JP4119731B2 - 放射性物質格納容器 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、使用済み核燃料や放射性廃棄物などの放射性物質を貯蔵する際に容器として使用される放射性物質格納容器に関する。
【0002】
【従来の技術】
原子炉で所定の燃料を終えた核燃料集合体、いわゆる使用済み核燃料集合体は、原子力発電所の冷却ピットで所定期間冷却された後、貯蔵用のキャスクに収容されて長期貯蔵される。
図5はキャスクの構成を示す部分断面斜視図であり、図中の符号の10はコンクリートキャスク、20はコンクリートキャスク10内に収容されたキャニスタである。コンクリートキャスク10は厚いコンクリート壁により放射線を遮蔽する構成となっており、内部にキャニスタ20を収容する空洞が設けられている。この空洞には、空気導入口12と空気排出口13とが開口している。また、符号14は蓋である。
キャニスタ20は、有底円筒形の収納容器であり、内部に使用済み核燃料集合体(以後、核燃料集合体と呼ぶ)5を所定位置に収納するためのバスケット21が収納されている。またその開口には遮蔽ブロック22,一次蓋23,二次蓋24が設けられ、密閉可能となっている。なお、遮蔽ブロック22と一次蓋23とが一体の構造のキャニスタもある。
【0003】
バスケット21は、細長い使用済み核燃料集合体5を多数キャニスタ20内部に収容できるようにした構造体で、細長い筒状のセル26により構成され、各セル26に核燃料集合体5が収容されている。核燃料集合体5は、上端の上部ノズル30と下端の下部ノズル31との間に多数の燃料棒32が収容されたものである。下部ノズル31は図6のように四隅に脚33が設けられ、底面がキャニスタ20底面に密着しないようになっている。断面視矩形のセル26を組み合わせてなるバスケット21と断面視円形のキャニスタ20との間には隙間が生ずるが、この隙間には安定性と熱伝導の向上のため図6に示すように筒状のスペーサ35が設けられている。このスペーサ35は図6に示すように同隙間の形状に合わせた筒状でキャニスタ20の壁部とバスケット21双方に接する形状となっている。なお、バスケット21の上端とキャニスタ20の遮蔽ブロック22との間には隙間36が形成されている。また、キャニスタの漏洩検知法として温度計測する方法が開示されている。(特許文献1参照)
【0004】
【特許文献1】
特開2002−202400号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、核燃料集合体5は発熱を続けており、熱伝導によって放熱される構造となっている。しかしながら、熱伝導のみでは放熱効率が悪く、核燃料集合体5が局所的に過熱してしまうおそれがあるという問題があった。
【0006】
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、放熱効率を向上させることができる放射性物質格納容器を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の発明は、放射性物質が収容されるセルが複数設けられたバスケットを備えた放射性物質格納容器において、前記バスケットは、断面視矩形で筒状のセルが組み合わされて構成され、前記バスケットの下部には流体流路が前記複数のセルを連通するように設けられ、同放射性物質格納容器の底部が仕切板により仕切られた二重構造とされ、前記仕切板より上方のバスケット室に前記バスケットが収納されるとともに、前記仕切板より下方の連通室が前記流体流路とされ、前記仕切板には、前記バスケット室と前記連通室とを連通する開口部が設けられて、前記放射性物質格納容器の壁部と前記バスケットとの間の隙間に同隙間の形状に合わせた筒状のスペーサが高さ方向を向いて設けられ、前記流体流路は、さらに前記スペーサの下部と前記セル下部とを連通するように設けられていることを特徴とする。
【0008】
