| 【発明の名称】 |
放射性物質収納容器 |
| 【発明者】 |
【氏名】伊賀 公紀
【氏名】清水 仁
【氏名】星川 忠洋
【氏名】熊谷 直己
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| 【要約】 |
【課題】放射性物質収納容器の内部構成部材の表面に金属、金属酸化物、金属炭化物溶射を施すことにより、間隙部の長期間の耐食性と熱放射による除熱性能向上を維持する。
【解決手段】放射性物質を収納する容器において、放射性物質（ガラス固化体７）とバスケット５間の間隙部６、バスケット５と内筒１間の間隙部６に面する部材面に、金属、金属酸化物、金属炭化物溶射などの溶射処理１６施した。これにより、長期間の耐食性と熱放射による除熱性能を向上が維持され、局所的な高温部分の発生が抑制された。そのため、長期間の耐食性と熱放射による除熱性能の向上を維持できるので、間隙部での温度上昇を低減でき、収納体数の増加が図れる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 放射性物質とこれを支持する構成部材との間の間隙部と、前記構成部材と容器内壁部材との間の間隙部と、を有する放射性物質収納容器において、前記間隙部のうち少なくともいずれかの間隙部に面する部材表面に、金属、金属酸化物、または金属炭化物のうちのいずれかによる溶射処理が施されていることを特徴とする放射性物質収納容器。
【請求項２】 前記放射性物質は、使用済燃料集合体、または収容部材に一体的に収容されたガラス固化体である請求項１に記載の放射性物質収納容器。
【請求項３】 前記ガラス固化体の表面を形成する収容部材面に、前記溶射処理が施されている請求項２に記載の放射性物質収納容器。
【請求項４】 前記構成部材として、前記放射性物質を支持するバスケットと、前記バスケットの周囲に設置されるキャニスタとを備え、前記バスケットと前記キャニスタとの間に間隙部を有し、前記間隙部に面するバスケットまたはキャニスタのいずれか一方もしくは双方の表面に、前記溶射処理が施されている請求項１に記載の放射性物質収納容器。
【請求項５】 前記容器内の高温間隙部に面する部材の所定部位に、前記溶射処理が施されている請求項１に記載の放射性物質収納容器。
【請求項６】 前記溶射処理に用いる金属として、アルミ、亜鉛、銅、ニッケル、クロム、コバルト、モリブデン、チタン、タンタル、タングステン、およびそれらの合金、またはステンレスのうちのいずれかが溶射されている請求項１に記載の放射性物質収納容器。
【請求項７】 前記溶射処理に用いる金属酸化物として、アルミ、ジルコニウム、クロム、チタンのうちのいずれかの酸化物が溶射されている請求項１に記載の放射性物質収納容器。
【請求項８】 前記溶射処理に用いる金属炭化物として、クロム、チタン、タングステンのうちのいずれかの炭化物が溶射されている請求項１に記載の放射性物質収納容器。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は放射性物質収納容器に係り、特に、使用済燃料再処理施設から発生する高レベル放射性廃棄物ガラス固化体、または原子力発電所から発生する使用済燃料集合体等の放射性物質を収納する容器に関する。
【０００２】
【従来の技術】原子力発電施設の炉心で一定期間使用された燃料は、炉心より取出されて使用済燃料プール等に一時保管される。この所定の冷却期間が終了した燃料は、最終的に再処理工場に搬出され、再処理されてウランとプルトニウムを再資源として取出し、再利用することになっている。
【０００３】発電所から再処理工場に搬出するまでの間、使用済燃料集合体は４０〜６０年間中間貯蔵施設で貯蔵される。また、再処理に伴い発生する高レベル放射性廃棄物はガラス固化され、中間貯蔵施設で３０〜５０年貯蔵冷却された後、最終処分地で地中埋設されることになっている。
【０００４】現在、使用済燃料集合体や高レベル放射性廃棄物ガラス固化体（以下、ガラス固化体ともいう）を中間貯蔵する方法として、ボールト方式、サイロ方式、コンクリートキャスク方式、金属キャスク方式等の乾式貯蔵方式がある。これらの貯蔵方式において、使用済燃料集合体やガラス固化体の貯蔵密度は、発生する崩壊熱の除熱性能やガンマ線および中性子線のしゃへい性能に依存する。
