专利名称:混凝土筒状容器及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种适合于将使用后的核燃料等放射性物质进行运输或长期保存的混凝土筒状容器。
背景技术：
作为历来的混凝土筒状容器，已知的有下述专利文献1与专利文献2中所述的容器。专利文献1是典型的历来型混凝土筒状容器，分别在凝土筒状容器的上部设置有排气口、在下部设置有供气口。这种结构是为了外部气体从供气口进入、从排气口排出，而在混凝土筒状容器与密封筒之间的间隙中形成对流，由此对混凝土筒状容器内部所储藏的密封筒(装入使用后的燃料的密封容器)进行除热的结构。
专利文献2是以金属筒状容器的结构，在内外层之间设置中子屏蔽材料等。而且，为了促进内外筒之间的导热，将由铜等导热性好的金属材料制成的导热片的两端部整体与内筒及外筒相连。导热片是沿着半径方向设置为放射状。
专利文献1日本专利特开2001-141891号公报专利文献2日本专利第3342994号公报上述专利文献1的结构，是设置作为供排气口的开口部，通过导入外部气体而进行除热。因此，外部气体中含有的海盐颗粒等促进腐蚀的物质就会通过开口部而入侵到混凝土筒状容器的内部，不可避免地黏附于密封筒的表面。其结果是密封筒的表面被腐蚀，在有些情况下还会与密封容器的焊接处附近的残余应力共同作用，发生应力腐蚀破裂。这就意味着有密封容器的密封破损、放射性物质向外部排放的可能性。进而，由于作为上述供排气口的开口部存在有由屏蔽体所不能覆盖的部分(屏蔽体缺损部)，所以从该开口部的放射线的流出就不可避免，这是所不希望的。
上述专利文献2的结构，由于使内筒及外筒与导热片的两端部的整体相连，所以在导热片部分没有屏蔽体，有放射线透过导热片、向半径方向流出的问题。而且，由于是导热片与内外筒相接触的结构，所以混凝土等中子屏蔽材料必须在内外筒与导热片所围成的一个一个的空间内浇注，或者是以块状的材料进行组装，增加了制造的麻烦。
本发明的目的在于提供一种对放射线流出的抑制效果高、且制造容易的混凝土筒状容器。
发明内容
本发明要解决的课题如上所述，下面对解决本课题的技术方案加以说明。
即，本发明的混凝土筒状容器，在金属材料的内筒与外筒之间设置由混凝土构成的屏蔽体和金属材料的导热片，在内筒的内侧形成用于收纳放射性物质的收纳部；所述收纳部采用密闭结构以与筒状容器的外部隔绝，且所述导热片，其内筒侧部分与所述内筒连接，其外筒侧部分的至少一部分与所述外筒之间形成分离部，或者其外筒侧部分与所述外筒连接，其内筒侧部分的至少一部分与所述内筒之间形成分离部。
采用上述结构，由于在金属制的内筒及外筒之间设置了由混凝土构成的屏蔽体与金属制的导热片，在内筒的内侧设置了用于收纳放射性物质的收纳部，所述收纳部采用与筒状容器的外部隔绝的密封结构，所述导热片，其内筒侧部分与所述内筒连接，其外筒侧部分的至少一部分与所述外筒之间形成分离部，或者其外筒侧部分与所述外筒连接，其内筒侧部分的至少一部分与所述内筒之间形成分离部，所以在浇注混凝土时混凝土可通过分离部进行流动。因此，对于以往采用与内外筒相连的导热片的结构必须对各个单元进行浇注混凝土，而本发明则无此必要，从而使制造变得容易。
而且，在以往结构中，由于导热片与内筒和外筒都相连，从而在半径方向上会产生屏蔽体完全不存在的区域，从而造成放射线的流出，但是使用本发明，由于分离部的存在促使了混凝土的流动，可防止上述无屏蔽体区域的产生，所以即使放射线有通过导热片的倾向，由于在其到达外筒之前必须通过屏蔽体，所以能够抑制放射线的流出。
在上述混凝土筒状容器中，导热片的其中一侧与内筒或外筒完全分离以形成分离部。
采用上述结构，由于导热片的其中一侧与内筒或外筒完全分离以形成分离部，因此仅在内筒或外筒的单侧安装导热片即可，从而简化了导热片的安装操作。而且，由于内筒与外筒不相连接，所以内筒与外筒可以分别制造，以缩短制造工序。
在上述混凝土筒状容器中，至少具有与所述外筒连接的第1导热片和与所述内筒连接的第2导热片，第1导热片与第2导热片相互交叠设置，且在交叠部分，两导热片相距一定的间隔。
采用上述结构，由于至少具有与外筒连接的第1导热片和与内筒连接的第2导热片，且第1导热片与第2导热片相互交叠设置，并在交叠部分，两导热片相距一定的间隔，因此在获得与上述效果相同的效果外，还可通过交叠部分，以充分确保导热片不连续区域的热传导性能。
在上述混凝土筒状容器中，所述两导热片的交叠部分的长度为w1，两导热片在交叠部分的间距为a1时，满足以下关系，a1≤(2·λc·w1·Lc)/(λf·t)。式中λc为混凝土的热传导率(W/m·k)，Lc为混凝土屏蔽体的厚度(m)，λf为导热片的热传导率(W/m·k)，t为导热片的厚度(m)，w1为两导热片的交叠部分的长度(m)。
采用上述结构，由于两导热片的交叠部分的长度为w1，两导热片在交叠部分的间距为a1时，满足关系a1≤(2·λc·w1·Lc)/(λf·t)，所以能够获得相同于以往导热片与内外筒相连时的热传导性能。在上述混凝土筒状容器中，所述导热片大致呈“L”状，其形成所述分离部的一侧具有与所述内筒或所述外筒相对向的对向面。
采用上述结构，由于导热片大致呈“L”状，其形成所述分离部的一侧具有与内筒或外筒相对向的对向面，所以能够促进向安装有导热片的相反一侧的热传导。而且，导热片仅设置在内筒或外筒的其中一侧，由此可简化安装操作。
