JPH04136788A - 核燃料被覆管の製造方法 - Google Patents

核燃料被覆管の製造方法

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JPH04136788A
JPH04136788A JP2257398A JP25739890A JPH04136788A JP H04136788 A JPH04136788 A JP H04136788A JP 2257398 A JP2257398 A JP 2257398A JP 25739890 A JP25739890 A JP 25739890A JP H04136788 A JPH04136788 A JP H04136788A
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JP
Japan
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zirconium
iron
cladding tube
bullet
nuclear fuel
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Pending
Application number
JP2257398A
Other languages
English (en)
Inventor
Tadahiko Torimaru
忠彦 鳥丸
Masafumi Nakatsuka
雅文 中司
Takayoshi Yasuda
安田 隆芳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Nuclear Fuel Development Co Ltd
Original Assignee
Nippon Nuclear Fuel Development Co Ltd
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Publication date
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

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  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
  • Rigid Pipes And Flexible Pipes (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野コ 本発明は、原子炉で用いられる核燃料被覆管の製造方法
に係り、特にジルコニウムライ゛す被覆管の耐水蒸気腐
食性を改善するのに好適な核燃料被覆管の製造方法に関
する。
[従来の技術] 核燃料要素は、燃料被覆管内に複数個の核燃料ペレット
を積層収容し、上端部にガス溜用プレナム部と核燃料ペ
レットを安定に支持するためのブレナムスプリングを有
し、両端開口部を上部および下部端栓で密封溶接した構
造となっている。
以上の構成において、被覆管には、核燃料ペレットから
数比される放射性核分裂生成物が管外周部の冷却材中に
混入するのを防止するため、当該放射性核分裂生成物が
外部に漏洩するのを阻止する機能が求められているが、
現在までの運転経験によれば、燃料燃焼度が高くなった
段階で出力が急激に上昇すると、被覆管と、腐食性核分
裂生成物との化学反応がおこり、また核燃料ペレットが
熱膨張することによって被覆管に熱応力が加わり、また
、上記両者の重畳作用により、被覆管に応力腐食割れを
生じるおそれがあることが判明した。
しかして、上記したごとき被覆管の応力腐食割れを防止
することを目的として、被覆管の内周面にたとえば厚さ
80〜100μmの純ジルコニウムライナ層を障壁とし
て張設した、いわゆるジルコニウムライナ管が特開昭5
5−464396号公報として提案されており、上記純
ジルコニウムライナ層によって被覆管と腐食性核分裂生
成物との接触を防止するとともに、被覆管に発生する局
所応力を緩和して、当該被覆管の応力腐食割れを防止す
る効果が期待されている。
従来のジルコニウムライナ被覆管の製造方法については
、例えば、藤田、角間、日本原子力学会誌、Vo Q 
29、N006.1987.94g7〜492などに記
載されている。第3図は、従来例のジルコニウムライナ
被覆管の製造工程の流れ図である。第3図によって製造
工程を説明する。
まず、Zr合金(ジルカロイ−2)のインゴットを熱処
理、加工して、中空ビユレット(I)を製造する。一方
、純Zrスポンジから造ったZrインゴットから中空ビ
ユレット(n)を製造する。
ジルカロイ−2の中空管の内層に純Zrの中空管を密着
して挿入しく合わせビユレット工程)、熱間押出し、冷
間圧延←→焼純処理により、複合管、すなわちジルコニ
ウムライナ管を製造し、焼結、最終真空焼純工程により