【０００５】使用済燃料集合体やガラス固化体の貯蔵部あるいは収納部の構成部材の温度には制限があり、使用済燃料は３９０℃以下、ガラス固化体は５００℃以下、炭素鋼やステンレス鋼等の鉄鋼材料は約３００℃以下であることから、容器へ収納できる使用済燃料集合体やガラス固化体の数量は、特に収納容器の除熱性能に大きく制限される。
【０００６】使用済燃料集合体やガラス固化体の温度は、これを収納した容器から大気への伝熱が優れているほど温度の低減を図ることができ、収納密度を上げることが可能となる。また、使用済燃料集合体やガラス固化体の中間貯蔵施設への輸送に使用される輸送容器においても、その収納体数は除熱性能への要求が制限となっている。
【０００７】使用済燃料集合体やガラス固化体から大気に至る熱の伝達経路上で、最も熱が伝わりにくく、使用済燃料集合体またはガラス固化体の温度上昇に影響を与える部分は間隙部である。間隙部の伝熱は間隙間の気体の熱伝導と放射による伝熱により行われる。これまでの貯蔵施設および輸送容器では、間隙部雰囲気をヘリウムに置換し伝熱性能を上げている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上記使用済燃料集合体やガラス固化体などの放射性物質の貯蔵部あるいは収納部では、バスケットやキャニスタなどの構成部材の温度は、各部分に流入する熱量と流出する熱量の差により決まり、局所的な温度の上昇は熱の流入量に対し流出量が相対的に少ない場合に起きる。
【０００９】特に温度が上昇するのは間隙部であり、間隙部での伝熱性能を上げるために、間隙の間隔を狭くし、かつ、ヘリウムガス等の熱伝導の大きい気体を充填するといった方法が取られるている。
【００１０】しかしながら、間隙部の間隔は製作公差およびハンドリング時の裕度などから決定されるため、間隔を狭くすることには限界がある。また、ヘリウムガスを充填する方法においても、使用済燃料集合体やガラス固化体を収納する際のハンドリング時には、空気雰囲気もしくは真空となる場合があり、このときの除熱性能を考慮して収納体数を決定する必要がある。
【００１１】加えて、中間貯蔵施設などで放射能の閉じ込め方式として負圧維持管理とする場合、収納容器内部の気体を常に排気するため、収納容器内へ空気の流入流出が起こり、間隙部にヘリウムガス等を充填しつづけることは、技術的、コスト的に問題となる。そのため、収納容器内部は空気雰囲気にされることとなり、間隙部での温度が上昇し、使用済燃料集合体やガラス固化体の温度が上昇し、収納密度を増加させることが困難となっていた。
【００１２】特に、使用済燃料集合体やガラス固化体を収容するバスケットの伝熱性能を上げるために、アルミ合金製のバスケットを用いたり、あるいはバスケット表面に伝熱材としてアルミ合金などを貼りつけた場合には、アルミ合金の熱放射率の低さのため、間隙部で温度が上昇する。
【００１３】放射による伝熱を促進し、間隙部での除熱性能を図るために、間隙部の内面を表面処理し放射率を上げることが考えられが、長期間にわたり使用する放射性物質収納容器では、間隙部表面の再処理を行うことができないため、長期間にわたり耐食性と放射による除熱性能向上が維持できる表面処理が必要となる。
【００１４】例えば、特開平４−５８１１９号公報には、表面処理として金属メッキを施す例が記載されているが、金属メッキは比較的付着力が弱いため、取扱時の摩擦や容器同士の摩擦によって損傷する可能性が大きく、短期間の輸送用容器であればともかく、保存用として長期間使用するためには耐用性に問題があった。
【００１５】本発明の目的は、間隙部の長期間にわたる耐食性と、熱放射による除熱性能向上を維持し、使用済燃料集合体や高レベル廃棄物ガラス固化体等の放射性物質の収納密度が向上する放射性物質貯蔵容器を提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために、本発明の放射性物質収納容器は、放射性物質とバスケット間の間隙部、バスケットとキャニスタ間の間隙部、あるいは、バスケットまたはキャニスタと容器内壁間の間隙部などの間隙部に面する部材面に、金属、金属酸化物、または金属炭化物のうちのいずれかによる溶射処理を施した。
