JP6466778B2 - 放射性物質収納容器 - Google Patents

Description

本発明は、内筒と外筒との間の空間に、伝熱部材およびブロック状の中性子遮蔽体が設けられる放射性物質収納容器に関する。

例えば特許文献１の放射性物質収納容器では、内筒に収納される放射性物質の崩壊熱を外部へ除熱するため、内筒と外筒との間の空間に、断面Ｌ字型の伝熱部材（熱良導体）が所定間隔で配置されている。そして、互いに隣り合う２つの伝熱部材の間に、樹脂製のブロック状の中性子遮蔽体が設けられている。このように、中性子遮蔽体をブロック状とすることで、放射性物質収納容器の組立作業に先立って中性子遮蔽体を準備しておくことができる。このため、組立時に現場での樹脂の鋳込み作業が不要となり、放射性物質収納容器の生産効率を向上させることが可能となっている。

特開平９−４９８９８号公報

ところで、特許文献１では、伝熱部材が外筒に溶接されているため、溶接時の熱によって伝熱部材に溶接ひずみが発生する。その結果、伝熱部材が変形し、伝熱部材と中性子遮蔽体との間に隙間が生じると、放射線のストリーミングが発生するおそれがある。そこで、溶接ひずみによって伝熱部材と中性子遮蔽体との間に隙間ができないようにする対策が求められていた。

上記課題に鑑みて、本発明は、伝熱部材の溶接時に伝熱部材と中性子遮蔽体との間に隙間が生じることを抑えることを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、放射性物質が内部に収納される内筒と、前記内筒の外側に間隔を空けて設けられる外筒と、前記内筒と前記外筒との間の空間に、前記内筒および前記外筒に接触した状態で周方向に複数設けられる伝熱部材と、互いに隣り合う２つの前記伝熱部材の間に設けられるブロック状の中性子遮蔽体と、を備える放射性物質収納容器において、前記伝熱部材は、前記内筒と前記外筒とにわたって延びる連結部と、前記連結部の前記内筒側および前記外筒側のうち少なくとも一方側の端部から周方向に突出する突出部とを有しており、前記突出部の先端部に、前記内筒または前記外筒に溶接された溶接部が形成されていることを特徴とする。

本発明では、内筒と外筒との間の空間に設けられる伝熱部材が、内筒と外筒とにわたって延びる連結部と、連結部の少なくとも一方側の端部から周方向に突出する突出部とを有して構成されている。そして、突出部の先端部が内筒または外筒に溶接されるため、溶接箇所を連結部から遠ざけることができ、溶接による熱の影響が連結部まで及び難く、溶接ひずみによる連結部の変形を抑えることができる。このため、中性子遮蔽体を連結部に密着させた状態で配置することができ、伝熱部材の溶接時に伝熱部材と中性子遮蔽体との間に隙間が生じることを抑えることが可能となる。

本実施形態にかかる放射性物質収納容器の縦断面図である。 図１のＩＩ−ＩＩにおける断面図である。 伝熱部材の一部斜視図である。 放射性物質収納容器の製造工程を示す模式図である。 分割体ユニットの製作工程の詳細を示す模式図である。

本発明にかかる放射性物質収納容器の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。図１は、本実施形態にかかる放射性物質収納容器の縦断面図であり、図２は、図１のＩＩ−ＩＩにおける断面図である。

放射性物質収納容器１は、全体として軸方向に延びる形状を有しており、不図示の放射性物質が内部に収納される有底円筒状の容器本体１０と、容器本体１０の上部開口にボルト等で固定される蓋部１１とを有して構成される。容器本体１０の軸方向の両端部には、放射性物質収納容器１を移動させる際に移送用クレーン等が把持するためのトラニオン１２が、周方向に所定の間隔（例えば９０度間隔）で設けられている。

容器本体１０は、放射性物質を収納するための内部空間を有する有底円筒状の内筒１３と、内筒１３の外側に間隔を空けて設けられる円筒状の外筒１４とを有する。内筒１３と外筒１４との間に形成される空間には、図２に示すように、複数の伝熱部材１５および中性子遮蔽体１６が配置される。このような構成を具備する放射性物質収納容器１によれば、収納された放射線物質の崩壊熱が、伝熱部材１５を介して外部に除熱されるとともに、放射線（主に中性子）を中性子遮蔽体１６によって遮蔽している。