在上述混凝土筒状容器中，所述分离部的分离距离为a2时，满足以下关系，a2≤(2·λc·w2·Lc)/(λf·t)。式中λc为混凝土的热传导率(W/m·k)，Lc为混凝土屏蔽体的厚度(m)，λf为导热片的热传导率(W/m·k)，t为导热片的厚度(m)，w2为所述对向面在宽度方向上的长度(m)。
采用上述结构，由于分离部的分离距离为a2时，满足关系a2≤(2·λc·w2·Lc)/(λf·t)，所以能够获得相同于或者高于以往导热片与内外筒相连时的热传导性能。
在上述混凝土筒状容器中，所述导热片从筒端部看大致呈直线状。
采用上述结构，由于导热片呈直线状，所以导热片的制造简单，能够降低制造成本和减少工时。
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在上述混凝土筒状容器中，所述导热片对于所述屏蔽体的径向呈倾斜状态。
采用上述结构，由于导热片对于屏蔽体的径向呈倾斜状态，由此可更可靠地避免放射线的流出。
在上述混凝土筒状容器中，在所述导热片上形成开口部。
采用上述结构，由于在导热片上具有开口部，所以混凝土容易从开口部流通，使混凝土浇注更加容易。
本发明的另一种混凝土筒状容器，在金属材料的内筒及外筒之间设置由混凝土构成的屏蔽体，在内筒的内侧设置用于收纳放射性物质的收纳部；所述收纳部采用密闭结构以与筒状容器的外部隔绝，且所述屏蔽体采用包含金属材料且具有优良导热性能的混凝土。
采用上述结构，由于在金属材料的内筒及外筒之间设置了由混凝土构成的屏蔽体，在内筒的内侧设置用于收纳放射性物质的收纳部，所述收纳部采用了密闭结构以与筒状容器的外部隔绝，所述屏蔽体采用了包含金属材料且具有优良导热性能的混凝土，因此通过所包含的金属可提高热传导性能，而且在导热片与内筒或外筒之间的可设置分离部，从而抑制放射线的流出，并进一步提高混凝土的密度从而获得较高的γ射线屏蔽性能。
在上述混凝土筒状容器中，所述屏蔽体热传导率为4(W/m·k)或4(W/m·k)以上。
采用上述结构，由于屏蔽体热传导率为4(W/m·k)或4(W/m·k)以上，所以可获得充分的热传导性能，而且即使没有导热片也能获到充分的除热性能，由此可省去导热片从而简化混凝土筒状容器的结构。
在上述混凝土筒状容器中，所述屏蔽体，含有形状为颗粒状、粉末状、纤维状的至少一种的金属材料。
采用上述结构，由于屏蔽体含有形状为颗粒状、粉末状、纤维状的至少一种的金属材料，因此可提高热传导性能。
在上述混凝土筒状容器中，所述屏蔽体含有15mass％或15mass％以上的氢氧化物，该氢氧化物所保持的水分是熔点及分解温度高于100℃的结晶体。
采用上述结构，由于屏蔽体含有15mass％或15mass％以上的氢氧化物，且该氢氧化物所保持的水分是熔点及分解温度高于100℃的结晶体，因此可获得优异的中子线屏蔽性能，尤其是在100℃以上的高温环境下的优异的中子线屏蔽性能。
在上述混凝土筒状容器中，所述氢氧化物是对于水呈难溶或不溶性的氢氧化物。
采用上述结构，由于氢氧化物是对于水呈难溶或不溶性的氢氧化物，因此在与水泥经水合反应后的硬化体中，可确实地含有不会在100℃以上分解而放出水分的氢氧化物。
在上述混凝土筒状容器中，所述屏蔽体被密闭以与外气隔绝。
采用上述结构，由于屏蔽体被密闭而与外气隔绝，因此可防止混凝土材料与大气中的二氧化碳反应，使氢从混凝土中放出，从而抑制中子屏蔽性能的恶化。本发明的混凝土筒状容器的制造方法，包括混合形成所述屏蔽体的屏蔽体材料的混合工序，和将所混合的屏蔽体材料进行浇注的浇注工序；并且至少在上述任何一道工序中对屏蔽体材料进行真空除泡。
采用上述方法，由于包括混合形成所述屏蔽体的屏蔽体材料的混合工序，和将所混合的屏蔽体材料进行浇注的浇注工序；并且至少在上述任何一道工序中对屏蔽体材料进行真空除泡，因此可消除混凝土屏蔽体中的空隙，以获得屏蔽性能优异的混凝土筒状容器。
在上述混凝土筒状容器的制造方法中，在所述混合工序中，在混合搅拌机的混合室内对屏蔽体材料进行混合，同时通过真空泵对该混合室进行除气，从而对屏蔽体材料进行真空除泡。
采用上述方法，由于在混合工序中，在混合搅拌机的混合室内对屏蔽体材料进行混合，同时通过真空泵对该混合室进行除气，从而对屏蔽体材料进行真空除泡，因此在混合时可防止空气被卷入，从而消除混凝土屏蔽体中的空隙，以获得屏蔽性能优异的混凝土筒状容器。
在上述混凝土筒状容器的制造方法中，在所述浇注工序中，将在所述混合工序中所混合的屏蔽体材料浇注于所述内筒与所述外筒之间所形成的空间内，同时，通过真空泵对该空间进行除气，从而对屏蔽体材料进行真空除泡。
采用上述方法，由于在浇注工序中，将在混合工序中所混合的屏蔽体材料浇注于内筒与外筒之间所形成的空间内，同时通过真空泵对该空间进行除气，从而对屏蔽体材料进行真空除泡，因此在浇注混凝土时可防止空气被卷入，从而消除混凝土屏蔽体中的空隙，以获得屏蔽性能优异的混凝土筒状容器。
图1是表示本发明第1实施例中混凝土筒状容器的储存状态的局部剖切立体图。
图2(a)是第1实施例的混凝土筒状容器的纵截面图，(b)是横截面图。
图3是第2实施例的混凝土筒状容器的横截面图。
图4是第3实施例的混凝土筒状容器的横截面图。
图5是第4实施例的混凝土筒状容器的横截面图。
图6是第5实施例的混凝土筒状容器的横截面图。
图7是第6实施例的混凝土筒状容器的横截面图。
图8是第7实施例的混凝土筒状容器的横截面图。