【００１７】なお、放射性物質の一つである高レベル廃棄物ガラス固化体は、金属（ステンレス）製収容部材内に放射能を有するガラスを流し込んで固化させたもので、本発明では、少なくとも側面に金属製部材面が一体的に形成されているものを単にガラス固化体と称する。
【００１８】本発明によれば、耐食性のあるアルミ等の金属溶射、アルミナ等の金属酸化物溶射、あるいは金属炭化物溶射によって、上記間隙部に面するアルミ合金部や鋼材部などの部材面に表面処理を行うことにより、表面の熱放射率が向上して間隙部での除熱性能が向上する。
【００１９】また、溶射はメッキなどに比較して付着力が大きいので、取扱時の摩擦などによる損傷が防止され、長期間にわたり使用済燃料集合体やガラス固化体などの温度の低減を図ることができ、そのため、収納容器の密度を向上できる。
【００２０】一例として、バスケットとキャニスタ間、およびキャニスタと容器内壁間に、伝熱部材としてアルミ合金を使用した放射性物質収納容器では、アルミ合金部の熱放射率が、およそ０.０４〜０.０６であった。一方、本発明により、アルミ溶射を行った場合の熱放射率は、およそ０.５〜０.７であり、アルミナ溶射を行った場合の熱放射率も、およそ０.５〜０.７であった。このように、金属溶射、金属酸化物溶射、金属炭化物溶射等の表面処理を行うことにより、除熱性能が向上した。
【００２１】また、アルミ溶射、アルミナ溶射等の表面処理による熱放射率向上策は、膜厚が数１０μｍ〜１００μｍ程度であるため、構造強度変化、伝熱性能変化、しゃへい能力変化等を考慮する必要がないことに加え、溶射金属表面が化学的に安定なため、長期間耐食性を持ち続け、長期間にわたり除熱性能が維持できるため、放射性物質収納容器の表面処理方法として特に有効である。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。第１および第２の例は、放射性物質を輸送もしくは貯蔵するためのキャスクと称する放射性物質収納容器の例である。
【００２３】第１の例は、再処理工場で発生した高レベル放射性廃棄物ガラス固化体をバスケットと称する収容部材に収容し、このバスケットをキャスクに収納して輸送もしくは中間貯蔵施設で貯蔵する。また、第２の例は、原子力発電所から搬出される使用済燃料集合体を収容したバスケットを、キャスクに収納して輸送もしくは貯蔵する。
【００２４】第３および第４の例は、あらかじめ中間貯蔵施設に設置されている放射性物質収納容器の例である。第３の例は、高レベル廃棄物ガラス固化体のバスケットを貯蔵する収納容器で、また、第４の例は、使用済燃料集合体を収容したバスケットを収納し貯蔵する中間貯蔵施設の収納容器である。
【００２５】（第１の実施形態）図１および図２に、本発明の一実施形態である高レベル廃棄物ガラス固化体の輸送もしくは貯蔵に使用するキャスクを示す。図１は横断面図、図２は縦断面図である。
【００２６】これらの図に示すように、ガラス固化体用キャスク３１は、ガラス固化体７から発生するガンマ線のしゃへい機能および構造強度を有する内筒１および外筒２からなり、内筒１および外筒２の間には中性子しゃへい体３が充填され、内筒１と外筒２は伝熱フィン４にて結合されている。伝熱フィン４は内筒１から外筒２へキャスク内部の熱を伝熱し、この熱が外筒２の表面から大気中へ放熱される。
【００２７】放射性物質であるガラス固化体７はバスケット５の中に収容され、臨界を防止するための幾何学形状管理が行なわれている。ガラス固化体７とバスケット５の間、およびバスケット５と内筒１の間には間隙部６があり、この部分での温度上昇によりガラス固化体の温度が決定される。
【００２８】また、キャスク３１の底部には中性子しゃへい体８が、底板９および底板カバー１０の間に充填されており、一次蓋１１に充填されている中性子しゃへい体１３とともに、作業員への被曝を低減できるようになっている。キャスク３１の内部の密封性能は、一時蓋１１により二重に担保されている。本キャスクのハンドリングは上部トラニオン１４および下部トラニオン１５を用いて行われる。