各部の詳細について説明する。内筒１３は、円筒状の筒材１７の下端部に底板１８が溶接されることで有底円筒状に構成されている。ガンマ線遮蔽機能と構造強度を確保するため、筒材１７および底板１８はともに、例えば炭素鋼からなる。底板１８の下方には、樹脂やゴム等からなる中性子遮蔽材１９が、カバー材２０に覆われた状態で設けられる。外筒１４は、例えば炭素鋼やステンレス鋼からなる円筒状の薄板部材であり、中性子遮蔽体１６を覆う。蓋部１１は、内筒１３の上部開口を閉塞する一次蓋２１、一次蓋２１の上方に設けられる二次蓋２２により構成されている。二次蓋２２の外側には、中性子遮蔽材２３および中性子遮蔽材２３を覆うカバー材２４が設けられる。一次蓋２１は、例えば炭素鋼やステンレス鋼からなり、中性子遮蔽材２３は、主に樹脂やゴム等からなる。

図２に示すように、伝熱部材１５は、内筒１３と外筒１４とにわたって概ね径方向に沿って延びる連結部１５ａと、連結部１５ａの外筒１４側の端部から周方向（図２では左側）に突出する突出部１５ｂと、連結部１５ａの内筒１３側の端部から周方向（図２では右側）に突出する第２突出部１５ｃとを有しており、断面形状がＺ字形状となっている。このような伝熱部材１５が、内筒１３と外筒１４との間の環状の空間に、周方向に並んだ状態で複数設けられている。

伝熱部材１５は、突出部１５ｂの先端部が外筒１４の内周面に溶接され溶接部１５ｄとされるとともに、第２突出部１５ｃが内筒１３（筒材１７）の外周面に圧接される。これによって、内筒１３内で発生する崩壊熱が、内筒１３、伝熱部材１５、そして外筒１４を伝い、外部に除熱されるようになっている。伝熱部材１５を構成する材料は、熱伝導率が高い銅や銅合金が適しているが、これ以外にも鉄、鉄鋼、アルミニウム、アルミニウム合金等を使用することが可能である。

互いに隣り合う２つの伝熱部材１５の間には、例えば樹脂やゴム等の水素を多く含有する材料からなるブロック状の中性子遮蔽体１６が配置される。放射線のストリーミングを防止するため、中性子遮蔽体１６の側面と伝熱部材１５の連結部１５ａの間に隙間ができないように、これら両部材はできるだけ密着させた状態で配置される。なお、本実施形態では、中性子遮蔽体１６を１つのブロックで構成しているが、組立時の便宜のため、中性子遮蔽体１６を周方向あるいは軸方向に複数に分割してもよい。

図３は、伝熱部材の一部斜視図である。図３に示すように、伝熱部材１５の突出部１５ｂには、先端側から基端側に向かって連結部１５ａの手前まで形成されるスリット１５ｅが、軸方向に所定間隔で複数設けられている。また、突出部１５ｂは、上述のように外筒１４の内周面に溶接されるが、軸方向において断続的に溶接される。その結果、図３に示すように、溶接部１５ｄが軸方向に所定間隔で複数形成されることになる。

次に、放射性物質収納容器１の製造方法について説明する。図４は、放射性物質収納容器の製造工程を示す模式図であり、図５は、分割体ユニットの製作工程の詳細を示す模式図である。

まず、図４（ａ）に示すように、外筒１４が周方向に２分割された半割形状を有する外筒分割体１４ａを２つ準備する。このような外筒分割体１４ａは、例えば鋼板を曲げ加工することによって製作される。続いて、外筒分割体１４ａに伝熱部材１５を溶接固定し、互いに隣り合う２つの伝熱部材１５の間に中性子遮蔽体１６を設ける。これによって、図４（ｂ）に示すように、外筒分割体１４ａ、伝熱部材１５および中性子遮蔽体１６が一体化された分割体ユニット２５が製作される。

ここで、分割体ユニット２５を製作する手順の詳細について、図５を参照しつつ説明する。まず、１つ目の伝熱部材１５の突出部１５ｂの先端部１５ｄを、外筒分割体１４ａの内周面に溶接することで、外筒分割体１４ａに１つ目の伝熱部材１５を固定する（図５（ａ）参照）。続いて、伝熱部材１５の突出部１５ｂが突出している側に、中性子遮蔽体１６を配置し、さらにこの中性子遮蔽体１６に対して１つ目の伝熱部材１５の反対側に２つ目の伝熱部材１５を配置する（図５（ｂ）参照）。