請求項2に記載の発明は、放射性物質が収容されるセルが複数設けられたバスケットを備えた放射性物質格納容器において、前記バスケットは、板状部材が格子状に組み合わされて構成され、前記バスケットの下部には流体流路が前記複数のセルを連通するように設けられ、同放射性物質格納容器の底部が仕切板により仕切られた二重構造とされ、前記仕切板より上方のバスケット室に前記バスケットが収納されるとともに、前記仕切板より下方の連通室が前記流体流路とされ、前記仕切板には、前記バスケット室と前記連通室とを連通する開口部が設けられて、前記放射性物質格納容器の壁部と前記バスケットとの間の隙間に同隙間の形状に合わせた筒状のスペーサが高さ方向を向いて設けられ、前記流体流路は、さらに前記スペーサの下部と前記セル下部とを連通するように設けられていることを特徴とする。
【0014】
請求項3に記載の発明は、放射性物質が収容されるセルが複数設けられたバスケットを備えた放射性物質格納容器において、前記バスケットは、断面視矩形で筒状のセルが組み合わされて構成され、前記バスケットの下部には流体流路が前記複数のセルを連通するように設けられ、前記セルは壁部に囲まれて構成され、該壁部の下部には、前記流体流路を形成するための側方向に開口する開口部が設けられており、前記放射性物質格納容器の壁部と前記バスケットとの間の隙間に同隙間の形状に合わせた筒状のスペーサが高さ方向を向いて設けられ、前記スペーサの下部側壁に側方向に開口する開口部が設けられ、前記流体流路は、さらに前記スペーサの下部と前記セル下部とを連通するように設けられていることを特徴とする。
【0015】
請求項4に記載の発明は、放射性物質が収容されるセルが複数設けられたバスケットを備えた放射性物質格納容器において、前記バスケットは、板状部材が格子状に組み合わされて構成され、前記バスケットの下部には流体流路が前記複数のセルを連通するように設けられ、前記セルは壁部に囲まれて構成され、該壁部の下部には、前記流体流路を形成するための側方向に開口する開口部が設けられており、前記放射性物質格納容器の壁部と前記バスケットとの間の隙間に同隙間の形状に合わせた筒状のスペーサが高さ方向を向いて設けられ、前記スペーサの下部側壁に側方向に開口する開口部が設けられ、前記流体流路は、さらに前記スペーサの下部と前記セル下部とを連通するように設けられていることを特徴とする。
【0016】
請求項1、2に記載の発明によれば、バスケット底部が仕切板により仕切られ二重構造とされて仕切板より上方のバスケット室に複数のセルを設けたバスケットが収納され、仕切板に開口部が設けられることで、バスケット下部に複数のセルを連通する流体流路が設けられ、請求項3、4に記載の発明によれば、バスケットの複数のセルの壁部の下部に側方向に開口する開口部が設けられることで、バスケット下部に複数のセルを連通する流体流路が設けられる。そして共に、バスケットと放射性物質格納容器の壁部との間の隙間に同隙間の形状に合わせた筒状のスペーサを高さ方向に設けて隙間を埋め、その内部に流体を通過させることで、放射性物質格納容器内部の流体が対流する流路を確保することができる。
すなわち、バスケットと放射性物質格納容器壁部との間の隙間を埋めるためのスペーサの内部にガス等流体を通過させることで、流体を対流させる。スペーサは隙間の形状に合わせた筒状で放射性物質格納容器の壁部に接して外周に面しているため、冷却されやすく、スペーサ内部の流体は下方に移動し、前記流体流路を経てセルに流入する。セルでは流体が加熱されて上昇し、再びスペーサ内部に流入する。
【0017】
このため、放射性物質格納容器内で対流が行われ、放射性物質の局所的な過熱を防止することができる。
【0019】
そして、本発明は、断面視矩形で筒状のセルを組み合わせてなるバスケットと、板状部材を格子状に組み合わされてなるバスケットとに適用可能である。
【0020】
請求項5に記載の発明は、請求項1乃至4のいずれかに記載の放射性物質格納容器の高さ方向に沿って離間した複数箇所に温度測定器を設け、同放射性物質格納容器の高さ方向に沿った温度分布を、同放射性物質格納容器の外側から測定し、測定された温度分布の変化に基づいて同放射性物質格納容器に充填された流体の漏洩を監視する温度監視手段を設けたことを特徴とする放射性物質格納容器である。
