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技術 放射性物質保管容器における衝撃吸収材、放射性物質保管容器及び衝撃吸収方法

出願人 三菱重工業株式会社
発明者 浅田和雄丹保広阿部岩司村上和夫齋藤雄一松永健一岡田正廣
出願日 2008年2月20日 (13年3ヶ月経過) 出願番号 2008-038148
公開日 2008年7月24日 (12年9ヶ月経過) 公開番号 2008-170451
状態 特許登録済
技術分野 汚染除去及び汚染物処理 燃料及び物質の取扱い並びに実験設備 放射線の遮蔽
主要キーワード 落下エネルギ 板材どうし 垂直設置 ピーク荷重値 貯蔵エリア 自然通気 ハニカム構造材 井桁構造
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図面 (20)

課題

高さHを抑えて衝撃吸収能力を向上させることができる放射性物質保管容器における衝撃吸収材放射性物質収納容器及び衝撃吸収方法の提供を目的としている。

解決手段

放射性物質収納する第一の容器と、該第一の容器を上部開口から収納スペースに入れて底面を支持し、前記上部開口に蓋をして貯蔵する遮蔽機能付き第二の容器との間に、前記第一の容器の落下時に衝撃エネルギを吸収する井桁構造の衝撃吸収材を設けたことを特徴とする。

概要

背景

原子炉において所定の燃焼を終えた核燃料集合体、いわゆる使用済み核燃料集合体(以下、「使用済燃料」と呼ぶ)は、原子力発電所等の冷却ピットで所定期間冷却された後、輸送及び貯蔵を行うためヘリウムガスと共にキャニスタ収納して密封される。こうして使用済燃料を密封収納したキャニスタは、輸送用容器である金属キャスクに収容した状態で中間貯蔵施設再処理施設等の目的地まで運ばれる。

中間貯蔵施設等における使用済燃料の貯蔵方式には、従来より下記に示す3つの方式がある。
(1)ボールド方式
キャニスタを半地下式建屋内に貯蔵する方式であり、半地下式建屋放射能遮蔽を行うと共に、貯蔵エリア自然通気により冷却している。
(2)金属キャスク方式
キャニスタを金属キャスク内に収納した状態で建屋内に貯蔵する方式であり、金属キャスクで放射能の遮蔽を行うと共に、貯蔵エリアの自然通気により冷却している。
(3)コンクリートキャスク方式
建屋内に設置されたコンクリートキャスク内にキャニスタを収納する方式であり、コンクリートキャスク及び建屋で放射能の遮蔽を行うと共に、コンクリートキャスク内部及び建屋の自然通気により冷却している。

上述したいずれの貯蔵方式においても、細長い形状の使用済燃料を多数収納してヘリウムガスと共に密封するキャニスタが使用される。キャニスタは、円筒形状の底部を底板で塞いだ容器本体内に使用済燃料を収納した後、上部開口に蓋をして密閉する金属製の容器である。このキャニスタは、多数の使用済燃料をバスケットに挿入した状態で内部空間に収納保持し、注入したヘリウムガスと共に密閉される。ここで注入されるヘリウムガスは、使用済燃料の冷却促進を目的としており、このヘリウムガスにより熱伝導性が向上して対流による冷却効率が高められる。

上述したコンクリートキャスク方式の場合、キャニスタはコンクリートキャスクの中に収納して貯蔵される。このコンクリートキャスクは、キャニスタを収納する円柱状の収納スペースを形成して底部が閉じられた円筒形状のキャスク本体と、キャニスタを出し入れするための上部開口を塞ぐ蓋部とによって構成されている。キャスク本体は、金属板及びコンクリート層によって構成され、収納スペースを形成する内周面側に金属板が貼り付けられたコンクリート製となっている。なお、蓋部についても、金属板及びコンクリート層を具備してなるコンクリート製となっている。

また、キャスク本体に形成された収納スペースの底面には、所定の収納位置でキャニスタの荷重を支持すると共に、キャニスタとの間に対流冷却を行う冷却空気流通路を形成するように、支持部材が設けられている。この支持部材は、ハンドリング時にキャニスタが落下した場合等の異常時には、変形によって落下エネルギを吸収するショックアブソーバとしての機能も備えている。

以下、従来の支持部材構造を図面に基づいて説明する。なお、図21は従来の支持部材構造を示す平面図、図22は図21の要部断面図、図23は図22のC−C断面図である。この支持部材25は、それぞれ矩形状とした8枚の板材25aによって構成されている。各板材25aは、円形断面とした収納スペース21の中心から45度ピッチで均等に配分された放射線上に位置し、両端が底面21aの一部をカバーする同心円を描くようにして配置されている。また、各板材25aは、底面21aから垂直に立てた状態として収納スペース底面の金属板22aに溶接部Wで固定され、底面からの高さHは全て一定となっている。(特許文献1の図1、図2参照)

