(JP,A)
【文献】特開2000-275396(JP,A)
【文献】実開昭57-160699(JP,U)
【文献】特表2017-524912(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
G21F 5/008
G21F 9/36
G21F 5/06
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
使用済み核燃料の輸送および貯蔵用の分離可能な多部品キャスクであって、
垂直の長手方向軸と、
中性子放射遮蔽組成物を有する垂直に延びる第1のシリンダーであって、前記長手方向軸に沿って延びる第1の空洞を規定する、第1のシリンダーと、
ガンマ線遮断組成物を有する垂直に延びる第2のシリンダーであって、前記長手方向軸に沿って延在し、使用済み核燃料キャニスターを保持するように構成された第2の空洞を規定し、前記第1のシリンダーの前記第1の空洞内に取り外し可能に取り付けられる、第2のシリンダーと、
前記第1のシリンダーと前記第2のシリンダーとの間に形成された換気環であって、前記第2のシリンダー内に配置されたときに前記キャニスターによって放出される熱を除去するための熱除去通路を規定する、換気環と、
前記第2のシリンダーの下端に取り付けられた下蓋であって、前記第1のシリンダーの下端にある環状支持フランジの下に下方に延在して、前記換気環へのより低い空気入口を形成する、下蓋と、
を備える、分離可能な多部品キャスク。
【請求項2】
前記第2のシリンダーは、
前記第1の
シリンダーのシェルよりも高い熱伝導率を有する
シェルを含む、請求項1に記載のキャスク。
【請求項3】
前記第2のシリンダーは
、前記第2のシリンダーの上端の周りに円周方向に延びる半径方向に突出する上部取り付けフラン
ジを備える、請求項1に記載のキャスク。
【請求項4】
前記上部取り付けフランジは、前記第1のシリンダーの上端に形成された上向きに開いた環状凹部に少なくとも部分的に収容される、請求項1-3のいずれか一項に記載のキャスク。
【請求項5】
前記環状凹部は、L字型の断面を有する角度リングによって形成される、請求項4に記載のキャスク。
【請求項6】
前記環状凹部は、複数の隆起したスペーサーブロックを含み、前記第2のシリンダーの前記上部取り付けフランジは、前記スペーサーブロック上に着座して、前記第1のシリンダーと前記第2のシリンダーとの間の前記換気環と流体連絡する前記凹部内に前記第1のシリンダーと前記上部フランジとの間に複数の上部空気出口開口部を形成する、請求項4に記載のキャスク。
【請求項7】
前記上部取り付けフランジが、ねじ付き留め具によって前記スペーサーブロックに直接結合されている、請求項6に記載のキャスク。
【請求項8】
前記第1のシリンダーは、城郭
の形を有する上端を含み、前記第2のシリンダーの前記上部取り付けフランジは、前記城郭
の形を有する上端に支持されて、前記換気環と流体連絡する複数の上部空気開口部を形成する、請求項1-3のいずれかに記載のキャスク。
【請求項9】
前記下蓋が、ガンマ遮断材料および中性子吸収材料で構成される、請求項3または8に記載のキャスク。
【請求項10】
前記下蓋が、水素性材料を含む、請求項9に記載のキャスク。
【請求項11】
前記下蓋は、前記第2のシリンダーの側壁の間で半径方向外向きに突出しない、請求項1に記載のキャスク。
【請求項12】
前記第1の
シリンダーの内面は、前記第2のシリンダーを前記第1のシリンダーの中心に配置する前記換気環に配置された複数の垂直の長手方向スプラインを備え、前記換気環の複数の長手方向に延びる空気通路は、前記スプライン間に形成される、請求項1-1
1のいずれか一項に記載のキャスク。
【請求項13】
前記第2のシリンダーを吊上げて移動させるために、前記第2のシリンダーの前記上部取り付けフランジに取り外し可能に取り付けられた複数の吊り上げラグをさらに備える、請求項3に記載のキャスク。
【請求項14】
前記第2のシリンダーの前記上部取り付けフランジは、前記第1のシリンダーの上部フランジと係合する複数のねじ付き留め具によって前記第1のシリンダーに結合され、前記第1および前記第2のシリンダーは、前記吊り上げラグを介して前記第2のシェルを吊上げることによってユニットとして吊上げられる、請求項1
3に記載のキャスク。
【請求項15】
前記第1のシリンダーおよび第2のシリンダーはそれぞれ、円形の横断面形状を有する円筒形の本体を有する、請求項1に記載のキャスク。
【請求項16】
使用済み核燃料の貯蔵および輸送のための多成分移送キャスクシステムであって、
垂直の長手方向軸と、
中性子放射遮蔽組成物を有する垂直に延びる外部容器であって、環状上部フランジを含む上端、下端、およびこれらの両端の間に延在し、第1の空洞を規定する円筒形側壁を含む、外部容器と、
ガンマ線遮断組成物を有する垂直に延びる内部容器であって、環状取り付けフランジを含む上端、下端、およびこれらの両端の間に延在し、使用済み核燃料キャニスターを保持するように構成された第2の空洞を規定する側壁を含む、内部容器と、
前記内部シェルの前記下端に取り付けられた下蓋であって、前記外部シェルの前記下端の下に下向きに延在し、前記内部容器と前記外部容器との間に下向きに開いた環状下部冷却空気入口を規定して周囲の冷却空気を前記換気環に導入する、下蓋と、
を備え、前記内部容器が片持ち支持形態で結合されたこれらのフランジを介して吊り下げられて支持されるように、前記内部容器の前記取り付けフランジが前記外部容器の前記上部フランジに取り外し可能に結合され、前記内部容器は、前記外部容器から軸方向にスライド可能に分離可能である、多部品移送キャスクシステム。
【請求項17】
前記内部容器の前記第2の空洞に配置され、前記内部容器を加熱する使用済み核燃料キャニスターと、
前記長手方向軸に沿って前記内部容器と前記外部容器との間に形成された換気環であって、前記環内の空気は、前記環を通る冷却空気の上方への流れを誘発する内部シェルによって加熱される、換気環と、
前記内部容器の取り付けフランジと前記外部容器の前記上部フランジとの間の界面であって、周囲環境への加熱された空気を排除するために、前記換気環と流体連絡する複数の上部冷却空気出口開口部を規定するように構成される、界面と、をさらに備える、請求項1
6に記載システム。
【請求項18】
前記外部容器の前記上部フランジは、城郭の形となって、前記上部冷却空気出口開口部を規定する前記内部容器の前記取り付けフランジと前記上部フランジとの間に円周方向に離間した複数の垂直ギャップを形成する、請求項1
6または1
7に記載のキャスクシステム。
【請求項19】
前記内部容器の取り付けフランジが、複数のねじ付き留め具によって前記外部容器の前記上部フランジに結合される、請求項1
6-
18のいずれか一項に記載のキャスクシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連する出願への相互参照
この出願は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる、2018年6月7日に出願された米国仮出願第62/681,731号の利益を主張する。