請求項5に記載の発明によれば、さらに、放射性物質格納容器の高さ方向の温度分布の変化に基づいてヘリウム等の封入ガス等、容器に充填された流体の漏洩を監視する温度監視手段を設けたことにより、容器本体の温度勾配を検出して、容器内の急激な温度変化を検出でき、容器からの流体の漏洩を検出することができる。
【0021】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、従来と同一の構成については同一の符号を用い、その説明を省略する。
図1において、符号40は本発明の放射性物質格納容器の実施形態にかかるキャニスタである。キャニスタ40は、有底円筒形の収納容器であり、放射性物質としての核燃料集合体5を内部の所定位置に収納するためのバスケット41が収納されている。またその開口には遮蔽ブロック22,一次蓋23,二次蓋24が設けられ、密閉可能となっている(図5参照)。また、バスケット41の上端と遮蔽ブロック22との間には隙間36が形成されている(図5参照)。
【0022】
バスケット41は、細長い使用済み核燃料集合体5を多数キャニスタ40内部に収容できるようにした構造体で、上部が開放された細長い筒状のセル(収容室)42により構成され、各セル42に核燃料集合体5が収容されている。断面視矩形のセル42を組み合わせてなるバスケット41と断面視円形のキャニスタ40の壁部40aとの間には隙間が生ずるが、この隙間には筒状のスペーサ45が設けられている。このスペーサ45は図1に示すように同隙間の形状に合わせた筒状でキャニスタ40の壁部40aとバスケット41双方に接する形状となっている。
【0023】
さて、バスケット41の各セル42の各側壁下端部には、側方向に開口する孔(開口部)47が形成されている。また、スペーサ45の下端部にも孔(開口部)48が形成されている。これら孔47,48により、後述するヘリウムガスが流動する流体流路が構成されている。
【0024】
さて、このように構成されたキャニスタ40では、バスケット41内部に核燃料集合体5を収容し、さらにキャニスタ40内部に高圧のヘリウムガスを充填して蓋をして密封する。キャニスタ40はキャスク10に収容する。
キャニスタ40を密封することで放射能物質の漏出を防ぎ、さらに厚い壁を有するキャスク10内にキャニスタ40を収容することで放射線を遮蔽する。
【0025】
核燃料集合体5は、発熱しつづけるが、キャニスタ40内に充填されたヘリウムガスがキャニスタ40内部で対流し、キャニスタ40内が局所的に高温になることが防止される。このとき、セル42およびスペーサ45の下部に孔47,48が形成されていることにより、この孔47,48にヘリウムガスが図1の矢印のように流動し、対流が速やかに行われる。
キャニスタ40とキャスク10との間には、下方の空気導入口12から空気が導入され、上方の空気排出口13から排気される。この空気はキャニスタ40の周囲を冷却することで、図1(a)のようにスペーサ45内の空気が下降し、キャニスタ40下部で中心方向に移動してセル42内に流入する。セル42内ではヘリウムガスは熱せられて上昇し、隙間36を通って再びスペーサ45に流入して対流が行われる。
このようにして本実施形態のキャニスタ40では核燃料集合体5の局所的な温度上昇を効率よく防止することができる。
さらに、上記のように対流させると、キャニスタ40の上部が比較的温度が高くなる。キャニスタ40に漏れが生ずるとヘリウムガスの圧力が下がり、対流による熱除去性能が低下し、キャニスタ40の高さ方向中央部が温度が上昇する。したがって、キャニスタ40の温度を監視することで、キャニスタ40の漏れを検出することができる。
なお、上記においてはセル42には図2(a)のような孔を設けたが、図2(b)の孔47’のようにより上方に設けてもよい。
【0026】
次に、第2実施形態について説明する。なお、上記第1の実施形態と同一の構成については同一の符号を用いてその説明を省略する。