特開2001−318185号公報

概要

高さHを抑えて衝撃吸収能力を向上させることができる放射性物質保管容器における衝撃吸収材放射性物質収納容器及び衝撃吸収方法の提供を目的としている。放射性物質を収納する第一の容器と、該第一の容器を上部開口から収納スペースに入れて底面を支持し、前記上部開口に蓋をして貯蔵する遮蔽機能付き第二の容器との間に、前記第一の容器の落下時に衝撃エネルギを吸収する井桁構造の衝撃吸収材を設けたことを特徴とする。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
2件
牽制数
0件

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請求項1

放射性物質収納する第一の容器と、該第一の容器を上部開口から収納スペースに入れて底面を支持し、前記上部開口に蓋をして貯蔵する遮蔽機能付き第二の容器との間に、前記第一の容器の落下時に衝撃エネルギを吸収する井桁構造衝撃吸収材を設けたことを特徴とする放射性物質保管容器における衝撃吸収材。

請求項2

前記衝撃吸収材は、中央部よりも外周部側の高さが高くなっていることを特徴とする請求項1記載の放射性物質保管容器における衝撃吸収材。

請求項3

請求項1または2に記載の衝撃吸収材を前記第一の容器に着脱可能な支持構造体に固定したことを特徴とする放射性物質保管容器における衝撃吸収材。

請求項4

放射性物質を収納する前記第一の容器と、該第一の容器を上部開口から前記収納スペースに入れて底面を支持し、前記上部開口に蓋をして貯蔵する遮蔽機能付きの前記第二の容器と、前記第一の容器と前記第二の容器との間に設けられ前記第一の容器の落下時に衝撃エネルギを吸収する請求項1から請求項3のいずれかに記載の衝撃吸収材とを備えたことを特徴とする放射性物質保管容器。

請求項5

請求項4に記載の放射性物質保管容器における衝撃吸収方法であって、前記第一の容器から前記衝撃吸収材に時間差をもって段階的に入力を与えて衝撃吸収することを特徴とする放射性物質保管容器の衝撃吸収方法。

技術分野

0001

本発明は、使用済み核燃料集合体放射性廃棄物などの放射性物質密封されるキャニスタコンクリートキャスク内に収容される場合のように、放射性物質を収納する第一の容器遮蔽機能付き第二の容器に収容された場合に落下時等に発生する衝撃荷重を吸収できる放射性物質保管容器における衝撃吸収材放射性物質収納容器及び衝撃吸収方法に関する。

背景技術

0002

原子炉において所定の燃焼を終えた核燃料集合体、いわゆる使用済み核燃料集合体(以下、「使用済燃料」と呼ぶ)は、原子力発電所等の冷却ピットで所定期間冷却された後、輸送及び貯蔵を行うためヘリウムガスと共にキャニスタに収納して密封される。こうして使用済燃料を密封収納したキャニスタは、輸送用の容器である金属キャスクに収容した状態で中間貯蔵施設再処理施設等の目的地まで運ばれる。

0003

中間貯蔵施設等における使用済燃料の貯蔵方式には、従来より下記に示す3つの方式がある。
(1)ボールド方式
キャニスタを半地下式建屋内に貯蔵する方式であり、半地下式建屋放射能遮蔽を行うと共に、貯蔵エリア自然通気により冷却している。
(2)金属キャスク方式
キャニスタを金属キャスク内に収納した状態で建屋内に貯蔵する方式であり、金属キャスクで放射能の遮蔽を行うと共に、貯蔵エリアの自然通気により冷却している。
(3)コンクリートキャスク方式
建屋内に設置されたコンクリートキャスク内にキャニスタを収納する方式であり、コンクリートキャスク及び建屋で放射能の遮蔽を行うと共に、コンクリートキャスク内部及び建屋の自然通気により冷却している。

0004

上述したいずれの貯蔵方式においても、細長い形状の使用済燃料を多数収納してヘリウムガスと共に密封するキャニスタが使用される。キャニスタは、円筒形状の底部を底板で塞いだ容器本体内に使用済燃料を収納した後、上部開口に蓋をして密閉する金属製の容器である。このキャニスタは、多数の使用済燃料をバスケットに挿入した状態で内部空間に収納保持し、注入したヘリウムガスと共に密閉される。ここで注入されるヘリウムガスは、使用済燃料の冷却促進を目的としており、このヘリウムガスにより熱伝導性が向上して対流による冷却効率が高められる。

0005

上述したコンクリートキャスク方式の場合、キャニスタはコンクリートキャスクの中に収納して貯蔵される。このコンクリートキャスクは、キャニスタを収納する円柱状の収納スペースを形成して底部が閉じられた円筒形状のキャスク本体と、キャニスタを出し入れするための上部開口を塞ぐ蓋部とによって構成されている。キャスク本体は、金属板及びコンクリート層によって構成され、収納スペースを形成する内周面側に金属板が貼り付けられたコンクリート製となっている。なお、蓋部についても、金属板及びコンクリート層を具備してなるコンクリート製となっている。