图9是第8实施例的混凝土筒状容器的横截面图。
图10是第5实施例的容器的横截面局部放大图。
图11是比较对照例(历来技术)的结构中容器的横截面局部放大图。
图12是第3实施例的容器的横截面局部放大图。
图13是第4实施例的容器的横截面局部放大图。
图14是没有导热片的容器的横截面局部放大图。
图15是表示混凝土混合时真空除泡的结构例的图。
图16是表示混凝土浇注时真空除泡的结构例的图。
图17(a)是第5实施例的混凝土筒状容器的导热特性试验中试验体的纵截面图；(b)是横截面图。
图18(a)是表示导热片的内筒7侧形成分离部的示意图；(b)是表示导热片的外筒侧与外筒4分离，且在导热片上形成开口部的示意图；(c)是表示在第5实施例中导热片上形成有开口部的示意图；(d)是表示导热片的两侧与内筒和外筒连接时，导热片上形成有开口部的示意图。
具体实施方式
下面说明本发明的实施例。
首先对混凝土筒状容器的基本结构及该混凝土筒状容器中导热片的结构进行说明。图1是表示本发明第1实施例中混凝土筒状容器的储存状态的局部剖切立体图。图2(a)是第1实施例的混凝土筒状容器的纵截面图，(b)是横截面图。
图1及图2所示的第1实施例的混凝土筒状容器A，由有底无盖的筒状容器本体1与盖2构成。在该混凝土筒状容器A内有密封筒a。
容器本体1，是将混凝土制的容器3由碳钢制的外筒4、碳钢制的底盖5、碳钢制的厚度较厚的法兰以及碳钢制的内筒7覆盖而构成。在内筒7的内侧(容器本体1的内侧)，具有构成用于收纳上述密封筒a的收纳部。盖2是将混凝土制的盖构件8由碳钢制的厚度较厚的上部盖9以及碳钢制的下部盖10覆盖而构成。如图1及图2(b)所示，在容器3内，以与外筒4的内壁相连接的方式埋入设置有多个铜、碳素钢或铝合金制的导热片11。
而且，导热片没有必要在容器轴向的全长上设置，至少在放热必要的部分设置即可。例如在密封筒以下的部分就没有必要特别设置导热片。
通过在容器本体1上设置所述盖2，能够将内筒7的内侧的空间(收纳部)密闭，与混凝土筒状容器A的外部相隔绝。为了检测确认该密封，在盖2上装有密封监视装置(参照图1)。
密封筒a是由容器本体13与盖14所构成的密封容器，如图1所示，其内部填充有使用过的核燃料等放射性物质x。
如图2(b)所示，在内筒7与外筒4之间，沿周向等间隔地配置有多个为了促进由放射性物质x所放出的热向混凝土筒状容器A的外部排放的导热片11。各个导热片11都被形成为平板状(在横截面上呈“I”形状)，沿着容器3的径向呈放射状配置。各导热片11的外筒4侧的端部与该外筒4的内壁相连接，另一方面，内筒7侧的端部，设置有相对于该内筒7的外壁的分离部。即，导热片11的内侧的端部形成有缺口，对于内筒7隔开为适当的间隔。
而且，该缺口部分是贯通容器3的轴向全长的缺口，使导热片11与内筒7完全分离。
该第1实施例的结构是，即使是放射线有向导热片11的径向透过的倾向，但由于在导热片11与内筒7之间存在有分离部，所以必须通过分离部的混凝土3。这意味着能够提供一种在放射线有向径向泄漏倾向的情况下、必须通过作为屏蔽体的混凝土3的、放射线屏蔽性能优异的混凝土筒状容器A的结构。
该结构进而还具有容器本体1容易制造的优点。即，在制造容器本体1时，在预先形成内外筒4、7的基础上，在内外筒4、7之间的空间浇注新浇混凝土3。在这一点上，在专利文献2所示的历来的结构(图11所示的结构)中，在所有的每一个单元(即图11中由各导热片30所分割的空间)中都必须逐一地浇注为新浇混凝土3。但根据本实施例的结构，通过所述分离部使单元与单元之间连通，结果是即使新浇混凝土3的浇注场所只有一处，也能够使新浇混凝土3到达所有的单元，所以减少了制造工时。
而且，导热片11与内筒7完全分离，意味着内外筒4、7之间没有通过导热片11而连接。所以，可采用内筒7与外筒4预先分别制作，再在此基础上进行组装的工序。因此，在这种意义上，实施例1的结构对于制造工序时上也是有利的。
而且，以上所示的效果，对于以下所示的第2到第8实施例，也同样起作用。以下对各实施例加以说明。图3～图9是第2到第8实施例的混凝土筒状容器的横截面图。
具有图3所示横截面的第2实施例，是将各个导热片11′、其内筒7侧的端部连接于该内筒7的外壁。另一方面，将外筒4侧的端部对于该外筒4的内壁设置分离部而配置。即，导热片11′与上述第1实施例(图2(b))相反，对于外筒4分离配置。
具有图4所示横截面的第3实施例，是将各个导热片18的外筒4侧的端部连接于该外筒4的内壁，同时，内筒7侧的端部(对于内筒7形成分离部的一侧)以适宜的宽度垂直弯折成“L”字形。其结果是该弯折部分(折曲部)形成了与内筒7的外壁以适当间隔(分离部)对向的对向面。
具有图5所示横截面的第4实施例，是将各个导热片18′、其内筒7侧的端部连接于该内筒7的外壁，同时，外筒4侧的端部(对于外筒4形成分离部的一侧)以适宜的宽度垂直弯折成“L”字形。其结果是该弯折部分(折曲部)形成了与外筒4的外壁以适当间隔(分离部)对向的对向面。
以上所示的第3、第4实施例，由于导热片18、18′具有弯折部，所以能够确保导热片18、18′对于内筒7或外筒4具有大的对向面积。其结果是能够得到促进导热、冷却性能优异的混凝土筒状容器A。
具有图6所示横截面的第5实施例，第1导热片21与第2导热片22在容器3的周向等间隔交互配置而构成。