このとき、１つ目と２つ目の伝熱部材１５によって中性子遮蔽体１６が挟まれ、中性子遮蔽体１６の両側面が、１つ目と２つ目の伝熱部材１５の連結部１５ａにそれぞれ密着するように配置される。また、第２突出部１５ｃによって、内筒１３の外周面がほとんど隙間なく覆われるように、互いに隣接する２つの伝熱部材１５の第２突出部１５ｃ同士が、周方向に略連続するように配置される。このような配置により、放射線のストリーミングが防止可能となっている。

その後、２つ目の伝熱部材１５の突出部１５ｂの先端部１５ｄを、外筒分割体１４ａの内周面に溶接することで、外筒分割体１４ａに２つ目の伝熱部材１５を固定する（図５（ｃ）参照）。これによって、１つ目と２つ目の伝熱部材１５の間に中性子遮蔽体１６が組み付けられる。そして、図５（ｄ）に示すように、上述の工程を繰り返すことにより、分割体ユニット２５が製作される。

図４に戻って、説明を続ける。分割体ユニット２５が２つ準備できると、別工程で製作された内筒１３を準備する（図４（ｃ）参照）。そして、２つの分割体ユニット２５を、伝熱部材１５の第２突出部１５ｃが内筒１３の外周面に接触するように、内筒１３の外側に嵌め込む。この状態で、２つの外筒分割体１４ａの周方向の端面同士を溶接することで、２つの分割体ユニット２５を内筒１３の周りで互いに連結させる。

その結果、図４（ｄ）に示すように、内筒１３と外筒１４との間の環状の空間に、伝熱部材１５および中性子遮蔽体１６が周方向に交互に複数設けられた放射性物質収納容器１が完成する。このとき、外筒分割体１４ａの溶接時の収縮により、伝熱部材１５の第２突出部１５ｃを内筒１３に確実に圧接させることができる。なお、２つの分割体ユニット２５を連結させる方法は溶接に限らず、ボルト固定等の他の方法であってもよい。

（効果）
本実施形態では、内筒１３と外筒１４との間の空間に設けられる伝熱部材１５が、内筒１３と外筒１４とにわたって延びる連結部１５ａと、連結部１５ａの少なくとも一方側の端部（本実施形態では外筒１４側の端部）から周方向に突出する突出部１５ｂとを有して構成されている。そして、突出部１５ｂの先端部が溶接されるため、溶接部１５ｄを連結部１５ａから遠ざけることができ、溶接による熱の影響が連結部１５ａまで及び難く、溶接ひずみによる連結部１５ａの変形を抑えることができる。このため、中性子遮蔽体１６を連結部１５ａに密着させた状態で配置することができ、伝熱部材１５の溶接時に伝熱部材１５と中性子遮蔽体１６との間に隙間が生じることを抑えることが可能となる。その結果、放射線のストリーミングを確実に防止することができる。

また、本実施形態では、溶接部１５ｄが内筒１３または外筒１４の軸方向において断続的に形成されている。このように、溶接を連続的に行うのではなく、断続的に行うことで、溶接ひずみに起因する伝熱部材１５の変形を抑えることができる。

また、本実施形態では、突出部１５ｂは、先端側から基端側に向かって形成されたスリット１５ｅを有する。このようなスリット１５ｅを設けることで、溶接時に生じる伝熱部材１５の軸方向（長手方向）の熱膨張がスリット１５ｅで吸収され、伝熱部材１５の変形を抑えることができる。

また、本実施形態では、伝熱部材１５の外筒１４側の端部に突出部１５ｂが設けられており、突出部１５ｂの先端部が外筒１４に溶接されている。このように、伝熱部材１５を内筒１３ではなく、外筒１４に溶接することで、外筒１４に伝熱部材１５を溶接する作業の間に、並行して内筒１３の製作を進めることができるので、放射性物質収納容器１の生産効率を向上させることができる。

また、本実施形態では、伝熱部材１５の内筒１３側の端部に、周方向に突出する第２突出部１５ｃが設けられており、第２突出部１５ｃが内筒１３に接触するよう構成されている。このような第２突出部１５ｃを設けることで、互いに隣り合う２つの伝熱部材１５の間に配置された中性子遮蔽体１６が、径方向内側に抜け落ちることを防止することができ、組付作業が容易となる。また、伝熱部材１５と内筒１３の外周面とを広い面積でより確実に接触させることができるので、除熱性能を向上させることができる。