、市販のジルコニウムライナ被覆管を得ることができる
。
[発明が解決しようとする課題] 従来型の純ジルコニウムを内張した核燃料被覆管が万が
一破損して冷却水が管内に侵入した場合には、被覆管内
表面の純ジルコニウムが高温水蒸気と反応することによ
って水素を放出し、被覆管材中に水素化物を形成して破
損開口部が拡大する懸念が考えられた。したがって、核
燃料被覆管の信頼性を向上させるためには内表面に水蒸
気が接触した時の水蒸気に対する耐腐食性にも十分配慮
する必要があった。
本発明は上記の状況に鑑みなされたものであり万が−の
被覆管破損時に管内に侵入する高温水蒸気と管内表面の
純ジルコニウムの急激な反応を防止し、管内面の腐食を
低減し、信頼性の高い核燃料被覆管の製造方法を提供す
ることを目的としたものである。
[課題を解決するための手段] 上記課題を解決するための本発明の核燃料被覆管の製造
方法の構成は、ジルコニウム合金からなる核燃料被覆管
の内面に純ジルコニウムのライナ層を内張りしてなる核
燃料被覆管の製造方法において、前記純ジルコニウムラ
イナ層の内表面に、鉄層を配設する工程および拡散処理
工程を加えるようにしたことである。
[作用] 本発明者らの研究によれば、ジルコニウム合金からなる
被覆管材の内側に純ジルコニウムからなるジルコニウム
ライナ層を内張した核燃料被覆管において、ジルコニウ
ムライナ層の表面に鉄をメッキするなどして、薄い鉄層
をつくったのち熱処理を施してジルコニウムライナ層の
表面部近傍に鉄を拡散させることによって次のような作
用があることがわかった。すなわち、純ジルコニウムか
らなるジルコニウムライナ層の表面に鉄をメッキするこ
となどによって純ジルコニウムの表面に鉄が密着した状
態で存在する。その後、不活性ガス雰囲気中、あるいは
真空中で被覆管を高温にすると、鉄原子はジルコニウム
中を比較的容易に拡散し、ジルコニウムライナ層の表面
近傍は鉄濃度が高くなる。
一方、高温水蒸気中のジルコニウムに関して、ジルコニ
ウム中の鉄濃度が高いほど耐腐食性が高いことが知られ
ている(“THE METALLUGRY OF ZI
RC0NI聞” 、D、L、DOUGLASSJAEA
、1,971.p360)。本発明者らは、同現象が核
燃料被覆管が破損して冷却水がジルコニウムライナ層表
面に接した場合についても同様に高い耐食性を示すこと
を確認した。
本発明者らは、ジルコニウム合金からなる被覆管材の内
側に純ジルコニウムからなるジルコニウムライナ層を内
張した核燃料被覆管の管内表面層部の安定性について詳
細に研究した結果、ジルコニウムライナ層の表面に鉄を
メッキしたのち熱処理を施してジルコニウムライナ層の
表面近傍に鉄を拡散させることによって、核燃料被覆管
破損後の管内表面の酸化が著しく低減可能であることを
見出だした。
以上のことから、本発明者らは、ジルコニウムライナ被
覆管の最内表面層に鉄の薄い層を設ける工程および鉄原
子を加熱拡散させる工程を追加した製造工程を提供した
。
[実施例] 以下本発明の実施例を第1図、第2図によって説明する
。第1図は、本発明の第1実施例に係る核燃料被覆管を
製造する工程を説明するための流れ図である。
第1図の製造工程にしたがって手順を説明する。
まず、ジルコニウム合金のうち原子炉級ジルカロイ−2
の化学組成規格(ASTM  B−353Grade 
 RA−1)を満足する次の量の合金元素をジルコニウ
ム中に添加する。錫1.20〜1.70重量%、鉄0.
07〜0.20重量%、クロム0.05〜0.15重量
&、ニッケ/110゜03〜0.08重量%、鉄+クロ
ムーニッケル0゜18〜0.38重量%である。このよ
うにして得られたジルカロイ−2インゴツト1から機械
加工2によって中空ビユレット(1)3を得た。
一方、主要な不純物元素として酸素が600ppm以下
である高純度ジルコニウムのインゴット4の内部を機械
加工5によって中空状に穿ち、この内表面に高純度鉄か
らなる内情管を配置6する。
さらに圧延加エフによって高純度ジルコニウムのインゴ
ットと高純度鉄からなる内情管とを密着させ真空中で約
900℃、2時間の拡散処理8を加えることによって内
側ジルコニウム層の表面近傍に鉄を含む合わせビユレッ
ト(■)9を得た。予め準備したジルカロイ−2からな
る中空ビユレット(I)3内に、上記鉄を内側表面層に
含む合わせビユレット(■)9をギャップを可及的に少
なくして挿入し、合わせビユレット(m)10を得た。
その後熱間押し出し11によって合わせビユレット10
を細径にし、通常のピルガ−圧延機による冷間圧延12
と焼鈍13を組み合わせ、外径12a+の最終寸法に仕
上げ複合管14を得た。さらにこの複合管に焼結15、
最終真空焼鈍を施すことによって本発明の核燃料被覆管
を得ることができる。
第2図は1本発明の第2実施例に係る核燃料被覆管の製
造工程図である。
第2図の製造工程を説明する。
ジルカロイ−2インゴツト1から機械加工2によって中
空ビユレット(1)3を製造する工程はは、第1図と同