第1导热片21，其外筒4侧的端部与该外筒4的内壁相连接，而内筒7侧的端部具有对于该内筒7的外壁形成分离部的缺口。第2导热片22，其内筒7侧的端部与该内筒7的外壁相连接，而外筒4侧的端部具有对于该外筒4的外壁形成分离部的缺口。一方的导热片(21或22)插入相邻的另一方的导热片(22或21)之间而配置。其结果是，第1导热片21与第2导热片22在容器3的径向具有重复(交叠部)部分。
该第5实施例，由于在第1导热片21与第2导热片22之间设置有交叠部，所以具有促进两导热片21、22之间的导热、冷却效果优异的优点。而且，与第1、第2实施例同样，由于第1导热片21与第2导热片22被形成为没有弯折部分的平板状(所谓直线形)，所以不需要对导热片21、22进行弯折加工，具有能够减少加工工时的优点。
具有图7所示横截面的第6实施例，是第1实施例的导热片11分别从容器3的径向倾斜规定角度的结构(符号11b)。而且，虽然未图示，但第2实施例的导热片11′，同样地也可以考虑分别从径向倾斜规定角度的结构。
具有图8所示横截面的第7实施例，是在第3实施例的各个导热片18中，使沿容器3径向的部分(上述弯折部以外的部分)从容器3的径向倾斜规定角度的结构(符号18b)。而且，虽然未图示，第4实施例的导热片18′的沿径向的部分，同样地也可以考虑分别从径向倾斜规定角度的结构。
具有图9所示横截面的第8实施例，是第5实施例的第1导热片21、第2导热片22分别从径向倾斜规定角度的结构(符号21b、22b)。
上述第6～第8实施例，由于在不沿着从放射性物质x的放射线的放射方向(容器3的径向)、而以倾斜的状态配置所述导热片(11b、18b、21b、22b)，所以具有能够进一步可靠地抑制放射线的径向流出的效果。
下面对第5实施例中所示的将导热片21、22被安装为交互的锯齿状的情况、混凝土筒状容器的热传导性(除热性能)加以说明。图10是第5实施例的容器的横截面的局部放大图。图11是比较对照例(现有技术)结构的容器的横截面的局部放大图。
首先，一般关于热传导的式子，众所周知可由以下的[A]式表达。
Q＝λ×S×ΔT/L [A]式中λ热传导物质的热传导率(W/m·K)；S热传导物质的传热通过面积(与热流束的方向垂直的导热面积)(m2)；ΔT内外筒温度差(K)；L导热通过的距离(m)而且，在导热片21、22有不连续部的本发明的上述第5实施例中，设λc混凝土屏蔽体3的热传导率(W/m·K)，Sc导热片21、22交叠区域(以下称“交叠部”)中混凝土屏蔽体3的传热通过面积(m2)，Tif交叠部中内筒7侧的导热片22的温度(K)；Tof交叠部中外筒4侧的导热片21的温度(K)，a交叠部中两导热片21、22之间的距离(m)，并将λ＝λc、S＝Sc、ΔT＝Tif-Tof、L＝a分别代入上式[A]，则得到两导热片之间的热传导量QI为QI＝λc×Sc×(Tif-Tof)/a [C]接着，作为与此比较的对照例，考虑内外筒4、7由导热片30直接连接的结构(上述专利文献2中公开的、如图11所示的结构)。在这种情况下，设λf导热片30的热传导率(W/m·K)，Sf导热片30的导热通过面积(m2)，Tis内筒7的温度(K)，Tos外筒4的温度(K)，Lc混凝土屏蔽体3的厚度(m)，将λ＝λf、S＝Sf，ΔT＝Tis-Tos，L＝Lc分别代入上式[A]，可以得到这种结构中内外筒之间的导热量Qp。
Qp＝λf×Sf×(Tis-Tos)/Lc [B]这里，在上述第5实施例的结构中混凝土区域的导热性能(QI)，与内外筒4、7由导热片30直接连接的结构的导热性能(Qp)相比，某种程度不可避免地有所恶化，但通过增加导热片21、22的片数的补偿，仍可以确保作为混凝土筒状容器A所必要的导热性能(除热性能)。
但是，由于导热片21、22的设置也受到空间的限制，所以能够补偿的导热性能也是有限度的。所以，可以考虑本实施例的混凝土区域的导热量QI的限度，是内外筒4、7由导热片30直接连接的结构的导热量Qp的二分之一。所以，只要满足了以下条件，Qp×0.5≤QI [D]就可以认为能够如上所述有效地避免放射线的流出，并能获得现实中可达到所要求的导热性能的混凝土筒状容器4。
由以上的结果，将上式[B]、[C]代入式[D]，可以得到，(λf×Sf×(Tis-Tos)/Lc)×0.5≤λc×Sc×(Tif-Tof)/a [E]这里，在图11的比较对照例中，导热片30在容器3的轴向同样安装的情况下，有下式成立，Sf＝t×M [F]式中M是容器3的轴向上导热片30长度。
而且，在第5实施例中，在导热片21、22在容器3的轴向同样交叠的情况下(无论在容器3的轴向的哪个位置横截，都能同样地示出图10的横截面)，有下式成立，Sc＝w×M [G]式中w是第1、第2导热片21、22的交叠区域的长度。
进而，在导热片(21、22、30)的热传导率与混凝土屏蔽体3相比充分大的情况下，可以近似为，Tis-TosTif-Tof[H]所以，将上述[F]～[H]的关系式代入式[E]，可简化为以下的式[I]，(λf×t)/Lc×0.5≤(λc×w)/a [I]由式[I]可以得到本发明之3的式子。
上式[I]表明，第5实施例中交叠部的混凝土导热区域的导热性能(QI)，是比较对照例的结构、即由导热片30将内外筒4、7直接连接的结构的导热性能(Qp)的0.5倍以上即可(Qp×0.5≤QI)。