また、本実施形態では、第２突出部１５ｃが、周方向において突出部１５ｂの反対方向に突出している。このため、突出部１５ｂの溶接を行う際に、第２突出部１５ｃが溶接作業の邪魔になることがなく、溶接作業を円滑に行うことができる。

また、中性子遮蔽体１６をゴム系材料で構成すれば、中性子遮蔽体１６が柔軟に弾性変形することによって、伝熱部材１５と中性子遮蔽体１６との間に隙間が生じにくくなるので、放射線のストリーミングをより効果的に抑制することができる。

（その他の実施形態）
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上記実施形態の要素を適宜組み合わせまたは種々の変更を加えることが可能である。

例えば、上記実施形態では、伝熱部材１５の外筒１４側に設けた突出部１５ｂを外筒１４に溶接するものとしたが、これに加えてあるいはこれに代えて、伝熱部材１５の内筒１３側に設けた第２突出部１５ｃを内筒１３に溶接するようにしてもよい。また、第２突出部１５ｃをボルト等で内筒１３に固定することで、第２突出部１５ｃを内筒１３により密着させるようにしてもよい。

また、上記実施形態では、伝熱部材１５の両端部に互いに異なる方向に突出する突出部１５ｂ、１５ｃを設けるものとした（断面形状がＺ字形状のものとした）が、両端部に設けられる突出部が同じ方向に突出する、断面形状がコの字形状のものとしてもよい。また、伝熱部材１５の両端部に突出部１５ｂ、１５ｃを設けることは必須ではなく、溶接する側にのみ突出部が設けられた、断面形状がＬ字形状のものでもよい。

また、上記実施形態では、伝熱部材１５の溶接を軸方向において断続的に行い、さらに、突出部１５ｂにスリット１５ｅが設けられるものとしたが、伝熱部材１５の変形を抑えることができる条件で溶接を連続的に行ってもよいし、スリット１５ｅを省略してもよい。

また、上記実施形態では、外筒１４が２つの外筒分割体１４ａを連結させることで構成されるものとしたが、外筒分割体１４ａの個数は２つに限定されない。さらには、外筒１４を複数の外筒分割体１４ａから作製するのではなく、１つの円筒状部材から外筒１４を作製するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、内筒１３および外筒１４を円筒形状のものとしたが、これらを多角筒形状としてもよい。

１ 放射性物質収納容器
１３ 内筒
１４ 外筒
１５ 伝熱部材
１５ａ 連結部
１５ｂ 突出部
１５ｃ 第２突出部
１５ｄ 溶接部
１５ｅ スリット
１６ 中性子遮蔽体

Claims (5)

1. 放射性物質が内部に収納される内筒と、
   前記内筒の外側に間隔を空けて設けられる外筒と、
   前記内筒と前記外筒との間の空間に、前記内筒および前記外筒に接触した状態で周方向に複数設けられる伝熱部材と、
   互いに隣り合う２つの前記伝熱部材の間に設けられるブロック状の中性子遮蔽体と、
   を備える放射性物質収納容器において、
   前記伝熱部材は、
   前記内筒と前記外筒とにわたって延びる連結部と、
   前記連結部の前記外筒側の端部から周方向に突出する突出部と、
   前記連結部の前記内筒側の端部から周方向に突出する第２突出部と、
   を有しており、
   前記突出部の先端部に、前記外筒に溶接された溶接部が形成されており、
   前記第２突出部が前記内筒に接触し、
   互いに隣接する２つの前記伝熱部材の前記第２突出部同士が、周方向に連続するように配置される、
   ことを特徴とする放射性物質収納容器。
2. 前記溶接部が前記内筒または前記外筒の軸方向において断続的に形成されている請求項１に記載の放射性物質収納容器。
3. 前記突出部は、先端側から基端側に向かって形成されたスリットを有する請求項１または２に記載の放射性物質収納容器。
4. 前記第２突出部が、周方向において前記突出部の反対方向に突出している請求項１ないし３のいずれか１項に記載の放射性物質収納容器。
5. 前記中性子遮蔽体がゴム系材料からなる請求項１ないし４のいずれか１項に記載の放射性物質収納容器。

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