【背景技術】
【0002】
本発明は、一般に、原子力発電所または他の施設によって生成された使用済み核燃料を輸送および貯蔵するために使用されるキャスクに関する。
【0003】
原子炉の運転において、核エネルギー源は、燃料集合体と呼ばれる集合体に集合的に配置された、濃縮ウランで満たされた中空ジルカロイ管の形態である。燃料集合体のエネルギーが特定の所定のレベルまで枯渇すると、燃料集合体は原子炉から取り出される。軽水炉から排出された使用済み燃料集合体をオフサイト移送またはオンサイト乾式貯蔵のために包装するために使用される標準構造は、燃料バスケットとして知られている。燃料バスケットは、本質的に、プリズム状貯蔵セルの集合体であり、各貯蔵セルは、複数の個別の使用済み核燃料棒を含む1つの燃料集合体を貯蔵するようにサイズ設定される。燃料バスケットは、内部燃料バスケット内の複数の使用済み燃料集合体の安全な輸送または保管のために、換気された外部オーバーパックまたはキャスクに配置される金属製の保管キャニスター内に配置される。
【0004】
燃料集合体中の使用済み核燃料(SNF)は依然として高放射性であり、保護遮蔽を必要とする危険な電離中性子およびガンマ光子(すなわち、中性子およびガンマ線)を同時に放出することに加えて、放散しなければならないかなりの熱を生成する。したがって、燃料集合体の取り扱い、輸送、梱包、保管には注意が必要である。中性子放射は、通常はホウ素を含む金属およびポリマーの遮蔽材料で効果的に減衰させることができる。しかしながら、これらのホウ素含有材料は、燃料バスケットから放出されるガンマ線を減衰および遮蔽するのに効果的ではない。効果的なガンマ線遮蔽には、鉛などの非常に密度の高い材料が必要である。
【0005】
典型的な移送キャスクは、その内部燃料キャニスターに貯蔵された使用済み核燃料を構造的に保護するように設計された本体を特徴とする。一般的な構成は、鉛で満たされた同心円状に配置された鋼製シェルで構成されている。高密度導電性材料で作られたそのようなキャスク本体は、優れた熱伝導およびガンマ線遮蔽能力を有するが、残念ながら、比較的控えめな中性子捕獲能力を有する。中性子を捕獲するためには、一般に水で満たされたジャケットまたはキャスク本体に一体的かつ恒久的に結合された固体の樹脂材料によって提供される水素材料が必要である。
【0006】
この従来の移送キャスク設計は、クレーン容量が、キャニスターが挿入された重い移送キャスクを積載するために、一般的に必要なものよりも少ない場合、または施設のキャスク積載面積寸法や空間的制約により、従来の大容量移送キャスクを配置することができない場合に、高い減衰発熱率(すなわち、40kWを超える)を備えたキャニスターを積載するのに限界または不適切となるいくつかの欠点を有している。
【0007】
上記のクレーン容量および空間的制約状況を克服する移送キャスクの適用可能性および多様性を拡張するために従来の移送キャスク設計の改善が望まれる。
【発明の概要】
【0008】
本出願は、2つの取り外し可能に結合され、分離可能な入れ子になった容器からなる、独特の多部品移送キャスクを提供する。本開示による移送キャスクは、主に、外部中性子遮蔽容器またはシリンダー(NSC)と、NSCに取り外し可能に挿入可能な内部ガンマ遮断容器またはシリンダー(GBC)と、を含む。中性子遮蔽材料がキャスク本体のガンマ遮断材料と恒久的に組み込まれる可能性がある従来の移送キャスクとは異なり、非恒久的に取り付けられ分離可能なGBCを備えた本発明のツーピース移送キャスクシステムにより、使用済み燃料キャニスターキャスクの装着操作が可能になる。キャスク積載領域(使用済み燃料プールなど)の限られた空間的制約内で、および該当する状況での限られたクレーン持ち上げ能力内で、達成できる特定の方法であるテージングされる。そうでなければ、燃料キャニスターの重量は、キャニスターの全貯蔵容量よりも少ない使用済み燃料集合体を挿入することによって減らす必要があり、より多くのキャニスターを使用しなければならないので非効率的で費用がかかる。
【0009】
移送キャスクの内部GBCの本体は、ガンマ線を遮断するのに有効なガンマ線を遮断するために、鋼、鉛、または銅などの高密度で高熱伝導性の材料からなることが好ましいガンマ線遮断組成物を有し、組み合わせてシリンダーに構造的完全性を提供する。したがって、GBCのシェルは、NSCのシェル(中性子放射を遮蔽する役割をして、中性子遮蔽のために熱伝導率特性が低く、概して異なる一般的に密度の低い材料を必要とする)よりも高い熱伝導率を有する材料で構成される。GBC本体には、使用済み核燃料キャニスターを囲んで支える円筒形の空洞がある。移送キャスクには、NSCを固定するための適切なサイズのフランジまたはその他の構造的接続または要素がある。GBCは、いくつかの実施形態では、GBCが燃料積載のためにステージングされる使用済み燃料プール内のキャスク積載領域のアーキテクチャに適合するように、非円筒形の外部プロファイルであり得る。一実施形態では、GBCのシェルは、円形の横断面を有する円筒形を有する。
【0010】
移送キャスクの外部NSCは、キャニスターおよびGBCの内部で使用された燃料によって放出される中性子を減衰および吸収する(すなわち、遮蔽する)機能を果たす。したがって、NSCは、中性子減速のためにホウ素を含み得る固体または液体の中性子放射遮断組成物を有する。それは補足的なガンマ遮蔽を提供することもできるが、その主な機能は中性子の遮蔽を提供することである。NSCは、NSCの重量が利用可能な原子力施設のクレーンの吊り上げ能力を超える可能性があるか、またはそのサイズが空間的制約という理由により施設のキャスク積載エリア(すなわち、使用済み燃料プール)での積載作業を制限する場合に、キャスクのGBC本体から分離される。使用済燃料集合体を備えた水で満たされた燃料キャニスターは、燃料プールに沈められた状態でGBCに装着され得る。キャスク積載エリア(キャニスターを含む)からGBCを取り外した後、GBCとNSCを結合する。使用済燃料プールからGBCを除去する際、燃料キャニスターに含まれた水は、GBCが外部NSCに配置されるまで中性子遮蔽を提供する。GBCおよび積載された水で満たされた燃料キャニスター(NSCなし)のより軽いリフト重量は、許容されるクレーン容量の範囲内であることが有利である。使用済燃料プールのキャスク積載エリアでの操作が完了すると、GBCが設置され、NSCとGBCは、本明細書でさらに説明するように結合される。GBCとNSCで構成される移送キャスク組立体は、従来のキャニスターの閉鎖と移送作業を開始するために必要なキャニスター内の使用済み核燃料の遮蔽を備える。好ましくは、NSCは、中性子遮蔽の失効がないことを保証するために、GBC内のキャニスターの脱水の前に設置される。GBC、キャニスター、およびNSCを含む移送キャスクを持ち上げる前に、キャニスターを脱水して、全体のリフト重量をクレーン(またはキャスク、垂直移送車両などの他のリフト装置)の容量内に減らすことが好ましい。NSCを設置すると、キャニスター内の水による中性子保護の必要がなくなる。