0006

また、キャスク本体に形成された収納スペースの底面には、所定の収納位置でキャニスタの荷重を支持すると共に、キャニスタとの間に対流冷却を行う冷却空気流通路を形成するように、支持部材が設けられている。この支持部材は、ハンドリング時にキャニスタが落下した場合等の異常時には、変形によって落下エネルギを吸収するショックアブソーバとしての機能も備えている。

0007

以下、従来の支持部材構造を図面に基づいて説明する。なお、図21は従来の支持部材構造を示す平面図、図22図21の要部断面図、図23図22のC−C断面図である。この支持部材25は、それぞれ矩形状とした8枚の板材25aによって構成されている。各板材25aは、円形断面とした収納スペース21の中心から45度ピッチで均等に配分された放射線上に位置し、両端が底面21aの一部をカバーする同心円を描くようにして配置されている。また、各板材25aは、底面21aから垂直に立てた状態として収納スペース底面の金属板22aに溶接部Wで固定され、底面からの高さHは全て一定となっている。(特許文献1の図1図2参照)

0008

特開2001−318185号公報

発明が解決しようとする課題

0009

上述したように、従来のコンクリートキャスクにおいては、収納スペース21の底面21aに設けた支持部材25が下記に示す3つの機能を果たすようになっている。
(1)キャニスタの荷重支持(通常時)
(2)冷却空気の通路形成(通常時)
(3)キャニスタ落下時等の衝撃吸収(異常時)
また、上述した支持部材25は、コンクリートキャスクの使用目的から、少なくとも60年間という長期間にわたっての貯蔵にも耐えることが求められ、従って、金属製とする必要がある。

0010

ところで、上述した従来構造の支持部材25は、荷重支持や冷却通路形成といった通常時の機能については特に問題はない。しかしながら、ハンドリング時にキャニスタが落下した時の衝撃吸収機能については、図24に示す衝撃荷重Fと変形量δとの関係から明らかなように、衝撃荷重Fがピーク値Fpに達すると以後の変形量δは急激に減少する。このため、斜線部の面積で与えられるエネルギ吸収量Eは比較的小さく、十分な衝撃吸収能力を得るためには、板材25aの高さHを大きくして変形量δをかせぐことが必要となる。なお、コンクリートキャスクの支持部材25においては、たとえば30トンのキャニスタ10が高さ6mの位置から落下した時、その加速度を50G以下に抑える衝撃吸収能力が求められている。

0011

一方、狭い収納スペース21の底面21aで板材25aの高さHを大きくして変形量δを確保しようとすれば、隣接する板材25aどうしが変形時に干渉することも考えられるため自ずと限界がある。また、板材25aの高さHを大きくすることは、コンクリートキャスク20の全高を大きくすることになって好ましくない。従って、高さHを大きくすることなしに十分な衝撃吸収能力を発揮できるコンクリートキャスクの支持部材構造が望まれる。

0012

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、高さHを抑えて衝撃吸収能力を向上させることができる放射性物質保管容器における衝撃吸収材、放射性物質収納容器及び衝撃吸収方法の提供を目的としている。

課題を解決するための手段

0013

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。請求項1に記載の放射性物質保管容器における衝撃吸収材は、放射性物質を収納する第一の容器と、該第一の容器を上部開口から収納スペースに入れて底面を支持し、前記上部開口に蓋をして貯蔵する遮蔽機能付き第二の容器との間に、前記第一の容器の落下時に衝撃エネルギを吸収する井桁構造の衝撃吸収材を設けたことを特徴とする。

0014

また、請求項2は、請求項1記載の放射性物質保管容器における衝撃吸収材において、前記衝撃吸収材は、中央部よりも外周部側の高さが高くなっていることを特徴とする。

0015

また、請求項3は、請求項1または2に記載の衝撃吸収材を前記第一の容器に着脱可能な支持構造体に固定したことを特徴とする。

0016

また、請求項4に記載の放射性物質保管容器は、放射性物質を収納する前記第一の容器と、該第一の容器を上部開口から前記収納スペースに入れて底面を支持し、前記上部開口に蓋をして貯蔵する遮蔽機能付きの前記第二の容器と、前記第一の容器と前記第二の容器との間に設けられ前記第一の容器の落下時に衝撃エネルギを吸収する請求項1から請求項3のいずれかに記載の衝撃吸収材とを備えたことを特徴とする。

0017

また、請求項5に記載の放射性物質保管容器の衝撃吸収方法は、請求項4に記載の放射性物質保管容器における衝撃吸収方法であって、前記第一の容器から前記衝撃吸収材に時間差をもって段階的に入力を与えて衝撃吸収することを特徴とする。

