銅-炭素鋼 複合オーバーパックの試作

Trial manufacturing of copper-carbon steel composite 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一つであるオーバーパックについて、複合オーバーパックの現有技術での製作可能性を確認するために実規模容器での試作を行った結果を報告するものである。耐食層の材質については、超長期の耐腐食性が期待できる無酸素銅を選択した。複合構造については、耐食層である銅の外容器と、強度部材となる炭素鋼の内容器からなる2重容器構造とした。試作は銅製外容器のみ実施した。無酸素銅およびリン入り無酸素銅を用いて両者の比較を行った。製作方法については、胴部および底部については後方押出し加工による一体成形法とし、蓋部については本体との溶接を電子ビーム溶接法を用いて行うことした。試作後、容器から採取した試験片を用いて各種機械試験を実施し、今回採用した銅製外容器の後方押出し加工による製作方法は、現有技術で十分に対応可能であることを確認した。蓋の溶接部については超音波深傷試験を実施し、電子ビーム溶接の適用性を確認した。またオーバーパック寿命期間中にガラス固化体から発せられる放射線による炭素鋼内容器の脆化の程度を検討した結果、無視できるレベルであることが分かった。最後に今後検討されるべき課題をまとめた。

This paper reports the results of design analysis and trial manufacturing of copper-carbon steel composite overpacks. The overpack is one of the key components of the engineered barrier system, hence, it is necessary to confirm the applicability of current technique in their manufacture. The Copper-Carbon steel composite overpack consists of a double container, an outer vessel made of oxygen-free, high-purity copper as the corrosion allowance material, and an inner vessel made of carbon steel as the pressure-resistant material. The trial manufacturing in this time, only the copper outer vessel has been fabricated. Both oxygen-free copper and oxygen-free phosphorus copper were used as materials for the outer vessel. For the shell and bottom portion, these materials were formed integrally by a backward extrusion method. For sealing the top cover plate to the main body, an electron-beam welding method was applied. After manufacturing, mechanical testing of specimens from the copper vessels were carried out. It was confirmed that current technique has sufficient feasibility to manufacture outer vessel. In addition, potential for irradiation embrittlement of the inner carbon-steel vessel by irradiation from vitrified waste over the life time of the overpack has been analyzed. It was shown that the small degree of irradiation embrittlement gives no significant impact on the pressure resistance of the carbon-steel vessel. Future research and development items regarding copper-carbon steel composite overpacks are also discussed.