【0011】
本開示によるツーピース移送キャスクにおける熱除去の主な手段は、GBCとNSCとの間に形成された円周方向および垂直方向に延びる換気環における自然対流気流換気作用である。冷却空気の循環は、GBCの内部にあるキャニスター内の使用済み燃料集合体から放出される崩壊熱によって加熱されるGBCの高温の外面によって自然に引き起こされる。環は、下部空気入口開口部および上部空気出口開口部を有するキャスクの実質的に全高にわたって延びる。熱除去は、オンデマンドの換気能力のために、キャニスターとGBCの界面に、GBC内に開放され、換気された環状スペースを提供することによって、さらに強化することができる。最適な熱性能とALARA性能を得るには、必要に応じて追加の中性子遮蔽のためにこの二次内部環を水で満たしたままにする機能、または使用済み燃料の装着と移送プロセスのさまざまな段階で追加の熱除去のために時々換気する機能が望ましい。
【0012】
この排水可能なキャニスターからGBCへの環状空間は、状況によっては、キャニスターの蓋に冷却水を噴霧して過剰な熱を除去することによってキャニスターをより効率的に冷却することが望まれる場合にも価値がある。スプレーは重力で供給され、キャニスターとその中の燃料集合体の構造的完全性を保護するための最大の信頼性のために、環状空間を通ってキャニスターの上および周りを流れることができる。計算によると、スプレーモードでは、無期限水で満たされたキャニスター内の水が沸騰するのを防ぐことができる。これは、燃料ベアリングキャニスターが中性子遮蔽などの長期間水で満たされたままでなければならない場面に対処するために非常に重要である。
【0013】
分離可能なNSCとGBCとの間の結合構成は独特であり、これらの2つのシリンダー間の熱膨張差を補償する。内部GBCには上部取り付けフランジがあり、これは、外部NSCの上部フランジにしっかりと取り外し可能に結合されるので、内部GBCは、上部の結合フランジを介して片持ち梁式に吊り下げられて支持される。1つの好ましい実施形態では、結合された上部フランジの下で、NSCとGBCとの間に他の堅固な結合はない。有利なことに、これにより、内部GBCのより高温の本体(GBC内のキャニスターから放出される崩壊核燃料熱によって加熱される)が熱的に成長し、結合されたフランジから長さが垂直に下向きに膨張する。その程度は、自然の周囲冷却空気にされされた比較的低温の外部NSCよりも大きい。これにより、熱膨張差によるGBCとNSC間の亀裂の形成が回避される。一実施形態では、2つのフランジは、複数のねじ付き留め具によって一緒にボルト締めすることができる。
【0014】
一態様では、使用済み核燃料の輸送および貯蔵用の分離可能な多部品キャスクは、垂直の長手方向軸と、中性子放射遮蔽組成物を有する垂直に延びる第1のシリンダーであって、前記長手方向軸に沿って延びる第1の空洞を規定する、第1のシリンダーと、ガンマ線遮断組成物を有する垂直に延びる第2のシリンダーであって、前記長手方向軸に沿って延在し、使用済み核燃料キャニスターを保持するように構成された第2の空洞を規定し、前記第1のシリンダーの前記第1の空洞内に取り外し可能に取り付けられる、第2のシリンダーと、前記第1のシリンダーと前記第2のシリンダーとの間に形成された換気環であって、前記第2のシリンダー内に配置されたときに前記キャニスターによって放出される熱を除去するための熱除去通路を規定する、換気環と、を備える。
【0015】
一態様では、使用済み核燃料の貯蔵および輸送のための多成分移送キャスクシステムは、 垂直の長手方向軸と、中性子放射遮蔽組成物を有する垂直に延びる外部容器であって、環状上部フランジを含む上端、下端、およびこれらの両端の間に延在し、第1の空洞を規定する円筒形側壁を含む、外部容器と、ガンマ線遮断組成物を有する垂直に延びる内部容器であって、環状取り付けフランジを含む上端、下端、およびこれらの両端の間に延在し、使用済み核燃料キャニスターを保持するように構成された第2の空洞を規定する側壁を含む、内部容器と、を備え、前記内部容器が片持ち支持形態で結合された前記フランジを介して吊り下げられて支持されるように、前記内部容器の前記取り付けフランジが前記外部容器の前記上部フランジに取り外し可能に結合され、前記内部容器は、前記外部容器から軸方向にスライド可能に分離可能である。内部容器を吊り下げて片持ち形態で取り付けることにより、使用済み核燃料キャニスターによって直接加熱された容器を、より冷たい外部容器よりも高い熱膨張率で成長させることができるので、2つの容器間の熱膨張亀裂を回避できる。
【0016】
一態様では、使用済み核燃料を移送および輸送するための方法は、内部の第1の空洞を有する外部中性子遮蔽シリンダーおよび内部の第2の空洞を有する内部ガンマ遮断シリンダーを含む核燃料輸送キャスクを用意するステップであって、前記ガンマ遮断シリンダーは、前記中性子遮蔽シリンダーの第1の空洞に取り外し可能に結合され、その内部に入れ子になる、ステップと、前記ガンマ遮断シリンダーを前記中性子遮蔽シリンダーから分離するステップと、前記ガンマ遮断シリンダーを支持面に配置するステップと、複数の使用済み核燃料集合体を、前記ガンマ遮断シリンダーの前記第2の空洞に積み込むステップと、前記ガンマ遮断シリンダーを前記中性子遮蔽シリンダーの上に持ち上げるステップと、前記ガンマ遮断シリンダーと燃料キャニスターの組立体を前記中性子遮蔽シリンダーに挿入するステップと、を含む。
【0017】
本発明のさらなる適用可能領域は、以下に提供される詳細な説明から明らかになるであろう。詳細な説明および特定の例は、本発明の好ましい実施形態を示しているが、例示のみを目的としており、本発明の範囲を限定することを意図していないことを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【0018】
本発明は、詳細な説明および添付の図面からより完全に理解され、同様の要素が同様にラベル付けされ、以下の点である。
【0019】
【
図1】本開示による使用済み核燃料の貯蔵および移送のための多部品輸送キャスクシステムの斜視図である。
【0020】
【0021】
【
図3】外部中性子遮蔽シリンダーから切り離されて分離された内部ガンマ遮断シリンダーを示す分解斜視図である。
【0022】
【
図4】縦方向のガイドスプラインおよび他の特徴を示す、中性子遮蔽シリンダーの上部の拡大上面斜視図である。
【0023】
【0024】
【
図6】
図5から取られたキャスクの拡大された上部詳細であり、矢印で示される冷却空気流路および取り付けフランジ配置を示す。
【0025】
【
図7】
図5から取られたキャスクの拡大された底部詳細である。
【0026】
【
図8】シーリングおよび空気流パターンを示すキャスクの底部の拡大側面図の詳細である。
【0027】
【
図9】
図2下蓋を内部ガンマ遮断シリンダーに取り付けるための取り付け機構を示すキャスクの底面斜視図である。
【0028】
【
図10】