【００２９】本発明のガラス固化体用キャスク３１では、バスケット５と内筒１との間の間隙に面する面、および、ガラス固化体７とバスケット５の間の間隙に面する面に、図示するように、アルミ溶射またはアルミナ溶射等の表面処理１６を施した。
【００３０】バスケット５がアルミ合金製である場合の熱放射率は、およそ０.０４〜０.０６程度であるのに比べ、アルミ溶射もしくはアルミナ溶射を行なった場合、放射率がおよそ０.６〜０.７程度となるため、間隙間の伝熱性能が向上し、概略５０℃程度の温度低減が図れた。そのため、収納体数の増加が可能となり、また、各構成部材の耐食性も向上した。
【００３１】したがって、本実施形態によれば、大容量キャスクが実現できるために、ガラス固化体輸送または貯蔵に必要なキャスク数の削減ができ、それに応じてキャスクハンドリング回数の低減も行なうことができ、高経済性のキャスクを提供できる。
【００３２】（第２の実施形態）図３および図４に、本発明の第２の実施形態として、使用済燃料集合体の輸送もしくは貯蔵に使用するキャスクを示す。図３は横断面図、図４は縦断面図である。
【００３３】使用済燃料集合体用キャスク３２は、横断面では図に示すように、使用済燃料集合体から発生するガンマ線のしゃへい機能および構造強度を有する内筒１および外筒２からなり、内筒１および外筒２の間には中性子しゃへい体３が充填され、また、内筒１と外筒２は伝熱フィン４にて結合されている。伝熱フィン４は内筒１から外筒２へキャスク内部の熱を伝熱し、外筒２の表面から熱は大気中へ放熱される。
【００３４】使用済燃料集合体１８はバスケット５の中に収納され、臨界を防止する幾何学形状が維持されている。さらに、バスケット５はキャニスタ１７に納められており、中間貯蔵施設ではキャニスタごとハンドリングが行われ、キャスク３２に収納される。
【００３５】使用済燃料集合体１８とバスケット５の間、バスケット５とキャニスタ１７の間、およびキャニスタ１７と内筒１の間には間隙部６があり、この部分での温度上昇により使用済燃料集合体の温度が決定される。
【００３６】また、縦断面ではキャスク底部および蓋部には、中性子しゃへい体８および１３が充填され、作業員への被曝を低減できるようになっている。キャスク内部の密封性能は二重の蓋１１および１２により担保され、ハンドリングは上下のトラニオン１４および１５を用いて行われるのは、第1実施形態と同様である。
【００３７】本発明の使用済燃料集合体用キャスク３２では、キャニスタ１７と内筒１の間の間隙部６に面する面と、バスケット５とキャニスタ１７の間の間隙部に面する面と、使用済燃料集合体１８とバスケット５の間の間隙部に面する面に、図示するように、アルミ溶射もしくはアルミナ溶射等の表面処理１６を施した。
【００３８】前述のように、バスケット５がアルミ合金製である場合の熱放射率はおよそ０.０４〜０.０６程度であるのに比べ、アルミ溶射もしくはアルミナ溶射を行なった場合の熱放射率がおよそ０.６〜０.７程度となるため、間隙部における伝熱性能が向上し、概略５０℃程度の温度低減が図られた。そのため、収納体数の増加が可能となり、各構成部材の耐食性も向上した。
【００３９】したがって、本実施形態によれば、大容量キャスクが実現できるために、使用済燃料集合体輸送または貯蔵に必要なキャスク数の削減ができ、それに応じてキャスクハンドリング回数も低減し、高経済性のキャスクを提供できる。
【００４０】（第３の実施形態）図５および図６に、本発明の第３の実施形態として、高レベル廃棄物ガラス固化体を中間貯蔵施設に貯蔵するための放射性物質収納容器を示す。図５は横断面図、図６は縦断面図である。
【００４１】ボールト方式、サイロ方式、コンクリートキャスク方式等の中間貯蔵施設では、ガラス固化体７を収納したバスケット５を、放射能閉じ込め機能を持った収納容器３３に収納し貯蔵する。収納容器３３の外側を外気で冷却することによりガラス固化体を除熱する。
【００４２】本実施形態の収納容器３３では、ガラス固化体７とバスケット５の間の間隙部に面する面、およびバスケット５と収納容器３３の間の間隙部に面する面に、図示するように、アルミ溶射もしくはアルミナ溶射などの表面処理１６を施した。
