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オーバーパック設計の考え方

Design concepts for overpack

本間 信之*; 千葉 恭彦*; 棚井 憲治

not registered; not registered; Tanai, Kenji

本報では、高レベル放射性廃棄物の地層処分の人工バリアを構成する要素のうち、オーバーパックについて、第2次とりまとめにおいて提示した炭素鋼オーバーパックの仕様例に対する設計の考え方を中心に、複合オーバーパックの概念の紹介も含め、設計要件、構造設計、製作性および検査性の観点から検討を行った結果を報告するものである。まず、人工バリアの構成要素としてのオーバーパックに求められる設計要件および設計の前提条件をまとめた。候補となる炭素鋼材料については、一般に鍛鋼、鋳鋼、圧延鋼などが用いられるが、軽水炉の圧力容器等にも使用実績の豊富な鍛鋼を選定した。次に炭素鋼オーバーパックについて、処分後に想定される荷重条件の設定を行い、耐圧厚さを決定した。加えて、腐食量の検討から想定寿命期間中の腐食厚さを求め、さらに、腐食に影響を及ぼす地下水の放射線分解防止のためのガラス固化体からの放射線の遮へいに必要な厚さを検討したうえで、オーバーパックの必要板厚を求め、炭素鋼オーバーパックの仕様例として提示した。板厚は190mmとなり、第1次取りまとめ時(平成3年)に設定した仕様と比較して、30%の低減となった。また、オーバーパックを実際に製作し、操業時の利用に当たり考慮されるべきいくつかの点、すなわちガラス固化体の封入、本体および封入溶接部の検査、ハンドリング機構等について、現状の技術をベースに検討を行い、検討すべき課題の抽出と今後の見通しをまとめた。複合オーバーパックの概念については、炭素鋼オーバーパックとの設計の考え方の相違点を中心に紹介した。最後に、今後のオーバーパックの研究開発において検討されるべき課題およびその見通しをまとめた。

This paper reports on the design process for a carbon-steel overpack as a key component in the engineered barrier system of a deep geological repository described in the 2nd progress report. The results of the research and development regarding design requirements, configuration, manufacturing and inspection of overpack are also described. The concept of a composite overpack composed of two different materials is also considered. First, the design requirements for an overpack and presume environmental and design conditions for a repository are provided. For a candidate material of carbon steel overpack, forging material is selected considering enough experience of using this material in nuclear power boilers and other components. Second, loading conditions after emplacement in a repository are set and the pressure-resistant thickness of overpack is calculated. The corrosion thickness to achieve an assigned 1000 year life time and the required thickness to prevent radiolysis of ground water which might enhance corrosion rate are also determined. As aresult, the total required thickness of a carbon-steel overpack is conservatively estimated to 190 mm. This is a reduction of about 30% from the previous estimate provided in the 1st Progress Report. Additional items that must be considered in manufacturring and operating overpacks (i.e. sealing of vitrified waste, examination of main body and sealing welding, mechanism of handling) are evaluated on the basis of current technology, specific future data needs are identified. With respect to the concept of composite overpack (i.e., an outer vessel to provide corrosion-allowance or corrosion-resistant performance and an inner vessel to provide pressure-resistance), the differences in design concepts between the carbon-steel overpack and such composite overpacks are analyzed. Future data needs and analytical capabilities with respect to overpacks are also summarized.

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