但是，从制造成本及工时等观点看，即使是在第5实施例中，也最好是避开导热片21、22的设置片数的增多。另外，进而希望上述导热性能QI能够是内外筒4、7由导热片30连接的结构时的性能Qp的同等以上(Qp≤QI)。将上式[F]～[H]代入该式，可以得到以下的式[J]，(λf×t)/Lc≤(λc×w)/a [J]使上式[J]左右相等，即使上述导热性能QI和Qp相等，就可计算出w(导热片的交叠宽度)和a(导热片在交叠部的间距)。
下例为代入的具体数值和所得的关系式λf＝392.0W/(m·K) (采用铜导热片)λc＝1.37W/(m·K) (混凝土材料)Lc＝0.855mt＝0.006m将上述数值代入上式[J]中，即可获得下式w＝2.0a [J-1]从上式[J-1]可以看出，导热片的交叠量(w)可以设定为交叠部间距(a)的2倍。
因此，根据以下的尺寸组合，从中选择在浇注混凝土时不阻碍其流动性的适宜尺寸即可。
w(mm) a(mm)20 1040 2060 3080 40100 50120 60141 70161 80181 90201 100另外，Lc以及t的数值因时而定，上述数值仅为一例。
接着，对第3实施例中安装了“L”字形的导热片18的情况下混凝土筒状容器A的导热性能(除热性能)加以说明。图12是第3实施例的容器的横截面的局部放大图。
如该第3实施例所示，在导热片18设置于外筒4侧的情况下的导热性能(QI1)，与上式[D]的考虑方法同样，由Qp×0.5≤QI1，必须满足以下的式[K]，(λf×Sf×(Tis-Tos)/Lc)×0.5≤λc×Sc×(Tis-Tof)/a [K]式中Sc导热片18的前端弯折部与内筒7之间区域内混凝土的导热通过面积(m2)；Tof导热片18的面向内筒7区域(所述弯折部)的温度(K)；a导热片18的面向内筒7区域(所述弯折部)与内筒7之间的距离(m)。
其它参数的定义与上述第5实施例及上述比较对照例中参数的定义完全相同。
这里，在导热片(18、30)的热导导率与混凝土屏蔽体相比充分大的情况下，下式[L]成立。
Tis-TosTis-Tof[L]另外，在第3实施例的导热片18同样配置在轴向的情况下，有式[M]成立，Sc＝w×M [M]式中w是导热片18的弯折部(与内筒7的外壁相对向的部分)的长度。即，w意味着所述对向面宽度方向上的长度。
所以，上式[K]可以简化为，((λf×t)/Lc)×0.5≤(λc×w)/a [N]由该式[N]，可以得到本发明之5中的式子。
而且，由于能够减少导热片18的数目，所以与上式[J]的考虑方式相同，希望能够从Qp≤QI1满足下式，(λf×t)/Lc≤(λc×w)/a [O]接着，对第4实施例中在内筒7侧安装了“L”字形的导热片18′的情况的混凝土筒状容器的导热性能(除热性能)加以说明。图13是第4实施例的容器的横截面的局部放大图。
如该第4实施例(图13)所示，在导热片18设置于内筒7侧的情况下的导热性能(QI2)，与上式[D]的考虑方法同样，由Qp×0.5≤QI2，必须满足以下的式[P]，(λf×Sf×(Tis-Tos)/Lc)×0.5≤λc×Sc×(Tif-Tos)/a [P]式中Sc导热片18′的前端弯折部与外筒4之间区域内混凝土的导热通过面积(m2)；Tif导热片18′的面向外筒4区域(上述弯折部)的温度(K)；a导热片18′的面向外筒4区域(上述弯折部)与外筒4之间的距离(m)。
其它参数的定义与上述第5实施例及上述比较对照例中参数的定义完全相同。
这里，在导热片(18′、30)的热导导率与混凝土屏蔽体相比充分大的情况下，有下式[Q]成立。
Tis-TosTif-Tos[Q]另外，在第4实施例的导热片18′同样地配置在轴向的情况下，有式[R]成立，Sc＝w×M [R]式中w是导热片18′的弯折部(与外筒4的外壁相对向的部分)的长度。
所以，上式[K]可以简化为，((λf×t)/Lc)×0.5≤(λc×w)/a [S]该式[S]是与上式[N]同样的式子，由该式[S]可以得到本发明之5的式子。
而且，由于能够减少导热片18′的数目，所以与上式[J]的考虑方法相同，希望能够从Qp≤QI2满足下式。
(λf×t)/Lc≤(λc×w)/a [T]接着，对没有导热片的混凝土筒状容器的导热性能(除热性能)加以说明。图14是没有导热片的容器的横截面的局部放大图。
在图14中，假定在内外筒4、7之间存在有径向的导热片31，设夹持该导热片31的一个节距间隔的混凝土屏蔽体3区域的宽度为w，再设，Lc混凝土屏蔽体3的厚度(m)，a假想导热片31的半径方向的长度(m)，λc混凝土屏蔽体3的热传导率(W/m·K)，λf假想导热片31的热传导率(W/m·K)，t假想导热片31的厚度(m)，w夹持假想导热片31的一个节距间隔的混凝土屏蔽体3区域的宽度(m)，于是，作为上式[N]、[S]的特例，有，Lc＝a [U]所以有式[V]成立。
λf×t≤λc×w [V]该式[V]意味着如果使用具有能够满足该式关系的热传导率的混凝土，(即使没有历来所不可缺少的导热片)也能够设计具有充分除热性能的混凝土筒状容器。
接着，假定具体的混凝土筒状容器的设计结构，求出即使没有导热片也能够使除热设计成立的混凝土屏蔽材料的热传导率。在上述的式[A](Q＝λ×S×ΔT/L)中，将认为能够使除热性能成立的筒状容器的尺寸、发热量、以及内外筒的温度差代入。这些值可以预先由实验等得到，具体为，内部发热量Q＝14Kw，内筒7与外筒4的温度差ΔT＝50K，屏蔽体的厚度L＝Lc＝0.35m，内筒7的内径D＝1.6m发热区域的轴向长度M＝3.7m。