図9の取り付け機構を示すキャスクの底部の拡大詳細である。
【0029】
【
図11】内部ガンマ遮断シリンダーの取り付けフランジを外部中性子遮蔽シリンダーに結合するための機構を示す拡大側面断面図である。
【0030】
【0031】
【
図13】キャスクの換気システムを示す断面側面図である。
【0032】
【
図14】
図1のキャスクシステムを利用する核燃料貯蔵および積載施設を示す概略図である。
【0033】
すべての図面は概略図であり、必ずしも縮尺どおりではない。特定の図に番号が付けられて示されている機能は、本書で特に明記されていない限り、他の図では番号が付けられていないように見える機能と同じである。
【発明を実施するための形態】
【0034】
本発明の特徴および利点は、例示的な実施形態を参照することにより、本明細書に例示および説明される。例示的な実施形態のこの説明は、添付の図面に関連して読むことを意図しており、これらは、発明の詳細な説明全体の一部と見なされるべきである。したがって、本開示は、単独でまたは他の特徴の組み合わせで存在し得るいくつかの可能な非限定的な特徴の組み合わせを示すそのような例示的な実施形態に明示的に限定されるべきではない。
【0035】
本明細書に開示される実施形態の説明において、方向または向きへの言及は、単に説明の便宜のために意図されており、本発明の範囲を限定することを決して意図されていない。 「下」、「上」、「水平」、「垂直」、「上」、「下」、「上へ」、「下へ」、「上部」、「底部」などの相対的な用語、およびそれらの派生語(例えば、「水平に」、「下向きに」、「上向きに」など)は、その時点で説明されている、または説明中の図面に示されている方向を指すと解釈されるべきである。これらの相対的な用語は、説明の便宜のためだけのものであり、装置が特定の方向で構築または操作されることを必要としない。 「取り付けられた」、「固定された」、「接続された」、「結合された」、「相互接続された」などの用語は、特に明記されていない限り、構造が、介在する構造を介して直接的または間接的に互いに固定または取り付けられている関係、ならびに可動式または固定式のアタッチメントまたは関係の両方を指す。
【0036】
全体を通して使用されるように、本明細書に開示される任意の範囲は、範囲内にあるすべての値を説明するための省略形として使用される。範囲内の任意の値を範囲の終端として選択できる。さらに、本明細書で引用されたすべての参考文献は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。本開示の定義と引用文献の定義に矛盾がある場合は、本開示が優先する。
【0037】
図1-13は、キャスク20を含む放射性使用済み核燃料を貯蔵および移送するためのシステムを示す。キャスク20は、垂直に細長く形成されて垂直長手方向軸LAを定義し、外部中性子遮蔽シリンダー21(NSC)および外部シリンダー内に取り外し可能に配置および挿入された内部ガンマ遮断シリンダー40(GBC)を備える。これらのシリンダーは、本明細書において、それらの略語/頭字語、フルネーム、または単に内部および外部シリンダーとも呼ばれる。
【0038】
外部NSC21は、上端22、下端23、両端の間に延びる円筒形側壁24、および内部空洞25を含む細長い本体を有する。空洞25は、上端から下端まで長手方向軸に沿って該シリンダー21を通って完全に延びる。シリンダー21は、内面30および対向する外面30を備える。NSC21は、単一の長いシリンダー本体から構成され得るか、あるいは、セグメント間の接合部で一緒にシール溶接されてシリンダー本体を集合的に形成する軸方向に整列されかつ垂直に積み重ねられた複数のシリンダーセグメントによって形成され得る。
【0039】
中性子遮蔽シリンダー21の下端23は、NSCの支持およびシリンダーの側壁24の補強のためのガセット付き環状の放射状底部支持フランジ26を含み得る。フランジ26は、1つの非限定的な実施形態において、シリンダーの内面30から外側に露出した外面31まで半径方向/横方向に完全に延びることができる(例えば、
図7を参照)。フランジ26は、フル装着の燃料キャニスター、GBC、およびNSCと共に完全に積載されたキャスク20(
図13および14に概略的に表されている)を輸送するために使用される自走式車輪付きまたは追跡式垂直キャスク輸送車両またはクローラー75のレセプタクル74を取り囲むプラットフォーム73と係合するように構成され、かつ配置される。このようなキャスクトランスポーターは当技術分野でよく知られており、エナパック株式会社などのメーカーから市販されている。燃料キャニスター60が装着された内部ガンマ遮断シリンダー40が外部NSC21の内側に取り付けられると、GBCの下端は、支持フランジ26の下で、上向きに開いたレセプタクル74内に下向きに突出し、支持のために輸送車両のいかなる構造面とも係合しない場合がある。したがって、外部NSCの下部支持フランジ26は、キャスク20およびその中の使用済み燃料の全重量を支持する。
【0040】
シリンダー21の上端22は、上向きに開いた上部凹部28を規定する環状の放射状上部フランジ27を含み得る。フランジ27は、シリンダー21の上端の周りに円周方向に延びる垂直に延びる環状リップ27-1を形成するように構成される。一実施形態では、フランジ27は、水平断面27-2と、フランジの周囲を規定する環状リップ27-1を規定する隣接する垂直断面とを含むL字型の金属構造角によって形成され得る(例えば、
図6参照)。上部および下部フランジ26、27の両方は、例えばシール溶接などを介して、中性子遮蔽シリンダー21の側壁24に堅固に結合されている。各フランジ26、27は、1つの非限定的な実施形態に示されるように、中性子遮蔽シリンダー21の側壁24を越えて半径方向外向きにさらに突出し得る。
【0041】
一実施形態では、外部中性子遮蔽シリンダー21の上端22は、上部取り付けフランジ27(例えば、
図4参照)によって形成されたシリンダーの上部凹部28に配置された隆起スペーサーブロック29によって形成された複数の城郭(castellation)を含む構成で城郭化され得る。スペーサーブロック29は、上部フランジ27の平面上向き面27-1から垂直に上向きに延びる。スペーサーブロック29は、長方形または正方形の直方体の形状であり得る。ブロック29は、本明細書でさらに説明するように、一実施形態では、好ましくは一定の間隔で上部フランジ27上に円周方向に離間して、内部ガンマ遮断シリンダー40の取り付けフランジ70に均一に係合し、シリンダーを支持することができる。
【0042】
一実施形態では、中性子遮蔽シリンダー21は、内部円筒シェル33および外部円筒シェル32を含む複合壁構造を有し得る(