【００４３】本実施形態によれば、第１および第２の実施形態と同様に、間隙部における伝熱性能が向上し、概略５０℃程度の温度低減が図られ、収納体数が増加し、各構成部材の耐食性も向上した。したがって、大容量貯蔵施設が実現可能となり、ガラス固化体中間貯蔵施設の建屋が縮小でき、高経済性の貯蔵施設を提供できる。
【００４４】（第４の実施形態）図７および図８に、本発明の第４の実施形態として、中間貯蔵施設における使用済燃料集合体の貯蔵用の収納容器を示す。図７は横断面図、図８は縦断面図である。
【００４５】ボールト方式、サイロ方式、コンクリートキャスク方式等の中間貯蔵施設では、使用済燃料集合体１８を収納したバスケット５を放射能閉じ込め機能を持った収納容器３４に収納し貯蔵する。収納容器３４の外側を外気で冷却することにより使用済燃料集合体を除熱する。
【００４６】本実施形態の収納容器３４では使用済燃料集合体１８とバスケット５の間の間隙部６に面する面、およびバスケット５と収納容器３４の間の間隙部６に面する面に、図示するように、アルミ溶射もしくはアルミナ溶射等の表面処理１６を施した。
【００４７】これにより、前述の実施形態と同様に、熱放射率が向上し、間隙部における伝熱性能が向上するため、概略５０℃程度の温度低減を図ることができ、収納体数の増加が可能となり、また、各構成部材の耐食性も向上する。したがって、大容量貯蔵が可能となり、そのため、使用済燃料集合体中間貯蔵施設の建屋を縮小でき、経済性の高い貯蔵施設を提供できる。
【００４８】なお、上記各実施形態では、放射性物質に溶射処理が可能な場合とできない場合がある。すなわち、放射性物質がガラス固化体の場合、ステンレスなどの金属容器に高レベル廃棄物ガラスを流し込んで固化させる。そのため、固化したガラスの側面に容器が一体化して密着した状態になっている。これを放射性物質あるいはガラス固化体と称しており、その表面に溶射処理を施すことができる。
【００４９】一方、放射性物質が使用済燃料集合体の場合は、放射性使用済燃料を入れた数本の管を束ねて集合体としている。そのため、上記実施形態では溶射処理を施していないが、本発明はこれに限定されない。例えば、数本をさらに容器に入れるような場合は、その容器に溶射処理が可能である。
【００５０】また、上記実施形態では、原則として、間隙部に面する部材面全面に溶射したが、必ずしも全面でなくてもよい。高温間隙部に面する部材の所定部位に、溶射処理を施すことによっても、上記実施形態と同様の効果がある。また、いくつかある間隙部のうち必要な間隙部のみを対象として溶射処理を施してもよい。
【００５１】
【発明の効果】上述のとおり、本発明によれば、使用済燃料集合体や高レベル廃棄物ガラス固化体等の放射性物質を収納する収納容器において、容器内の間隙部に面する部材面に、金属、金属酸化物、金属炭化物などの溶射処理を施すことにより、熱放射による除熱性能や、長期間にわたる耐食性能が向上する。そのため、放射性物質の収納密度が向上した放射性物質貯蔵容器を提供できる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００５１０８
【氏名又は名称】株式会社日立製作所
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| 【出願日】 |
平成１３年２月２８日（２００１．２．２８） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００９８０１７
【弁理士】
【氏名又は名称】吉岡 宏嗣
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| 【公開番号】 |
特開２００２−２５７９９０（Ｐ２００２−２５７９９０Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１４年９月１１日（２００２．９．１１） |
| 【出願番号】 |
特願２００１−５３７４５（Ｐ２００１−５３７４５） |
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