这里，关于导热通过面积S，考虑了将屏蔽体3在径向2等分的假想圆筒，认为该周面的面积是平均导热通过面积。而且，为了将计算简化，忽略内外筒4、7的厚度，假想圆筒的直径为D+Lc。所以有，S＝π(D+Lc)×M＝π(1.6+0.35)×3.7＝23(m2)将这些数值代入式[A]，可得λ＝14000/23/50×0.35＝4.3(W/m·K)。即，由该计算例可知，只要准备了热传导率至少在约4W/m·K以上的混凝土屏蔽体，即使是没有导热片，也能够发挥与具有导热片的历来类型的混凝土筒状容器同等的除热性能。
作为具有上述所示热传导特性优异的混凝土材料，可以通过混合入热传导特性优异的铜或铜合金的粉末、纤维、块等来实现。而且，关于这种混凝土材料，除了增强其热传导特性之外，从(对于屏蔽γ射线有效)提高其密度的观点出发，添加含有铁、铜、钨等的金属材料或化合物也是有效的。
作为到现在为止所叙述的导热片(11、11′、18、18′、21、22)，是由铜或铜合金制成，这是由于其热传导性优异、且在混凝土的碱性环境下耐腐蚀特别好的原因。但是，在密封容器a内部所插入的放射性物质x的发热量比较小的情况下，没有必要使用铜或铜合金，也可以使用铁类的材料。作为热传导性优异的材料，还可以列举出铝及铝合金，但由于这些材料容易在碱性环境中溶解，所以难以与混凝土混合使用。但是，如果对其表面施以电镀或阳极氧化处理等，就可以作为混凝土筒状容器的导热片而使用。
由于本结构的混凝土筒状容器A不是在与密封容器a之间通气的结构(专利文献1中所示的结构)，所以混凝土材料很可能处在100℃以上的高温中。在这样的环境下，混凝土材料中所含有的自由水被放出，结果是使(对中子屏蔽有效的)氢的含量下降，可能会使中子屏蔽性下降。为了防止这一现象，本混凝土筒状容器A中所使用的混凝土材料，不是通过自由水来保持氢，而是通过混合保持结晶体的水分(氢)的氢氧化物，来保持所必要的氢的含量。在这种情况下，即使混凝土的温度超过100℃，但只要是未达到氢氧化物的分解温度(分解压力达到1atm的温度)以及熔点，就可含有中子屏蔽所必要的氢含量，从而维持混凝土的性能。在混凝土材料中含有15mass％或15mass％以上的氢氧化物较为理想。
作为熔点及分解温度高于100℃，即，在100℃时不分解为水的氢氧化物，有Ca、Sr、Ba、Ra的碱土类金属及同族的Mg等氢氧化物。这样的氢氧化物混合入硬化体中，能够以保持结晶水的方式来保持水分(氢)，并具有优异的中子屏蔽性能。例如，氢氧化钙的分解温度为580℃，氢氧化钡的熔点为325℃、分解温度为998℃，所以至高温区域能够保持水分(氢)。除上述之外，作为组成物乃至混合入硬化体的氢氧化物，还有氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化镧、氢氧化铬、氢氧化锰、氢氧化铁、氢氧化钴、氢氧化镍、氢氧化铜、氢氧化锌、氢氧化铝、氢氧化铅、氢氧化金、氢氧化铂、氢氧化铵等。而且，作为氢氧化物，希望对于水是难溶性或不溶性，通过添加这样的氢氧化物，在与水泥的水合反应后的硬化体中，能够确实含有在100℃以上也不会分解而放出水分的氢氧化物。在组合物中混合的氢氧化物，以在20℃时100g纯水中的溶解量在15g或15g以下较为理想，在5g或5g以下则更为理想，在1g或1g以下则最为理想。上述碱土类金属以及与其同族的金属镁的氢氧化物，从溶解度上讲是优异的。例如，钙、锶、及镁的氢氧化物的上述溶解量在1g或1g以下，钡的氢氧化物的上述溶解量在5g或5g以下。而且，在这些氢氧化物中，钙、及镁的氢氧化物，由于钙、及镁的原子量小，故作为氢氧化物的含氢量的比例高，因此对于提高中子屏蔽性能特别有效。另外，氢氧化钙中所含有的钙，是硅酸盐水泥的主要成分，而且，由于氢氧化钙是通常的水泥的水合反应中所生成的物质，所以，在上述氢氧化物中，最希望的是氢氧化钙。
如上所述，在本混凝土材料中含有氢氧化物，由此能够确保所必要的氢含量。但是，由于有上述氢氧化物与空气中的二氧化碳反应分解而放出水的情况，所以必须与大气隔绝。例如，以氢氧化钙的情况为例，与大气中存在的二氧化碳反应，最终形成碳酸钙并从结晶中放出水分(氢)，长期这样，有中子屏蔽性能下降的危险。该反应由以下的化学方程式表示。
为了防止这个反应，在本实施例中，作为混凝土筒状容器的结构，在由碳钢、不锈钢等构成的内筒7、外筒4、法兰、及底板所组成的密闭空间内设置本混凝土材料。
而且，这里所谓的“密闭”，是意味着含有二氧化碳的外部气体与混凝土硬化体(上述混凝土屏蔽体3)不相接触，即使是在外筒4等上设置为了安全而将混凝土筒状容器A的使用期间所发生的气体向外部排放的泄漏阀，也不会失去上述意义的“密闭”。
进而，通过由吸附剂等将二氧化碳的吸附，而构成混凝土硬化体与二氧化碳不接触的结构，从而实质上达到上述意义上的“密闭”。
接着，对混凝土筒状容器A制造时混凝土的除泡加以说明。
即，在混凝土的混合及浇注时，由于空气的卷入而在内部形成空隙的可能性很高。在由这样的混凝土构成上述容器3的情况下，如果有上述空隙，这种状态就会成为屏蔽体的缺陷区域，所以从防止放射线流出的观点出发是不希望的。因此，在混合或浇注时最好采用真空除泡的方法。图15是表示混凝土混合时真空除泡的结构例的图。图16是表示混凝土浇注时真空除泡的结构例的图。