図7に最もよく示されている)。内部円筒シェル33および外部円筒シェル32の間には、中性子減衰遮蔽媒体35が介在されている。シェルは、腐食保護のためにステンレス鋼など(これに限定されない)の十分な構造強度および厚さの適切な金属で形成することができる。中性子遮蔽媒体35は、中性子減衰のためのホウ素含有材料であり得る。一実施形態では、中性子遮蔽は、ニュージャージー州カムデンのホルテックインターナショナルから入手可能なホルタイト(登録商標)などの固体材料であり得、これは、均一に分散した炭化ホウ素粒子を含浸させた水素に富むポリマーを含む配合物である。他のホウ素含有材料を使用することができる。他の実施形態では、中性子遮蔽媒体35は、ホウ酸を含む水などの液体であり得る。固体または液体中性子遮蔽媒体のいずれの場合でも、媒体は、示されるように、壁32、33とシリンダー21の上部および下部フランジ27、26との間に完全に封入または包まれてもよい。
【0043】
次に、内部ガンマ遮断シリンダー40についてさらに説明する。概して
図1-13に示されるように、内部シリンダー40は、上端41、下端42、両端間に延びる側壁43、および内部空洞44を含む細長い本体を有する。側壁43は、いくつかの実施形態では、燃料キャニスター60の円筒形に一致する円形の横断面を備えた円筒形であり得る。しかしながら、例えば、六角形などの他の非円筒形の側壁であり得る。
【0044】
ガンマ遮断シリンダー40の空洞44は、長手方向軸LAに沿って上端から下端41、42までシリンダー40の本体を通って完全に延びる。空洞44は、その中に核使用済み燃料キャニスター60を保持および支持するように構成される。ガンマ遮断シリンダー40の空洞44は、好ましくは、単一の使用済み核燃料キャニスター60のみを保持するように構成された横断面積を有し、これは、それぞれが燃料棒を含む複数の使用済み燃料集合体を保持する。キャニスター60は、キャニスターの内部およびそこに格納された燃料集合体へのアクセスを提供するための密閉可能な蓋61を含む。典型的な核燃料キャニスターは、最大容量で約89個の燃料集合体を保持し得る。内部シリンダー40は、内面45および対向する外面46をさらに含む。ガンマ遮断シリンダー40は、単一の長いシリンダー本体からなるか、あるいは、軸方向に整列し、かつ垂直に積み重ねられた複数のシリンダーセグメントをセグメント間の接合部でシール溶接して集合的にシリンダー本体を形成することによって形成することができる。
【0045】
一実施形態では、GBC40は、ガンマ遮断ライナー49が挿入され、それらの間に介在する、内部円筒シェル47および外部円筒シェル48を含む複合壁構造を有し得る(
図7に最もよく示されている)。環状底部閉鎖リング51は、2つのシェルおよびライナーの下端を囲み、支持するために提供され得る。シェル47、48は、腐食保護のためのステンレス鋼などの(これに限定されない)十分な構造強度および厚さの適切な金属で形成することができる。ガンマ遮断ライナー49の材料は、好ましくは、ガンマ線を遮断するように選択され、動作可能な高密度で高熱伝導性の金属材料で構成される。これらの基準を満たす使用できる適切な材料には、いくつかの非限定的な例として、鋼、鉛、または銅が含まれる。一実施形態では、複合壁構造は、鋼/鉛/鋼であり得る。これらはすべて、GBCの空洞44に配置された燃料キャニスター60内に保持された崩壊核燃料によって放出されるガンマ線を遮断するのに役立つ。
【0046】
GBC40の下端42にある空洞44は、
図5、7、8に最もよく示されている取り外し可能な下蓋50によって閉じることができる。蓋50は、内部ガンマ遮断シリンダー40がその中に配置されると、外部中性子遮蔽シリンダー21の底部支持フランジ26および下端23の下に垂直に下向きに突出する。蓋50は、使用済み燃料キャニスター60を支持するように構成されており、該使用済み燃料キャニスター60は、キャニスターの重量から過度にたわむことなく、この目的に適した厚さの蓋の平らな水平上面上にある。
【0047】
蓋50は、リングと蓋との間にインターロックされた配置を形成するように選択された適切な留め具によって、シリンダー40の底部閉鎖リング51に取り外し可能に結合され得る。一実施形態では、
図9および10に最もよく示されたように、シリンダー40および蓋50の周囲に円周方向に間隔を置いて配置された複数のロックキー53を使用して、蓋を閉鎖リング51に結合することができる。キー53は、相補的な構成されたロックスロット54に挿入される。スロットの半分は、ロックスロットの形状を集合的に形成する隣接する底部閉鎖リング51および蓋50のそれぞれに形成される。スロット54は、横方向に開いており、適切な距離だけ長手方向軸LAに向かってシリンダー40内に半径方向内側に延びる。キー53は、1つの非限定的な実施形態において多角形、好ましくは直線多角形であり得る。一実施形態では、キー53および嵌合スロット54は、示されるようにI字形であり得る。しかしながら、非多角形を含む他の形状のキーは、GBCの底部閉鎖リング51と蓋50との間にインターロックされた配置が形成される限り、使用され得る。キーの形状は、本発明を限定するものではない。
【0048】
内部ガンマブ遮断シリンダー40が外部中性子遮蔽シリンダー21に挿入されたときにロックキー53へのアクセスを提供するために、複数の半径方向に延在し、横方向に開いたアクセススロット56が、外部シリンダー21の下部フランジ26に形成され得る(
図9に最もよく示されている)。各キー53には、関連するアクセススロット56がある。
【0049】
他の可能な実施形態では、ボルトなどのねじ付き留め具55(
図8に破線で表される)を使用して、蓋50をGBCの底部閉鎖リング51に取り外し可能に結合することができる。留め具55は、示されるように、閉鎖リングおよび蓋に対して対角線方向に挿入され得る。一実施形態では、蓋50と底部閉鎖リング51との間の界面は、適切な弾性圧縮性エラストマー材料またはゴムで形成された環状ガスケットまたはシール52によってシールされ得る。シールは、核廃棄物燃料キャニスター60を気密および液密の方法で保持するガンマブ遮断シリンダー40の内部空洞44をシールするように選択および構成される。
【0050】
下蓋50は、好ましくは、
図8に最もよく示されるように、ガンマブ遮断シリンダー40の側壁43を越えて延在しない。これは、シリンダー40の外部中性子遮蔽シリンダー21への妨害のない挿入を提供し、本明細書でさらに説明される内部シリンダーと外部シリンダーとの間に冷却空気換気環34を形成するためのクリアランスを維持する。内部シリンダー40のセンタリングおよび挿入を容易にするために、複数の長手方向ガイドリブまたはスプライン57が、空洞25内の外部シリンダー21の内面30上に提供され得る。ガイドスプライン57は、円周方向に間隔を置いて配置され、垂直方向に延び、好ましくは空洞25の長手方向長さの大部分またはより好ましくは実質的に全体にわたって、長手方向軸LAに沿って長手方向に延びる。スプライン57は、外部中性子遮蔽シリンダー21の上部開口部に外接するNSC上部フランジ27の内径を少し越えて、空洞25内に半径方向内側に延びることによって、それが下げられたときに、内部シリンダー40との係合および誘導を確実にする。スプライン57の上端は、内部シリンダー40のセンタリングおよび外部シリンダーの空洞25への進入を容易にするために斜めに角度を付けられ、クレーンによって外部シリンダーへ下げられたときに、キャスクの長手方向軸LLAと完全に同軸に位置合わせされていない場合、内部シリンダーの下蓋50の周縁と滑らかに係合する。ガイドスプライン57は、内部および外部シリンダー40、21の間で実質的に均一な冷却空気換気環34を維持する重要な機能をさらに果たすことに留意されたい。ガイドスプライン57は、一実施形態では、溶接によって外部中性子遮蔽シリンダー21に恒久的に取り付けられ得る。