発明の効果

0018

本発明の請求項1に記載の発明によれば、井桁構造のような衝撃吸収材を設けたので、高さを抑制して衝撃吸収能力を増すことができる。

0019

請求項2に記載の発明によれば、上記の請求項1における効果に加えて、高さが底面中心より外周側を高く設定することにより、第一の容器の外周側から先に入力を受けるようになり、第一の容器の破損を防止する上で有利になる。

0020

請求項3に記載の発明によれば、上記の請求項1または2における効果に加えて、必要時のみ衝撃吸収材を第一の容器に取り付けすることができるので、取り外した状態では第一の容器の全長が短くなってハンドリングが容易になる。

0021

請求項4に記載の発明によれば、上記の請求項1乃至3における効果を奏する放射性物質保管容器を得ることができる。

0022

請求項5に記載の発明によれば、時間差をもって段階的に入力が作用し、ピーク荷重が時間差をもって段階的に生じるようになるので、比較的低い高さの衝撃吸収材としても大きな衝撃エネルギを吸収できるようになる。

発明を実施するための最良の形態

0023

以下、本発明に係る放射性物質保管容器の衝撃吸収構造の一実施形態を図面に基づいて説明する。第一の容器としてのキャニスタ10は、図19に示すように、円筒形状の底部を底板で塞いだ容器本体11と、上部の開口部を塞ぐ蓋部12とによって構成される金属製(鋼製またはステンレススチール製など)の容器である。蓋部12は、内側の一次蓋12aと外側の二次蓋12bとによって構成され、一次蓋12aの内側にはさらに、遮蔽ブロック13が設けられている。

0024

キャニスタ10は、多数の使用済燃料14をバスケット15に挿入した状態で内部空間に収納保持し、ヘリウムガスを注入すると共に蓋部12を溶接して密閉される。ここで注入されるヘリウムガスは、使用済燃料14の冷却促進を目的としており、このヘリウムガスにより熱伝導性が向上して対流による冷却効率が高められる。なお、図中の符号16は、一次蓋12aに設けられて水抜き等に使用される開口部を閉じる蓋材である。また、バスケット15は、格子状断面を有する使用済燃料14の保持容器であり、各格子15a毎に1本の使用済燃料14を収納して保持する機能を有している。

0025

上述したコンクリートキャスク方式の場合、図20に示すように、キャニスタ10は第二の容器としてのコンクリートキャスク20の中に収納して貯蔵される。このコンクリートキャスク20は、キャニスタ10を収納する円柱状の収納スペース21を形成して底部が閉じられた円筒形状のキャスク本体22と、キャニスタ10を出し入れするための上部開口23を塞ぐ蓋部24とによって構成されている。キャスク本体22は、金属板22a及びコンクリート層22bによって構成され、収納スペース21を形成する内周面側に金属板22aが貼り付けられたコンクリート製となっている。蓋部24は、金属板24a、コンクリート層24b及び蓋取付ボルト24cによって構成され、キャニスタ10の二次蓋12bと対向する底面を除くコンクリート層24bの周囲に金属板24aが貼り付けられたコンクリート製となっている。

0026

キャスク本体22に形成された収納スペース21の底面21aには、所定の収納位置でキャニスタ10の荷重を支持すると共に、キャニスタ10との間に対流冷却を行う冷却空気CAの流通路(空間)を形成するように、支持部材25が設けられている。この支持部材25は、たとえば底面に放射状に配置して垂直に立設された複数枚の板材25aよりなり、ハンドリング時にキャニスタ10が落下した場合等の異常時には、変形によって落下エネルギを吸収するショックアブソーバとしての機能も備えている。

0027

また、収納スペース21内を自然通気によって対流冷却するため、キャスク本体22の下部側面には冷却空気CAを導入する空気導入口26が複数箇所に設けられている。この空気導入口26から導入された冷却空気CAは、屈曲した流路を経て収納スペース21内に入り、キャニスタ10の側面に沿って上昇した後、キャスク本体22と蓋部24との間に屈曲して形成された流路を経て、上部側面に開口する複数の空気出口27から外部へ流出する。この結果、コンクリートキャスク20の収納スペース21内は、冷却空気CAとして導入した外気の自然通気によって換気・冷却される。

0028

<検討例1>
図1は、コンクリートキャスク20の収納スペース21について、その底面21aの部分断面構造を示している。なお、図中の符号22aはキャスク本体22の金属板、22bはコンクリート層、30は支持部材を構成する板材である。