作为混合时真空除泡的方法，有将罐式搅拌器、螺旋或桨状混合机等混合搅拌机的混合室作为密封结构、并在该结构上设置真空泵进行除泡的方法。
图15表示了混凝土混合时真空除泡的结构例。在该图15中，符号61是罐式的混凝土搅拌器，在罐的内部构成混合室。在该罐上，以在开口部61a上可装拆的方式设置有圆板状的真空法兰62。真空法兰62，具有适宜的密封结构，能够对上述开口部61a进行覆盖而保持密封。其结果是能够达到罐内的密闭。在真空法兰62一侧的面上形成有空气吸引口(图示略)。在将真空法兰62安装于混凝土搅拌器61上时，上述空气吸引口连接于罐内部的空间。
在真空法兰62的另一侧的面的中心，凸出设置有凸台部，在该凸台部上形成有连通口63。连通口63，通过在真空法兰62内部的空间所形成的适宜的路径与上述空气吸引口相连接。在连通口63中安装内有软管65的一端。为了防止该软管65的扭曲，在对于连通口63的连接处装有旋转接头64。软管65的另一端，连接于真空泵66的吸引侧。
在以上的结构中，虽然混凝土会因在罐内的混合而卷入气泡，但通过与混合操作并行的驱动真空泵66而对上述混合室内进行除气，上述气泡能够通过软管65而吸引排出，实现混凝土的除泡。
图16表示了混凝土浇注时真空除泡的结构例。在该图16中，在内外筒4、7的上部，设置有可以密封的盖68。在该盖上的多处设置有混凝土的浇注口69，同时形成吸引口70。吸引口70，通过适宜的管71连接于真空泵72。符号73所表示的是用于供给混凝土的配管。
在该结构中，在混凝土浇注时，新浇混凝土由浇注口69流入内外筒4、7之间的空间内，同时，通过驱动真空泵72对内外筒4、7之间的空间进行除气。其结果是实现混凝土的除泡。
而且，在本实施例的结构中，由于不是由导热片(11等)将内外筒4、7完全隔开，所以如上所述，新浇混凝土可以从一个单元向其它单元流通。其结果是，如图16所示，能够使浇注口69的设置个数减少至几处。
而且，如图18(a)所示，当导热片与内筒或外筒之间只有局部形成了分离部，即仅在容器3的轴向局部地形成分离部，也同样能够提高上述浇注的容易性。另外，如图18(b)所示，除上述分离部外，还可在导热片181上设置贯通孔(开口部181c)，或者在导热片上设置贯通孔(开口部)来取代上述分离部(参照图18)，则混凝土能够通过该贯通孔而流出，由此提高浇注的容易性。开口部的形状、数目及配置，与上述导热性能相兼顾而适当地予以设置。例如，如图18(c)所示，在将上述第5实施例中导热片21、22配置为错开的形状时，从将导热性能的低下控制得很小的观点出发，希望在避开两导热片21、22的交叠部的区域设置上述开口部182C1、182C2。另外，如图18(d)所示，当内外筒4、7之间不存在分离部时，只要在被固定的导热片183上设置开口部183C1、183C2即可。此时与图18(a)、(b)、(c)相同、开口部的形状、数目及配置，与上述导热性能相兼顾而适当地予以设置。并且上述开口部的实施形态可将上述的各种形态予以组合。
接着，对混凝土筒状容器的导热性能的验证实验加以说明。图17(a)是第5实施例的混凝土筒状容器的导热性能实验中试验体的纵截面图；(b)是横截面图。
在图17中，出示了在该验证实验中所使用的导热试验体C。导热试验体C相当于第5实施例中混凝土筒状容器的容器本体1的切出筒状部分的部分，设置有上述内外筒4、7以及混凝土屏蔽体3。如图17(a)所示，导热试验体C的轴向两端面由绝热材料80、80所覆盖。
在内筒7的内部也设置有绝热材料81。在绝热材料81与内筒7之间形成有适当厚度的圆筒状间隙，在该间隙部分设置有用于加热的加热器82。但是，在图17(b)中，省略了对绝热材料81与加热器82的图示。
在这样的图17的结构中，以加热器的输出为2.1kW实施了导热试验。而且，在与此相同的条件下进行了导热解析，与导热试验的结果进行了比较。这里，w＝90mm，a＝38mm。
表1中表示了用于导热试验的混凝土材料的配合组成。而且，该试验体中所使用的材料在表2中予以表示。
表1用于导热试验的混凝土材料的配合组成
表2试验体的材料和热物性值
由这些尺寸与物性值计算(λf×t)/Lc、(λc×w)/a，得到，(λf×t)/Lc＝3.1(W/m·K)(λc×w)/a＝3.3(W/m·K)可以判明能够满足上式(T)，即(λf×t)/Lc≤(λc×w)/a表3表示了导热试验的结果与导热解析的结果。
表3导热试验的结果与导热解析的结果
其结果是，无论根据导热试验还是导热解析，内筒与外筒的温度差都为20℃左右，二者的结果非常一致。另一方面，由本试验模型计算的在导热片与内外筒相连的历来的结构的情况下、内筒与外筒之间的温度差约为20℃，确认了与本发明的混凝土筒状容器的导热试验结果与导热解析的结果同等。由以上验证了本发明的混凝土筒状容器的导热(除热性能)是充分的。
以上说明了本发明的8个实施例以及图18(a)、(b)、(c)、(d)所示的形态，但本发明并不限于以上的实施例的结构，在不超出本发明要旨的范围内，可以进行各种变更。例如，在上述第1实施例中，以收纳部内的密封容器中收纳有放射性物质的混凝土筒状容器为例进行的说明，但本发明也可以适用于在篮筐中收纳有放射性物质的混凝土筒状容器。
另外，在上述实施例中，导热片(11等)是沿着容器3的轴向、呈放射状地安装的。但也可以将导热片形成与容器的轴向垂直的扇形并与内外筒4、7交互，在确保热传导所必要的交叠区域的同时，在轴向以等间隔安装的结构(上述第5实施例的变形例)。