様である。つぎに、純Zrインゴット24に機械加工2
5を加えて、中空ビユレット(■)26をつくる。
ここで、予め製造されたジルカロイ−2中空ビユレツト
(1)3の内表面に、純Zr中空ビユレット(II)2
6を密着させて、合わせビユレット(II)27を得る
。つぎに、合わせビユレット(■)27の内側の純ジル
コニウム層の表面に電気メッキ法により、約0.1μm
の鉄層を形成28した後真空中で900℃、2時間の加
熱拡散処理29を施した。その後、熱間押出し30、冷
間圧延31、焼鈍32、複合管完成33、焼鈍34、最
終真空焼鈍35の各処理工程は、第1図の場合とほぼ同
様な方法で実施することにより、本発明の核燃料被覆管
を得ることができる。
つぎに、本発明の製造方法によって製造した核燃料被覆
管と、従来法によるものとの耐食性を比較した結果を下
記に示す。
本発明の核燃料被覆管の効果を確認するために従来法に
より製造したジルコニウムライナ管および本発明の製造
方法によりジルコニウムライナ層表面近傍部に鉄を拡散
させたジルコニウムライナ管を、それぞれ3amに切断
し原子炉内の条件を模擬するために72Kg/csi、
400℃の水蒸気で4日間腐食試験を行った。その結果
、従来型のジルコニウムライナ管の腐食増量が約500
mg/dであるのに対し、本発明のジルコニウムライナ
管では約50mg/ajと従来型の核燃料被覆管の1/
10程度であることがわかった。
すなわち、本発明による方法により製造した被覆管は、
従来法により製造したものに比べて、耐水蒸気腐食性が
格段にすぐれていることが実証された。
[発明の効果] 本発明によれば、ジルコニウムライナ被覆管の内表面を
強化することができ、水蒸気による酸化が著しく低減さ
れるので、腐食減量は大幅に低減することができる。
本発明により、耐水蒸気腐食性のすぐれた被覆管が得ら
れ、燃料集合体の信頼性、経済性の向上に有効なものと
なる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の第1実施例の核燃料被覆管の製造工
程図、第2図は、本発明の第2実施例の核燃料被覆管の
製造工程図、第3図は、従来の核燃料被覆管の製造工程
図である。 く符号の説明〉 1・・・Zr合金インゴット、3・・・中空ビュレット
エ、4,24・・・Zrインゴット、9・・・合わせビ
ユレット(I)、10・・・合わせビユレット(m)、
14.33.42・・・複合管、26・・・中空ビユレ
ット(■)、27・・・合わせビユレット(II)。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、ジルコニウム合金からなる核燃料被覆管の内面に純
    ジルコニウムのライナ層を内張りしてなる核燃料被覆管
    の製造方法において、前記純ジルコニウムライナ層の内
    表面に、鉄層を配設する工程および拡散処理工程を加え
    たことを特徴とする核燃料被覆管の製造方法。 2、請求項1記載の鉄層の配設方法は、内表面に鉄層を
    機械的圧延によって一体化成形した純ジルコニウムの中
    空ビュレットを、予め製造したジルコニウム合金の中空
    ビュレットに嵌合して加工することを特徴とする核燃料
    被覆管の製造方法。 3、請求項1記載の鉄層の配設方法は、予め製造したジ
    ルコニウム合金の中空ビュレットに対して、純ジルコニ
    ウムの中空ビュレットを嵌合して合わせビュレットをつ
    くり、その内面に鉄メッキを施したことを特徴とする核
    燃料被覆管の製造方法。 4、請求項3記載の鉄メッキ法において、外側にジルコ
    ニウム合金、内側に純ジルコニウムを配設した合わせビ
    ュレットに、電気メッキ法により、薄い鉄層を形成した
    後、真空中で900℃、2時間の加熱拡散処理を施すこ
    とを特徴とする核燃料被覆管の製造方法。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0682582A (ja) * 1992-06-08 1994-03-22 General Electric Co <Ge> 熱処理された複合核燃料容器の改良された製造方法
JPH0815470A (ja) * 1994-03-21 1996-01-19 General Electric Co <Ge> 被覆管
JPH0821887A (ja) * 1994-03-21 1996-01-23 General Electric Co <Ge> 被覆管を製造する方法
JPH0843567A (ja) * 1994-03-21 1996-02-16 General Electric Co <Ge> 被覆管を製造する方法
KR20190063072A (ko) * 2017-11-29 2019-06-07 국제희토류금속 주식회사 다중 구조 심레스 피복관의 제조방법

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