0029

この検討例では、収納スペース21の底面21aに立設した複数枚の板材30によって、通常時におけるキャニスタ10の荷重支持及びハンドリング中にキャニスタ10が落下した場合の衝撃荷重を受ける支持部材が構成されている。この板材30は、円形とした底面21aの中心からたとえば45度の等ピッチで延びる放射線上に8枚設けられている(図21参照)。各板材30は、矩形状とした板の適所から角度θで略くの字状に折曲されている。板材30の一方の端部は、金属板22aに設けられた溝部22cに挿入され、金属板22aとの間を溶接することによって溶接部Wで固定される。

0030

このように、板材30を角度θ傾斜させて設けると、垂直(θ=0)に設けた従来例と比較して、高さを低くできるだけでなく、衝撃エネルギの吸収量を確保すると供に、ピーク荷重の安定化を図ることができる。一方の衝撃エネルギ吸収量については、実験の結果、傾斜角度θを設けることによって図2に示すような2段階の変形が生じるためと考えられる。すなわち、板材30の折曲部に生じる曲げ変形に加えて、上端側の途中から逆向きに折り返されるという2箇所の曲げ変形によって、大きな衝撃エネルギを吸収することができる。

0031

また、ピーク荷重の安定化については、板材30を正確に傾斜角度θ=0で垂直に立設することは多大の作業工数コストの増加を伴うこととなって困難であり、従って、微小ながらも角度にばらつきが生じているためと考えられる。すなわち、正確に垂直設置された板材30のピーク荷重は大きくなるものの、僅かでも傾斜したもののピーク荷重は低下してしまうので、ピーク荷重値にばらつきが生じて設計が困難になる。しかし、上述した本発明のように、板材30に傾斜角度θを設けることで、傾斜角度に多少のばらつきがあってもピーク荷重の変動幅を小さくして安定化することができるので、板材30を用いた衝撃吸収構造の設計が容易になる。

0032

さて、上述した板材30の傾斜角度θについては最適値がある。これを図3に基づいて説明する。図3は、板材30の高さLに対する変形量δの割合(δ/L)と、断面降伏荷重F0に対する衝撃荷重Fの割合(F/F0)との関係について、4種類の傾斜角度θ(0度,7度,30度,45度)について示したものである。

0033

この図によれば、θ=0度ではばらつきが大きいという問題はあるものの、ピーク荷重及び衝撃エネルギの吸収量は大きい。しかし、θ=45度まで大きく傾斜させると、ピーク荷重は大幅に低下してほとんど存在しなくなり、衝撃エネルギの吸収量も小さい。
また、θ=30度の場合には、ピーク荷重は小さくなるもののはっきりと存在しており、衝撃エネルギの吸収量もそこそこ確保することができる。

0034

特に、θ=7度の場合には、ピーク荷重もかなり大きく、その衝撃エネルギ吸収量はθ=0度の場合より大きくなっている。従って、板材30の傾斜角度θについては、板材30の板厚材質等を考慮して、0<θ≦30の範囲内で適宜設定するのが好ましく、特に、θ=7±3度が最も好ましい値となる。

0035

また、放射状に配置した板材30は、傾斜角度θの方向が同方向となるようにして、すなわち円周方向において時計廻り方向反時計廻り方向のいずれかへ統一して傾斜させることが好ましい。これにより、衝撃荷重を受けた板材30が変形する時、隣接する板材どうしが互いに干渉するのを防止できる。従って、各板材30においては、設計通りの変形をして所望の衝撃エネルギ吸収量を確保することができる。

0036

さらに、板材30を金属板22aに溶接して固定する時には、下端側となる基部30aが、底面21aを形成している金属板22aに設けられている溝部22cに挿入して埋め込まれた状態で溶接する。このようにして溶接部Wを溶接する溶接構造を採用することにより、板材30の溶接による固定を安定化することができる。

0037

<検討例2>
この検討例では、収納スペース21の底面21aに衝撃吸収能力に優れた衝撃吸収材よりなる支持部材40を設けてある。図4に示す実施形態では、衝撃吸収材として円形断面の中空材パイプ)41を使用している。この中空材41は、円形とした底面21aの中心からたとえば45度の等ピッチに延びる放射線上に8本配置されている。この場合、各中空材41の外径及び長さは同じにしてあり、従って、底面21aからの高さHは全て一定となり、また、8本の中空材41は、両端が同心円を描くようにして配置されている。なお、中空材41の配置状態や配置数については、図4に示したものに限定されることはなく、また、中空材41の断面形状についても、円形パイプに限定されることはなく、たとえば角パイプであってもよい。

0038

このような中空材41を使用すると、規格化された材料を切断して使用できるので、高さHが均一になるよう底面21aに固定したり、衝撃エネルギの吸収能力を所望の値に設計するのは容易である。また、中空材41を使用することは、冷却空気CAの通路形成という面でも優れている。

0039

さて、上述した中空材41を用いた衝撃吸収材には、たとえば図5に示した第1変形例の構成が可能である。この第1変形例の構成では、複数の中空材41を積み重ねた状態にして適宜結合してある。図示の構成例では、合計10本の中空材41を4段に積み重ねることで、全体を高さHとしてある。なお、図示の構成例では全数が同一外径の中空材41を積み重ねてあるが、異なる外径の中空材を適宜組み合わせてもよい。