另外，在具有上述扇形形状的导热片结构的情况下，在浇注混凝土而卷入气泡时，存在与导热片接触而使其难以除去的问题。为了解决这样的除泡困难的问题，可以在导热片的周缘部安装位置的上部增加倾斜度，或使导热片倾斜为螺旋状。
权利要求
1.一种混凝土筒状容器，其特征在于，具有金属材料的内筒、金属材料的外筒、设置在上述内筒与上述外筒之间的由混凝土构成的屏蔽体、设置在上述内筒与上述外筒之间的导热片、以及形成在上述内筒的内侧，用于收纳放射性物质的收纳部；所述收纳部采用密闭结构，以与筒状容器的外部隔绝，所述导热片，其内筒侧部分与所述内筒连接，其外筒侧部分的至少一部分与所述外筒之间形成分离部，或者其外筒侧部分与所述外筒连接，其内筒侧部分的至少一部分与所述内筒之间形成分离部。
2.根据权利要求
1所述的混凝土筒状容器，其特征在于所述导热片的其中一侧与所述内筒或着外筒完全分离以形成分离部。
3.根据权利要求
2所述的混凝土筒状容器，其特征在于至少具有与所述外筒连接的第1导热片和与所述内筒连接的第2导热片，所述第1导热片与第2导热片相互交叠，且在交叠部分，两导热片相距一定的间隔。
4.根据权利要求
3所述的混凝土筒状容器，其特征在于所述两导热片的交叠部分的长度为w1，且两导热片在交叠部分的间距为a1时，满足以下关系a1≤(2·λc·w1·Lc)/(λf·t)式中，λc混凝土的热传导率(W/m·k)Lc混凝土屏蔽体的厚度(m)λf导热片的热传导率(W/m·k)t导热片的厚度(m)。
5.根据权利要求
2所述的混凝土筒状容器，其特征在于所述导热片大致呈“L”状，其形成所述分离部的一侧具有与所述内筒或所述外筒相对向的对向面。
6.根据权利要求
5所述的混凝土筒状容器，其特征在于所述分离部的分离距离为a2时，满足以下关系，a2≤(2·λc·w2·Lc)/(λf·t)式中λc混凝土的热传导率(W/m·k)Lc混凝土屏蔽体的厚度(m)λf导热片的热传导率(W/m·k)t导热片的厚度(m)w2所述对向面在宽度方向上的长度(m)。
7.根据权利要求
2所述的混凝土筒状容器，其特征在于所述导热片从筒端部看大致呈直线状。
8.根据权利要求
1～6中任意一项所述的混凝土筒状容器，其特征在于所述导热片对于所述屏蔽体的径向呈倾斜状态。
9.根据权利要求
1～6中任意一项所述的混凝土筒状容器，其特征在于在所述导热片上形成开口部。
10.一种混凝土筒状容器，其特征在于，包括金属材料的内筒、金属材料的外筒、设置在上述内筒与上述外筒之间的由混凝土构成的屏蔽体、和形成在上述内筒的内侧，用于收纳放射性物质的收纳部；所述收纳部采用密封结构，以与筒状容器的外部隔绝，所述屏蔽体采用包含金属材料且具有优良导热性能的混凝土。
11.根据权利要求
10所述的混凝土筒状容器，其特征在于上述屏蔽体的热传导率为4(W/m·k)或4(W/m·k)以上。
12.根据权利要求
1或10所述的混凝土筒状容器，其特征在于所述屏蔽体中含有形状为颗粒状、粉末状、纤维状的至少一种的金属材料。
13.根据权利要求
1或10所述的混凝土筒状容器，其特征在于所述屏蔽体，，含有15mass％或15mass％以上的氢氧化物，该氢氧化物所保持的水分是熔点及分解温度高于100℃的结晶体。
14.根据权利要求
13所述的混凝土筒状容器，其特征在于所述氢氧化物是对于水呈难溶或不溶性的氢氧化物。
15.根据权利要求
1或10所述的混凝土筒状容器，其特征在于所述屏蔽体被密闭以与外部气体隔绝。
16.一种混凝土筒状容器的制造方法，用于制造权利要求
1～15中任意一项所述的混凝土筒状容器，其特征在于包括混合形成所述屏蔽体的屏蔽体材料的混合工序，和将所混合的屏蔽体进行浇注的浇注工序；并且至少在上述任何一道工序中对屏蔽体材料进行真空除泡。
17.根据权利要求
16所述的混凝土筒状容器的制造方法，其特征在于在所述混合工序中，在混合搅拌机的混合室内，对屏蔽体材料进行混合，同时通过真空泵对该混合室进行除气，从而对屏蔽体材料进行真空除泡。
18.根据权利要求
16或17所述的混凝土筒状容器的制造方法，其特征在于在所述浇注工序中，将在所述混合工序中所混合的屏蔽体材料浇注于所述内筒与所述外筒之间所形成的空间内，同时通过真空泵对上述空间进行除气，从而对屏蔽体材料进行真空除泡。
专利摘要
一种混凝土筒状容器(A)，在金属材料的内筒(7)及外筒(4)之间设置有由混凝土构成的屏蔽体(3)和金属材料的导热片(11)，在内筒(7)的内侧设置有用于收纳放射性物质(x)的收纳部。所述收纳部采用与筒状容器(A)的外部隔绝的密闭结构。所述导热片(11)，其外筒(4)侧部分与所述外筒(4)连接，其内筒(7)侧部分的至少一部分不与所述内筒(7)连接以形成分离部。由此，能够得到除热性能保持在或高于以往的装置、且放射能不向外部泄漏的密闭型混凝土筒状容器。
文档编号G21C19/32GKCN1519864SQ200410002582
公开日2004年8月11日 申请日期2004年1月30日
发明者下条纯, 谷内广明, 杉原丰, 大胁英司, 畑明仁, 平川胜彦, 宫原茂祯, 司, 彦, 明, 祯 申请人:株式会社神户制钢所, 大成建设株式会社导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan