報告書番号

N09

タイトル（和文）

使用済燃料のコンクリートキャスク貯蔵技術の開発・評価

タイトル（英文）

Development of Concrete Cask Storage Technology for Spent Nuclear Fuel

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

使用済燃料貯蔵需要は、再処理設備利用率に応じて、2050年までに約10,000～25,000トンであり、コンクリートキャスク等により、柔軟な対処が可能である。経済性や調達のリスク管理の観点から、米国等で実用化しているコンクリートキャスク貯蔵の実用化が、我が国でも期待されている。当所では、実物大コンクリートキャスクを用いた確証試験等を行ってきた。通常時・事故時の除熱性能を確証し、通常時の解析手法を確立した。コンクリートキャスクの給排気口からの放射線に着目した、遮へい性能を試験により、確認した。キャニスタの落下事故時の破壊靱性の観点から、構造健全性を確認した。また、伝熱試験により、温度応力によるコンクリートのひび割れは、健全性に問題のないことを確認した。固縛をしないコンクリートキャスクの耐震試験を実施し、転倒することなく、内部の使用済燃料集合体も健全性を維持することを確認した。コンクリートキャスクは40～60年間の長期健全性が要求される。実物の使用済燃料を15年間貯蔵したコンクリートキャスクの現地調査により、健全性を確認した。ステンレス鋼製キャニスタの応力腐食割れについて、材料因子は、高耐食性ステンレス鋼の採用で克服でき、環境因子は、貯蔵建屋に流入する気中塩分の低減により緩和できることを示した。また、実サイトの気中塩分濃度から、キャニスタ表面に付着する塩分濃度の経年変化の推定を可能にした。さらに、万が一、キャニスタの閉じ込め性能が損なわれた場合を検知する手法を開発した。20年間、乾式保管した使用済燃料被覆管を用いた試験により、貯蔵期間中の被覆管中の水素の移動は少なく、被覆管の健全性に与える水素の影響は小さい事を示した。コンクリートキャスクの実用化に必要な知見は概ね整備された。残された課題は、さらに経済的・合理的なキャニスタの応力腐食割れ対策技術の開発である。

概要 （英文）

Need of spent fuel storage in Japan is estimated as 10,000 to 25,000 t by 2050 depending on reprocessing. Concrete cask storage is expected due to its economy and risk hedge for procurement. The CRIEPI executed verification tests using full-scale concrete casks. Heat removal performances in normal and accidental conditions were verified and analytical method for the normal condition was established. Shielding performance focus on radiation streaming through the air outlet was tested and confirmed to meet the design requirements. Structural integrity was verified in terms of fracture toughness of stainless steel canister for the cask of accidental drop tests. Cracking of cylindrical concrete container due to thermal stress was confirmed to maintain its integrity. Seismic tests of concrete cask without tie-down using scale and full-scale model casks were carried out to confirm that the casks do not tip-over and the spent fuel assembly keeps its integrity under severe earthquake conditions. Long-term integrity of concrete cask for 40 to 60 years is required. It was confirmed using a real concrete cask storing real spent fuel for 15 years. Stress corrosion cracking is serious issue for concrete cask storage in the salty air environment. The material factor was improved by using highly corrosion resistant stainless steel. The environmental factor was mitigated by the development of salt reduction technology. Estimate of surface salt concentration as a function of time became possible. Monitoring technology to detect accidental loss of containment of the canister by the stress corrosion cracking was developed.
Spent fuel integrity during storage was evaluated in terms of hydrogen movement using spent fuel claddings stored for 20 years. The effect of hydrogen on the integrity of the cladding was found negligible. With these results, information necessary for real service of concrete cask was almost prepared. Remaining subject is to develop more economical and rational technology for stress corrosion cracking of canister.

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