0040

このような構成とすれば、規格品の中空材41を使用して多様な高さHを設定でき、また、衝撃荷重は、積み重ねられた各中空材41に時間差をもって段階的に入力するようになるので、衝撃エネルギの吸収量を増すことができる。なお、時間差をもって段階的に衝撃荷重が入力する場合の作用効果については、後述する検討例3で詳しく説明する。

0041

次に、上述した中空材41を用いた第2変形例を図6に示して説明する。この変形例では、複数段に積み重ねた中空材41の外側を、コ字状断面に折曲した板材42で囲んだ構成としてある。このような構成としても、衝撃荷重が板材42及び中空材41に段階的に入力するようになるので、衝撃エネルギの吸収量を増すことができる。

0042

図7に示す第3変形例は、衝撃吸収材として衝撃エネルギの吸収量が大きいハニカム構造材43を使用した構成例を示している。図示の例では、矩形断面とした中空材の中にハニカム構造部を設けた柱状のハニカム構造材43を採用し、底面21aに45度ピッチで放射状に配置してある。なお、図示の構成例では、全てのハニカム構造材43の高さHは一定となっているが、衝撃荷重が時間差をもって段階的に入力するよう異なる高さとしてもよい。

0043

<本発明の第1の実施の形態>
図8に示す本発明の第1の実施の形態は、衝撃吸収材として井桁構造を示したものである。この井桁構造44は、後述する衝撃荷重の入力に時間差をもたせるため、中央部より外周部側の高さが高くなっているが(H1>H2>H3)、全体が同じ高さであってもよい。また、一体の井桁構造44を底面21aの全体にわたって均等に設置してもよいし、あるいは、複数に分割したものを適宜分散して配置してもよい。なお、図示の例では上下方向に1段とした井桁構造を採用しているが、複数段階のものであってもよい。

0044

<検討例3>
図9に示すコンクリートキャスク/キャニスタ間の衝撃吸収構造は、収納スペース21の底面21aに時間差をもって衝撃荷重を受ける支持部材50を設けたものであり、高さの異なる複数の板材51a,51b,51c(以下では、3枚を1組として板材51と呼ぶ)を1組として、円形とした底面21aの中心から放射状に配置されている。なお、1組の板材51については、上述した3枚1組に限定されるものではなく、2枚または4枚以上を1組としてもよい。

0045

図示の構成例では、たとえば45度の等ピッチに延びる放射線上に8組の板材51が立設されている。各板材51は、底面21aから垂直(傾斜角度θ=0)に立設されてもよいが、検討例1に示したように、適当な傾斜角度θを設けて設置するのが好ましい。さらに、各板材51は、図1に示すように、金属板22aに設けた溝部に基部を挿入した状態で溶接するのが好ましい。

0046

放射線上に配列された1組の板材51は、外側の板材51aの高さをH1、中間の板材51bの高さをH2、内側の板材51cの高さをH3とすれば、H1>H2>H3の関係となり、外側から内側へ行くほど低く設定されている。また、外周側に立設された8枚の板材51a、中間に立設された8枚の板材51b及び内側に立設された板材51cは、それぞれが同一の長さを有し、各端部が同一の円周上に位置するよう配置されている。

0047

このような構成の支持部材50とすれば、キャニスタ10が落下して衝撃荷重が作用するとき、高さがH1で最も高い外周側の板材51aに最初の入力が作用する。この結果、板材51aが最初に変形して衝撃荷重を吸収し、図10に示すように、最初のピーク荷重F1が発生する。この後、高さH2の板材51bに衝撃荷重が作用することでピーク荷重F2が発生し、最後に、高さH3の板材51cに衝撃荷重が作用することでピーク加重F3が発生する。このように、時間差をもって板材51a,51b,51cが順次変形してピーク加重F1,F2,F3を発生するので、全体として大きな衝撃エネルギを吸収することができる。すなわち、図2の斜線部面積Eが3つのピークをもつことで大きくなるので、板材51の高さHを抑制して衝撃エネルギの吸収量を増すことができる。

0048

また、外側ほど板材51の高さHを高くして最初に衝撃荷重を受けるようにしたので、中空容器であるキャニスタ10側では、落下時に容器本体11を形成している縦壁円筒)部分に最初の入力が入るようになり、キャニスタ10が破損するのを防止する上で好都合となる。

0049

図11は、検討例3に係る第1変形例を示している。この構成例では、板材51を放射状に等ピッチで配置した点、そして、外側の板材51ほど高くした点は同じであるが、3枚1組の配列が異なっている。すなわち、円周方向において高さの異なる板材51を組み合わせた配置とされている。具体例を示すと、高さH1の板材51a及び高さH3の板材51cは45度ピッチの放射線上に配置され、高さH2の板材51bは、半径方向における板材51a,51cの中間位置で、かつ、円周方向においても隣接する放射線の中間位置(45度を二分した22.5度だけ旋回させた位置)に配置されている。

0050

このような構成とすれば、上述した図9と同様の作用効果が得られるだけでなく、各板材51の1枚当たりについて半径方向長さを大きくとれるので、衝撃エネルギの吸収量を増すことができる。なお、板材51の配置は、図11に限定されるものではなく、板材51の数と共に種々の変形例が可能である。

0051

図12は、検討例3に係る第2変形例を示している。この構成例では、底面21aに立設された板材51の方向が上述した図9及び図11と異なっている。すなわち、上述した図9及び図11では放射線上に立設されていた板材51が、同心円上に多角形を描くようにして8組配列されている。この場合も、外側に配置された板材51aの高さH1が最も高く、内側に配置された板材51cの高さH3が最も低く設定されている。なお、各板材51の半径方向については、図示したように同一放射線上に3枚の板材51a,51b、51cの中心が一致するようにしてもよいし、適宜ずらした配置も可能である。このような構成としても、板材51の高さHを抑制して衝撃エネルギの吸収量を増すことができる。

0052

図13は、検討例3に係る第3変形例を示している。この場合、板材51の高さは、H1からH2へ変化するよう傾斜している。すなわち、上述した分割構造とは異なり、1枚の板材51で高さが変化するようにしたものである。なお、この構成例でも、放射線上に立設した板材51は外側の高さH1が内側の高さH2より大きくしたものが好ましい。また、必要に応じて、全長にわたって傾斜させるのではなく、外側に適当な平坦部を設けてもよい。

0053

以上の変形例では、支持部材50を板材51によって構成していたが、以下に説明する変形例では、検討例2で示した衝撃吸収材を用いた構成例について説明する。図14に示す検討例3に係る第4変形例では、外径の異なる2種類の中空材41A,41Bを交互に放射状に配置して、2段階に高さの異なる支持部材50が構成されている。具体的には、中空材41Aの外径をdとし、中空材41Bの外径をDとしているので、高さがD及びd(D>d)の2段階よりなる支持部材50となる。

0054

従って、落下したキャニスタ10は、最初に外径Dの中空材41Bを変形させることにより、第1段階のピーク加重が発生して衝撃エネルギを吸収する。
さらに、時間差を経て外径dの中空材41Aを変形させるので、第2段階のピーク加重が発生してさらに衝撃エネルギを吸収することができる。なお、図示の例では外径が異なる2種類の中空材41A,41Bを使用していたが、3種類またはそれ以上の組合せが可能なことは言うまでもない。

0055

図15に示す検討例3に係る第5の変形例は、外径によって決まる高さHが異なる、たとえば3種類の中空材41A,41B,41Cを放射線上に配置したものである。具体的には、高さH1の中空材41Aと、高さH2の中空材41Bと、高さH3の中空材41Cとが1組となり、外側を高くして内側が低くなるように配列してある。すなわち、この第5変形例は図9に示した板材51を中空材41に代えた構成のものであり、従って、その作用効果も実質的に同様となる。また、1組が3種類よりなる中空材41A,41B,41Cの配置は、図示の例に限定されることはなく、たとえば図11図12に示す板材51a,51b,51cと同様にしてもよい。なお、図示の例では1組が3種類の中空材を組合せているが、2種類あるいは4種類以上としてもよい。

0056

図16に示す検討例3に係る第6の変形例は、上述した板材51と中空材41とを組み合わせ、高さHに差を設けて交互に配置してある。図示の構成例では、板材51の高さをH1とし、3本の中空材41を積み重ねて高さH2にしてある。この場合、板材51及び中空材41は放射線状に配置され、最初に板材51が衝撃荷重を受けて変形し、第1のピーク荷重が発生して衝撃エネルギを吸収する。そして、板材51がある程度まで変形した後には中空材41に衝撃荷重の入力が入り、中空材41の変形によって第2のピーク荷重が発生してさらに衝撃エネルギを吸収する。

0057

この他にも、作用する衝撃荷重の条件、支持部材を構成する材料の強度や板厚などを考慮し、板材51、中空材41、ハニカム構造材43、井桁構造44などから適宜選択することによって、高さの異なる種々の組合せとした最適の衝撃吸収構造が可能である。

0058

<検討例4>
上述した実施形態及び検討例では、支持部材がコンクリートキャスク20の底面21aに設けられているが、たとえば図17に示すように、同様の構成をキャニスタ10に設けることも可能である。この場合、支持部材は容器本体11の底面11aに固定して設けられるので、上述した実施形態及び検討例において底面21aを形成していた金属板22aを、容器本体11の底面11aを形成している底面部材と読み替えればよい。なお、図17においては、検討例3に係る第1変形例(図11参照)の構成を採用した場合の斜視図が示されており、支持部材50については、同じ符号を付してある。

0059

<第2の実施形態>
図18に示す第2の実施形態は、キャニスタ10の底面11aに取り付ける支持部材50を着脱可能な構造としたものである。この実施形態では、キャニスタ10とは別体の支持構造体60を用意し、その底面61に支持部材50を固定して取り付ける。従って、図17の底面11aに代えて、支持構造体60の底面61に支持部材50が固定して設けられている。この支持構造体60は、キャニスタ10の外径と略一致し、キャニスタ10の底部を収納可能な内径とした円筒状の嵌合部62を有している。支持構造体60とキャニスタ10との着脱は、たとえばボルト63によってなされる。

0060

このように着脱可能な構成とすれば、必要な時だけ支持構造体60を取り付けて使用することができるので、キャニスタ10に固定された構造のものと比較して全長が短くなり、その分ハンドリングが容易になる。なお、上述した支持構造体60は、必要に応じて溶接等で固定する部品として使用することも可能である。

0061

上述したように、本発明のコンクリートキャスク/キャニスタ間の衝撃吸収構造によれば、時間差をもって衝撃荷重を受ける支持部材を設けたので、高さHを抑制してもピーク荷重が複数段階で発生するので、衝撃エネルギの吸収能力を増すことができる。従って、キャニスタから支持部材に、時間差をもって段階的に入力を与えて衝撃エネルギを吸収する、という衝撃エネルギ吸収能力の高い衝撃吸収方法を実現することができる。また、支持部材として板材を使用する場合には、傾斜角度θに傾斜させて立設することにより、ピーク荷重を安定化して大きな衝撃エネルギ吸収量を確保することができる。

0062

このような構成とした衝撃吸収構造は、(1)支持部材をコンクリートキャスク20の底面に設置、(2)支持部材をキャニスタ10の底面に設置、(3)キャニスタに着脱可能な支持構造体の底面に支持部材を設置のうち、いずれの構造を採用してもよい。

0063

なお、本発明の構成は上述した実施形態に限定されるものではなく、たとえば板材の形状など、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。

図面の簡単な説明

0064

本発明に係る放射性物質保管容器における衝撃吸収材の検討例1を示す部分断面図である。
図1の板材が衝撃荷重を受けて変形した状態を示す断面図である。
板材の高さLに対する変形量δの割合(δ/L)と、断面降伏荷重F0に対する衝撃荷重Fの割合(F/F0)との関係を示すグラフである。
本発明に係る放射性物質保管容器における衝撃吸収材の検討例2を示す図で、(a)は平面図、(b)は(a)のA−A断面図である。
図4に示した検討例2の第1変形例を示す図である。
図4に示した検討例2の第2変形例を示す図である。
図4に示した検討例2の第3変形例を示す図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のB−B断面図である。
本発明に係る放射性物質保管容器における衝撃吸収材の第1の実施形態を示す斜視図である。
本発明に係る放射性物質保管容器における衝撃吸収材の検討例3を示す図で、(a)は平面図、(b)は(a)の断面図である。
図9に示す検討例3について、変形量(δ)と衝撃荷重(F)との関係を示すグラフである。
図9に示した検討例3の第1変形例を示す図で、(a)は平面図、(b)は(a)の断面図である。
図9に示した検討例3の第2変形例を示す図で、(a)は平面図、(b)は(a)の断面図である。
図9に示した検討例3の第3変形例を示す図で、(a)は断面図、(b)は平面図である。
図9に示した検討例3の第4変形例を示す平面図である。
図9に示した検討例3の第5変形例を示す断面図である。
図9に示した検討例3の第6変形例を示す断面図である。
本発明に係る放射性物質保管容器における衝撃吸収材の検討例4として、キャニスタの底部を示す斜視図である。
本発明に係る放射性物質保管容器における衝撃吸収材の第2の実施形態として、キャニスタの底部を示す斜視図である。
キャニスタの構造例を示す部分断面斜視図である。
コンクリートキャスクにキャニスタを収納した状態を示す要部断面斜視図である。
コンクリートキャスク/キャニスタ間の衝撃吸収構造の従来例を示す平面図である。
図21に示す従来例の断面図である。
図22のC−C断面図である。
図21に示した従来例について、変形量(δ)と衝撃荷重(F)との関係を示すグラフである。

符号の説明

0065

10…キャニスタ
11…容器本体
11a…底面
12…蓋部
20…コンクリートキャスク
21…収納スペース
21a…底面
22…キャスク本体
22a…金属板
22b…コンクリート層
24…蓋部
30…板材
40…支持部材
41…中空材
44…井桁構造
50…支持部材
60…支持構造体

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