【0051】
概して
図1-13を参照すると、内部ガンマ遮断シリンダー40の上端41は、環状上部取り付けフランジ70によって終端することができる。フランジ70は、ガンマブ遮断シリンダー40(GBC)の側壁43を越えて半径方向/横方向外向きに突出して、
図5および6に示されるような外部中性子遮蔽シリンダー21(NSC)の上部フランジ27と係合する。GBC取り付けフランジ41は、1つの非限定的な実施形態において、ねじ付きボルトなどの複数の取り付け留め具71によってNSC上部フランジ27に取り外し可能に取り付けられ、それによって、内部シリンダーおよび外部シリンダーを取り外し可能に結合する(
図4および11も参照)。留め具71は、GBC取り付けフランジ70を通って垂直に完全に延在し、NSC上部フランジ27に形成された対応する上向きに開いたねじ穴72と係合する。一実施形態では、ねじ穴72は、
図4に最もよく示されるように、スペーサーブロック29に形成され得る。スペーサーブロック29は、構造的強度のために取り付け留め具71をNSC上部フランジ27に固定するための追加の購入または材料の厚さを有利に提供する。
【0052】
内部ガンマ遮断シリンダー40が外部中性子遮蔽シリンダー21に取り付けられている場合、使用済み燃料キャニスター60が装着された内部シリンダー40の全重量は、取り付けフランジ70と上部フランジ27との間の係合を介して片持ち式で外部シリンダー21によって完全に支持される。これにより、その中の熱放出燃料キャニスター60によって直接加熱された内部シリンダー40が、外部中性子遮蔽シリンダー21とは独立して長さが熱的に成長し、熱膨張差による亀裂を回避することができる。次に、外部中性子遮蔽シリンダー21の下部支持フランジ26は、本明細書の他のところで説明される垂直キャスク輸送クローラーまたは車両75によって支持される。
【0053】
1つの構造では、使用済み燃料キャニスター60を備えた外部中性子遮蔽シリンダー21および内部ガンマ遮断シリンダー40を含む全負荷キャスク20は、GBC取り付けフランジ70およびボルト締めのみを介して吊り上げられる。したがって、フランジ70は、キャスク全体の重量を支えるのに十分に頑丈な構造および厚さを有する。キャスクを持ち上げるために、
図1-3に示された少なくとも1対の吊り上げラグ集合体76は、ボルトなどのねじ付きラグ留め具77を介して、取り付けフランジ70の上部に取り外し可能に取り付けることができる。他の実施形態では、所望のリギング配置に応じて、より多くのラグ集合体を使用することができる。様々な実施形態において、取り付けフランジ70を外部中性子遮蔽シリンダー21に固定するために使用される既存の取り付け留め具71は、ラグ留め具として使用され得る。他の実施形態では、別個のねじ付きラグ留め具77を使用することができる。
【0054】
図3は、クレーン80のホイスト79を介してシリンダー40を取り外しまたは外部中性子遮蔽シリンダー21に挿入する過程での内部ガンマ遮断シリンダー40を示している。吊り上げハーネス78は、ガンマ遮断シリンダーに取り付けられた下の吊り上げラグ集合体76および上のホイストに結合されている。内部ガンマ遮断シリンダー40が、上記のように取り付け留め具71を介して外部中性子遮蔽シリンダー21に取り付けられると、キャスク20全体が、示されるのと同じ方法で昇降される。示されているクレーン80は、使用済み核燃料プールにアクセスできる原子炉格納構造内のもの、または垂直キャスク輸送車両75に取り付けられているものであり得ることに留意されたい(例えば、
図14を参照)。
【0055】
使用済み燃料キャニスター60を保持する内部ガンマ遮断シリンダー40は、使用済み核燃料から発せられる崩壊熱によって加熱され、これは、かなり長期間にわたって重要であり得る。したがって、キャスク部品とその核燃料含有量の構造的完全性を維持するために、崩壊熱を効果的に除去するための対策を講じる必要がある。
【0056】
本発明の一態様によれば、内部ガンマ遮断シリンダー21の垂直側壁43を介して崩壊する燃料集合体によって放出される熱によって誘発される煙突効果により生成された自然流循環および利用可能な周囲冷却空気を利用する冷却空気システムが提供される。
図5-8、11、および13を参照すると、開放垂直延長冷却空気換気環34は、内部ガンマ遮断シリンダー40の垂直側壁43の外面46と、外部中性子遮蔽シリンダー21の垂直側壁24の内面30との間の空間またはギャップによって開放された垂直延長冷却空気換気環34が提供される。冷却空気換気環34は、キャスク20の全高にわたって、内部および外部シリンダー40、21との間の全界面の周りに円周方向に延在する。本明細書で前述したように、空気換気環34は、外部中性子遮蔽シリンダー21の内面に取り付けられた長手方向スプライン57によって生成された実質的に均一な横断面積を有し得る(
図4及び12を参照)。空気は、スプライン57との間の冷却空気換気環34を通って垂直上方に流れ、スプラインによって定義される複数の長手方向に延びる空気通路34-1を生成する。
【0057】
内部ガンマ遮断シリンダー40は、GBC取り付けフランジ70とNSC上部フランジ27との間の係合を介して上部から外部中性子遮蔽シリンダー21の内側に完全に支持されるので、換気環がキャスクの下端を通って完全に延びることができる。これは、キャスクの底部にあるシリンダーの間の換気環34への環状下部冷却空気入口開口部34-2を形成する(
図7-8に最もよく示されている)。いくつかの実施形態では、空気入口開口部34-2は、完全に360度の間中断されずに、連続的に開いていてもよい。
【0058】
本明細書で前述した方法で、中性子遮蔽シリンダー上部フランジ27のスペーサーブロック29上にガンマ遮断シリンダー40の上部取り付けフランジ70を着座させると、
ガンマ遮断シリンダー40と中性子遮蔽シリンダー21との間の換気環34と流体連通する垂直方向に離隔された嵌合フランジ間に複数の上部冷却空気出口開口部34-3をさらに形成する。中性子遮蔽シリンダー上部フランジ27の垂直方向に突出した環状リップ27-1とフランジの角度のある断面形状は、上部出口開口部34-3を介して中性子が外部環境に直接流れるのを有利に防止する遠回りの空気L字型出口経路を作成する。中性子の流れを防ぐために、外部から空気出口開口部34-3を通ってキャスク20の内部への直接視線がない。
【0059】
冷却空気システムの動作において、周囲冷却空気は、環状下部空気入口開口部34-2に垂直に流入し、換気環34を通ってキャスク20の上部に垂直に上向きに流れる(長手方向軸LAに平行)。開放環34内の空気は、内部ガンマ遮断シリンダー側壁43によって直接加熱される。これは、自然対流により、下部空気入口開口部34-2を介して空気をキャスク20内へ引き込む。次に、加熱された冷却空気は、換気環内を上向きに流れ、上部空気出口開口部34-3を通って半径方向/横方向に流れ(長手方向軸LAに垂直)、次に、外部NSCシリンダー21の環状リップ27-1を通過して垂直上向きに流れ、周囲の大気および環境に排出される。
【0060】
図7および8に示されるように、円周方向に延びる半径方向環状空間またはギャップGは、好ましくは、燃料キャニスター60とガンマ遮断シリンダー40の内面45との間の界面に提供され得る。最適な熱およびALARA性能のために、環状ギャップGを(追加の遮蔽のために)水で満たすか、または(追加の熱排除容量のために)空気換気させる能力は、燃料積載シナリオのさまざまな段階で望ましい。ガンマ遮断シリンダー40の下蓋50は、周囲冷却換気を環状ギャップGへ上方に導入するための通路を提供するように構成された複数の空気入口穴62を含み得る(例えば、
図7および9を参照)。空気入口穴62は、中性子遮蔽シリンダー21の下部支持フランジ26の下に延びる蓋50の部分の側面に形成されている。空気入口穴62は、L字形の構成を有し得るが、他の実施形態では、穴は、垂直に真っ直ぐであり、蓋50の下側を通して直接穴をあけられ、上方に延在して、環状ギャップGに流体的に結合される。
【0061】
下蓋の空気入口穴62は、必要に応じて容易に塞がれるように設計されており、キャスク燃料の装着および取り扱い操作の特定の段階中に必要に応じて環状ギャップGを代わりに水で満たしたままにする。したがって、キャニスターを取り囲む排水可能な環状ギャップGを使用して、燃料の装着および移送操作中に、必要に応じて、換気を促進するか、または水で満たしたままにすることができる。環状ギャップGは、ガンマ遮断シリンダー40とキャニスター60との間の界面で上向きに開いて、環状空気出口63を形成する(
図6に最もよく示されている)。上記のように、空冷の代わりに追加の中性子遮蔽のために必要な場合、水を空気出口63を介して環状ギャップGに導入して、キャニスター60を冷却することができる。キャニスター60が崩壊する核燃料によって生成された熱を放散するためにさらに能動的な冷却を必要とする場合、排水可能な環(ギャップG)は、重力供給水滴を使用してキャニスターの蓋に水を噴霧する機能を有利に提供して、能動冷却システムに頼ることなくキャニスターから熱を効率的に除去する。
【0062】
本明細書で前述したように、戦略的な時間に内部ガンマ遮断シリンダー40(GBC)から分離可能な物理的に取り外し可能な外部中性子遮蔽シリンダー21(NSC)は、いくつかの利点を提供する。
【0063】
1つの利点は、移送キャスク(すなわち、NSC)の熱導電性の低い部分を熱導電性の高いGBCから分離することによって、それらの間に本明細書で前述した換気環34を組み込むことが可能になることである。GBC内のキャニスター内の燃料からの崩壊熱によって加熱された、GBCの高温の外面は、効率的な自然対流換気作用を誘導して、燃料が過度に加熱されないようにする。
【0064】
別の利点は、場合によっては(例えば、キャニスター乾燥操作中)、キャスクを可能な限り高温に保つことが望ましい場合があることである。このような場合、NSCの高熱慣性中性子遮蔽をキャスク本体のGBCから分離するか、換気を物理的に遮断する機能は、乾燥操作を加速するのに役立つ。
【0065】
別の利点は、ほとんどの移送キャスクの許容重量が、キャスク処理クレーンの定格リフト容量または使用済み燃料プール内のキャスク積載領域のサイズによって制限されることである。現在の分離可能なGBCとNSCのアプローチでは、GBCは、プラントの組織とクレーンの容量の制約内で、可能な限り重く、直径が大きく作られる。NSCも同様に、原子力施設のキャスク積載エリアのキャスク処理クレーンよりも通常高い定格負荷リフト能力を有する移送キャスクを処理するために使用される負荷リフト装置の制約内で可能な限り大きく作られる。これらの2つの機能は、移送キャスクの遮蔽性能を最適化する方法で組み合わされている。
【0066】
さらに別の利点は、NSCが、鋼の外部に含まれる、ホルタイト(商標)などの固体の樹脂性中性子遮蔽材料または水を含む単一または複数のセクションの環状シリンダーの形態で作製できることである。NSCの水塊にホウ酸を加えて、中性子捕獲を強化することができる。
【0067】
図14は、使用済み核燃料を一時的に保持するための「湿式」使用済み核貯蔵施設100の例の概略図である。これは、使用済み核燃料のより長い中間貯蔵のための「乾式」独立使用済み燃料貯蔵施設(ISFSI)と混同してはならない。湿式貯蔵施設100は、屋根125、壁123、および水で満たされた使用済み燃料プール140の部分を取り囲み、その上に延びる実質的に水平な操作デッキ122を規定する鋼強化コンクリートベースマット121を備えた構造的建物エンクロージャを含む。デッキ122は、モーター付きキャスク車両またはカートの施設への出入りを容易にするために、周囲の地面レベルまたはグレードGにあってもよい。アクセスベイ90は、示されるように、外部中性子遮蔽シリンダー21および内部ガンマ遮断シリンダー40からなる本燃料輸送キャスク20をステージングするための燃料プール140に隣接するデッキ122によって定義される。いくつかの実施形態では、建物の囲いは、原子炉格納容器の囲い構造であり得る。
【0068】
燃料プール140は、ベースまたはフロア142と、そこから上向きに作動デッキ122まで延びる複数の垂直側壁141とを含む。水位WLがプール内に形成される。プール140内に沈められているのは、原子炉から取り外された単一の使用済み核燃料集合体128を保持するようにそれぞれ構成された複数の上向きに開いた貯蔵セル129を含む燃料貯蔵ラック127である。燃料集合体自体は、原子炉内の一次冷却材の流れのための上部および下部の流れノズルと複数の燃料棒とを含む。燃料集合体の設計は、本明細書で過度の詳細を述べることなく当業者によく知られている。燃料プール140の一部は、以下でさらに説明するように、燃料集合体をラック127からガンマ遮断シリンダー40内に配置されたキャニスター60に装着するためのキャスク装着領域150を規定する。燃料集合体からキャニスターへの積み込み操作、および移送キャスク20の構成要素(GBC、NSC)および燃料キャニスターの操作のために、積載量を持ち上げて湿式貯蔵施設100を横断するように動作可能な、本明細書で前述した1つまたは複数のオーバーヘッドトロリークレーン80を提供することができる。
【0069】
ここで、使用済み核燃料を移送および輸送するためのプロセスまたは方法を、最初に
図14を参照して簡単に説明する。第1のステップは、内部の第1の空洞25を有する外部中性子遮蔽シリンダー21と、内部の第2の空洞44を有する内部ガンマ遮断シリンダー40とを備える核燃料輸送キャスク20を提供することである。最初に、ガンマ遮断シリンダーは、後述するプロセスの開始時に中性子遮蔽シリンダーの第1の空洞に取り外し可能に結合され、その内部に入れ子になることを以下に説明する。キャスク20は、クレーンが支柱の間の梁によって支持された状態で、1対の垂直支柱81によってクローラーのプラットフォーム73の上方に高く取り付けられた高吊上げ能力のオーターヘッドクレーン102を持つ自走車輪型または追跡型クローラー75を介して、乾式使用済燃料貯蔵施設100に輸送することができる。
【0070】
キャスク20は、示されているように、頑丈なクローラー75(例えば、約170トンの吊り上げ能力)を介して、燃料貯蔵施設100のすぐ外側のステージングスポットに移動することができる。クローラーの高さと重量が高いため、一般的に燃料貯蔵施設に入ることができない。一シナリオでは、キャスク20全体を、通常、施設の外部の地上レベルGおよび施設内の操作デッキ122で支持された1対の連続レールに沿って移動する薄型の車輪付きキャスク輸送カート302に配置することができる。次に、キャスク20は、施設エンクロージャ内で燃料プール140と並んでアクセスベイ90に移動される。プロセスの次のステップは、
図14に示すように、内部クレーン80を使用して、ガンマ遮断シリンダー40を外部中性子遮蔽シリンダー21から分離することである。これは、最初に、ガンマ遮断シリンダー40の取り付けフランジ70を外部中性子遮蔽シリンダー21の上部フランジ27から外すことによって達成される。次に、ガンマ遮断シリンダー40は、ガンマ遮断シリンダーの上部取り付けフランジ70に取り付けられたリフティングハーネス78および吊り上げラグ78を介して、クレーン80で吊り上げられ、中性子遮蔽シリンダー21から分離される。次に、利用可能な空の燃料キャニスター60を、クレーン80によって持ち上げて、燃料プール140の外部または内部のいずれかでガンマ遮断シリンダー40に垂直に下向きに挿入することができる(以前にそこに配置されていない場合)。あるいは、キャニスターは、中性子遮蔽シリンダー21から分離する前に、ガンマ遮断シリンダー40の内部に配置することができる。
【0071】
代替の可能であるがあまり好ましくないシナリオでは、ガンマ遮断シリンダー40は、クローラークレーン102によって、燃料貯蔵施設100の外部中性子遮蔽シリンダー21から切り離され、取り外され得る。次に、ガンマ遮断シリンダーは、キャスク輸送カート301上に単独で移動され、施設へ移動され得る。
【0072】
次に、内部オーバーヘッドクレーン80は、ガンマ遮断シリンダー40およびキャニスター60の組立体を持ち上げ(キャニスターが燃料プール140の外部シリンダー40に挿入されると仮定して)、プールのキャスク装着領域150の支持面(例えば、燃料プールフロア142)上に組立体を燃料プール140に配置/下降させる。水はガンマ遮断シリンダーとキャニスター(蓋61が取り外されている)の両方を満たす。ガンマ遮断シリンダーおよびキャニスター60は、クレーン80によってキャニスターに装着されたときに、燃料集合体128を水位WLの下に保つのに十分な深さまで水中Wに沈められる。次に、燃料集合体は、一度にキャニスターおよびガンマ遮断シリンダーに装着される。
【0073】
燃料集合体を装着した後、次のステップは、クレーン80を使用して、装着されたガンマ遮断シリンダー40および燃料キャニスター60の組立体を燃料プール140から持ち上げることである。ガンマ遮断シリンダー40および燃料キャニスター60の組立体は、カート301の中性子遮蔽シリンダー21の上から操作され、次に下げられ/中性子遮蔽シリンダーに挿入される。これで、中性子遮蔽シリンダー21が中性子放射遮蔽のために所定の位置にあるので、キャニスターは、この時点で任意選択で脱水することができる。次のステップは、各容器の上部フランジ70、26の嵌合(取り付け)を介して、内部ガンマ遮断シリンダー40を外部中性子遮蔽シリンダー21にボルト締めすることである。次に、キャスク20が完全に再組み立てされたカート301は、施設から戻される。クローラークレーン102を使用して、次のステップは、さらなる閉鎖操作および乾式貯蔵施設への輸送のために、キャスク20をクローラー75上に持ち上げて戻すことである。
【0074】
使用済み燃料プール140からガンマ遮断シリンダー40およびキャニスター60を除去するときに、キャニスター内の水が必要な中性子遮蔽を提供する(ガンマ遮断シリンダーがガンマ放射線遮蔽を提供する)ことに留意されたい。ガンマ遮断シリンダーと水で満たされたキャニスター(中性子遮蔽シリンダー21なし)のリフト重量は、許容施設クレーン80のリフト容量の範囲内である。水を含んだキャニスター60を備えたガンマ遮断シリンダー40が、外部の再結合された中性子遮蔽シリンダー21に挿入されると、移送キャスク20は、キャニスターの脱水、閉鎖、および移送操作を開始するために必要な中性子遮蔽を有する。したがって、中性子遮蔽シリンダー21は、好ましくは、キャニスター60の脱水の前に設置されて、中性子遮蔽の失効がないことを保証する。ガンマ遮断シリンダー40、中性子遮蔽シリンダー21、およびキャニスター60で構成される完全に組み立てられた移送キャスク20全体を持ち上げる前に、脱水されたキャニスターは、キャスク全体/累積リフト重量をクローラー75クレーン(または他のリフト装置)の容量内に減らす。
【0075】
前述の一連のステップの変形は、他の実施形態で実際に使用することができ、本発明を限定するものではない。
【0076】
前述の説明および図面はいくつかの例示的なシステムを表すが、添付の特許請求の範囲の精神および範囲ならびに同等物の範囲から逸脱することなく、様々な追加、修正および置換がその中で行われ得ることが理解される。特に、本発明が、精神または本質的な特性から逸脱することなく、他の形態、構造、配置、比率、サイズ、および他の要素、材料、および構成要素と共に具体化され得ることは当業者には明らかであろう。さらに、本明細書に記載の方法/プロセスに多数の変形を加えることができる。当業者は、本発明が、構造、配置、比率、サイズ、材料、および構成要素の多くの変更とともに使用され得、そうでなければ、本発明の原理から逸脱することなく特定の環境および動作要件に特に適合される本発明の実施において使用され得ることをさらに理解するであろう。したがって、本開示の実施形態は、すべての点で例示的であり、限定的ではないと見なされるべきであり、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲およびその同等物によって定義され、前述の説明または実施形態に限定されない。むしろ、添付の特許請求の範囲は、本発明の同等物の範囲および範囲から逸脱することなく当業者によって作製され得る、本発明の他の変形および実施形態を含むように広く解釈されるべきである。
【符号の説明】
【0077】
20 キャスク
LA 長手方向軸
21 外部中性子遮蔽シリンダー
25 (外部シリンダーの)空洞
34 換気環
40 内部ガンマ遮断シリンダー
44 (内部シリンダーの空洞)空洞
60 燃料キャニスター