図3において、符号50は本実施形態に係るキャニスタである。キャニスタ50は、有底円筒形の収納容器であり、内部に核燃料集合体5を所定位置に収納するためのバスケット51が収納されている。またその開口には遮蔽ブロック22、一次蓋23(遮蔽ブロック22と一次蓋23とが一体の構造もある)、二次蓋24が設けられ、密閉可能となっている(図5参照)。
【0027】
バスケット51は、細長い使用済み核燃料集合体5を多数キャニスタ50内部に収容できるようにした構造体で、上部が開放された細長い筒状のセル(収容室)52により構成され、各セル52に核燃料集合体5が収容されている。断面視矩形のセル52を組み合わせてなるバスケット51と断面視円形のキャニスタ50の壁部50aとの間には隙間が生ずるが、この隙間には筒状のスペーサ55が設けられている。このスペーサ55は図6のスペーサ35と同様に、同隙間の形状に合わせた筒状でキャニスタ50の壁部50aとバスケット51双方に接する形状となっている。
【0028】
キャニスタ50の底部は仕切板57により仕切られた二重構造とされ、仕切板57より上方のバスケット室58に前記バスケット51が収納されるとともに、仕切板57より下方の通風路(連通室)59が流体流路とされ、前記仕切板57には、バスケット室58と連通室59とを連通する開口部57aが設けられている。開口部57aは、各セル52およびスペーサ55の直下に設けられている。
【0029】
さて、このように構成されたキャニスタ50では、バスケット51内部に核燃料集合体5を収容し、さらにキャニスタ50内部に高圧のヘリウムガスを充填して蓋をして密封する。キャニスタ50はキャスク10に収容する。
キャニスタ50を密封することで放射能物質の漏出を防ぎ、さらに厚い壁を有するキャスク10内にキャニスタ50を収容することで放射線を遮蔽する。
【0030】
核燃料集合体5は、貯蔵の間発熱しつづけるが、キャニスタ50内に充填されたヘリウムガスがキャニスタ50内部で対流し、キャニスタ50内が局所的に高温になることが防止される。このとき、連通室59にヘリウムガスが図3の矢印のように流動し、対流が速やかに行われる。
キャニスタ50とキャスク10との間には、下方の空気導入口12から空気が導入され、上方の空気排出口13から排気される。この空気はキャニスタ50の周囲を冷却することで、図3のようにスペーサ55内の空気が下降し、連通室59にて中心方向に移動して各セル52に入り込み、セル52内に流入する。セル52内ではヘリウムガスは熱せられて上昇し、隙間36(図5参照)を通って再びスペーサ55に流入して対流が行われる。
【0031】
なお、上記においてはバスケットが複数のセルにより構成されているセル型の場合を示したが、図4に示すように、板状部材68に設けたスリット69を係合させて縦横交互に結合することで核燃料集合体5を挿入する格子状断面としてもよい。この場合、上記第1の実施形態に相当する開口部として、図4のように孔70を形成すればよい。
【0032】
このようにして本実施形態のキャニスタ50では核燃料集合体5の局所的な温度上昇を効率よく防止することができる。
さらに、上記のように対流させると、キャニスタ50の上部が比較的温度が高くなる。キャニスタ50に漏れが生ずるとヘリウムガスの圧力が下がり、対流による熱除去性能が低下し、キャニスタ50の高さ方向中央部が温度が上昇する。したがって、キャニスタ50の温度を監視することで、キャニスタ50の漏れを検出することができる。
【0033】
コンクリートキャスク10に収納されているキャニスタ40の健全性を監視する監視装置について更に具体的に説明する。
放射性物質貯蔵システムの一部を構成する監視装置60は、キャニスタ40の高さ方向に沿った温度分布を測定する温度測定器を備え、温度測定器によって測定された温度分布の変化を検出することにより、キャニスタ50からのヘリウムの漏洩の有無、すなわち、健全性を監視する。
【0034】
図7に示すように、監視装置60は、温度測定器として、コンクリートキャスク10の容器内でキャニスタ40の容器本体の外周面に設けられた複数の熱電対62を備えている。これらの熱電対62は、キャニスタ外周面の高さ方向、つまり、軸方向、に沿って互いに離間した複数箇所、例えば、キャニスタの上部、中間部、および下部を含む8箇所にそれぞれ設けられている。そして、これらの熱電対62は、コンクリートキャスク10の外部に配設された検出器64に電気的に接続されている。
【0035】
なお、監視装置60の温度測定器は、キャニスタ40上部の温度を測定する熱電対として、上記複数の熱電対62に加え、キャニスタ40の蓋部、例えば、二次蓋52の外面中央部の温度を測定する熱電対を含んでいてもよい。
【0036】
これによれば、キャニスタ40の貯蔵期間中、監視装置60によってキャニスタ40の健全性を監視する。すなわち、監視装置60は、複数の熱電対62によりキャニスタ40の高さ方向に沿った各位置での温度を測定する。そして、検出器64は、熱電対62によって測定された各温度から、キャニスタ40の高さ方向に沿った温度分布を検出する。ここで、キャニスタ50に漏れが生ずるとヘリウムガスの圧力が下がり、対流による熱除去性能が低下し、キャニスタ50の高さ方向中央部の温度が対流のあるときと比較して急激に上昇する。したがって、キャニスタ50の温度を監視することで、キャニスタ50の漏れを容易に検出することができる。なお、温度検出方法としては上記以外に図示しないファイバーブラッググレーテイング法でも良い。
【0037】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明においては以下の効果を得ることができる。
請求項1、2に記載の発明によれば、バスケット底部が仕切板により仕切られ二重構造とされて仕切板より上方のバスケット室に複数のセルを設けたバスケットが収納され、仕切板に開口部が設けられることで、バスケット下部に複数のセルを連通する流体流路が設けられ、請求項3、4に記載の発明によれば、バスケットの複数のセルの壁部の下部に側方向に開口する開口部が設けられることで、バスケット下部に複数のセルを連通する流体流路が設けられる。そして共に、バスケットと放射性物質格納容器の壁部との間の隙間に同隙間の形状に合わせた筒状のスペーサを高さ方向に設けて隙間を埋め、その内部に流体を通過させることで、放射性物質格納容器内部の流体が対流する流路を確保することができる。
すなわち、バスケットと放射性物質格納容器壁部との間の隙間を埋めるためのスペーサの内部にガス等流体を通過させることで、流体を対流させる。スペーサは隙間の形状に合わせた筒状で放射性物質格納容器の壁部に接して外周に面しているため、冷却されやすく、スペーサ内部の流体は下方に移動し、前記流体流路を経てセルに流入する。セルでは流体が加熱されて上昇し、再びスペーサ内部に流入する。
このため、放射性物質格納容器内で対流が行われ、放射性物質の局所的な過熱を防止することができる。
そして、本発明は、断面視矩形で筒状のセルを組み合わせてなるバスケットと、板状部材を格子状に組み合わされてなるバスケットとに適用することができる。
請求項5に記載の発明によれば、さらに、放射性物質格納容器の高さ方向に沿って離間した複数箇所に温度測定器を設け、同容器の高さ方向に沿った温度分布を、容器の外側から測定し、測定された温度分布の変化に基づいてヘリウム等の封入ガス等、容器に充填された流体の漏洩を監視する温度監視手段を設けたことにより、同容器の温度勾配を検出して、容器内の急激な温度変化を検出でき、容器からの流体の漏洩を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態として示したキャニスタを示した図であり、(a)は下部縦断面図、(b)は(a)のI−I線に沿った横断面図である。
【図2】同実施形態の変形例を示した図である。
【図3】本発明の第2の実施形態として示したキャニスタを示した下部縦断面図である。
【図4】本発明の実施形態の変形例を示した図である。
【図5】キャニスタを収容したキャスクを示した一部を破断した斜視図である。
【図6】従来のキャニスタを示した図であり、(a)は下部縦断面図、(b)は(a)のII−II線に沿った横断面図である。
【図7】本発明の実施形態のキャニスタを収容したキャスクの縦断面図である。
【符号の説明】
5…核燃料集合体
40,50…キャニスタ
41,51…バスケット
42,52…セル(収容室)
45,55…スペーサ
47,48…孔(開口部)
57…仕切板
57a…開口部
58…バスケット室
59…通風路(連通室)
Claims (5)
- 放射性物質が収容されるセルが複数設けられたバスケットを備えた放射性物質格納容器において、前記バスケットは、断面視矩形で筒状のセルが組み合わされて構成され、前記バスケットの下部には流体流路が前記複数のセルを連通するように設けられ、同放射性物質格納容器の底部が仕切板により仕切られた二重構造とされ、前記仕切板より上方のバスケット室に前記バスケットが収納されるとともに、前記仕切板より下方の連通室が前記流体流路とされ、前記仕切板には、前記バスケット室と前記連通室とを連通する開口部が設けられて、前記放射性物質格納容器の壁部と前記バスケットとの間の隙間に同隙間の形状に合わせた筒状のスペーサが高さ方向を向いて設けられ、前記流体流路は、さらに前記スペーサの下部と前記セル下部とを連通するように設けられていることを特徴とする放射性物質格納容器。
- 放射性物質が収容されるセルが複数設けられたバスケットを備えた放射性物質格納容器において、前記バスケットは、板状部材が格子状に組み合わされて構成され、前記バスケットの下部には流体流路が前記複数のセルを連通するように設けられ、同放射性物質格納容器の底部が仕切板により仕切られた二重構造とされ、前記仕切板より上方のバスケット室に前記バスケットが収納されるとともに、前記仕切板より下方の連通室が前記流体流路とされ、前記仕切板には、前記バスケット室と前記連通室とを連通する開口部が設けられて、前記放射性物質格納容器の壁部と前記バスケットとの間の隙間に同隙間の形状に合わせた筒状のスペーサが高さ方向を向いて設けられ、前記流体流路は、さらに前記スペーサの下部と前記セル下部とを連通するように設けられていることを特徴とする放射性物質格納容器。
- 放射性物質が収容されるセルが複数設けられたバスケットを備えた放射性物質格納容器において、前記バスケットは、断面視矩形で筒状のセルが組み合わされて構成され、前記バスケットの下部には流体流路が前記複数のセルを連通するように設けられ、前記セルは壁部に囲まれて構成され、該壁部の下部には、前記流体流路を形成するための側方向に開口する開口部が設けられており、前記放射性物質格納容器の壁部と前記バスケットとの間の隙間に同隙間の形状に合わせた筒状のスペーサが高さ方向を向いて設けられ、前記スペーサの下部側壁に側方向に開口する開口部が設けられ、前記流体流路は、さらに前記スペーサの下部と前記セル下部とを連通するように設けられていることを特徴とする放射性物質格納容器。
- 放射性物質が収容されるセルが複数設けられたバスケットを備えた放射性物質格納容器において、前記バスケットは、板状部材が格子状に組み合わされて構成され、前記バスケットの下部には流体流路が前記複数のセルを連通するように設けられ、前記セルは壁部に囲まれて構成され、該壁部の下部には、前記流体流路を形成するための側方向に開口する開口部が設けられており、前記放射性物質格納容器の壁部と前記バスケットとの間の隙間に同隙間の形状に合わせた筒状のスペーサが高さ方向を向いて設けられ、前記スペーサの下部側壁に側方向に開口する開口部が設けられ、前記流体流路は、さらに前記スペーサの下部と前記セル下部とを連通するように設けられていることを特徴とする放射性物質格納容器。
- 請求項1乃至4のいずれかに記載の放射性物質格納容器の高さ方向に沿って離間した複数箇所に温度測定器を設け、同放射性物質格納容器の高さ方向に沿った温度分布を、同放射性物質格納容器の外側から測定し、測定された温度分布の変化に基づいて同放射性物質格納容器に充填された流体の漏洩を監視する温度監視手段を設けたことを特徴とする放射性物質格納容器。
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