JPH0454491A - 核燃料要素 - Google Patents
核燃料要素Info
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- JPH0454491A JPH0454491A JP2164222A JP16422290A JPH0454491A JP H0454491 A JPH0454491 A JP H0454491A JP 2164222 A JP2164222 A JP 2164222A JP 16422290 A JP16422290 A JP 16422290A JP H0454491 A JPH0454491 A JP H0454491A
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- 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
Landscapes
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
- Chemical Treatment Of Metals (AREA)
- Laminated Bodies (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。
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］
本発明は耐応力腐食割れ性に優れた核燃料要素に関する
。
。
［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、上端部にガス溜め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プレナムスプリングを
有し、両端開口部を上部端栓および下部端栓で密封溶接
した構造となっている。
を積層収容し、上端部にガス溜め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プレナムスプリングを
有し、両端開口部を上部端栓および下部端栓で密封溶接
した構造となっている。
燃料被覆管内の核燃料ペレットは燃焼により放射性核分
裂生成物を放出するが、この放射性核分裂生成物が被覆
管外の冷却材中に混入するのを防止するため、燃料被覆
管にその漏洩阻止の機能が求められている。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脹するこ
とによって被覆管に熱応力が加わり、両者の相乗作用に
より燃料被覆管に応力腐食割れが生ずるおそれのあるこ
とが判明した。
裂生成物を放出するが、この放射性核分裂生成物が被覆
管外の冷却材中に混入するのを防止するため、燃料被覆
管にその漏洩阻止の機能が求められている。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脹するこ
とによって被覆管に熱応力が加わり、両者の相乗作用に
より燃料被覆管に応力腐食割れが生ずるおそれのあるこ
とが判明した。
このような燃料被覆管の応力腐食割れを防止することを
目的として、燃料被覆管の内周面に例えば厚さ８０〜１
００μｍの純ジルコニウムライチ層を障壁として張設し
たいわゆるジルコニウム合金層管が特開昭５５−１６４
３９６号公報に提案されており、上記純ジルコニウムラ
イチ層によって被覆管と腐食性核分裂生成物との接触を
防止すると共に被覆管に発生する局所応力を緩和して被
覆管の応力腐食割れを防止する効果が期待されている。
目的として、燃料被覆管の内周面に例えば厚さ８０〜１
００μｍの純ジルコニウムライチ層を障壁として張設し
たいわゆるジルコニウム合金層管が特開昭５５−１６４
３９６号公報に提案されており、上記純ジルコニウムラ
イチ層によって被覆管と腐食性核分裂生成物との接触を
防止すると共に被覆管に発生する局所応力を緩和して被
覆管の応力腐食割れを防止する効果が期待されている。
また、被覆管内表面に第１の被覆をＣｒ合金で設け、そ
の内表面に第２の被覆を設けて三重構造を構成した燃料
被覆管が特開昭５１−６９７９３号公報に提示されてい
る。さらに、燃料被覆管内面にＡＩ、Ｃｕ、Ｎｂ、Ｎｉ
、Ｆｅ等の埋設金属障壁を設け、その内面にジルコニウ
ム合金またはステンレス鋼配置した三重構造からなる燃
料被覆管が特開昭５１−７１４９８号公報に提案されて
いる。
の内表面に第２の被覆を設けて三重構造を構成した燃料
被覆管が特開昭５１−６９７９３号公報に提示されてい
る。さらに、燃料被覆管内面にＡＩ、Ｃｕ、Ｎｂ、Ｎｉ
、Ｆｅ等の埋設金属障壁を設け、その内面にジルコニウ
ム合金またはステンレス鋼配置した三重構造からなる燃
料被覆管が特開昭５１−７１４９８号公報に提案されて
いる。
［発明が解決しようとする課題］
しかしながら、従来のジルコニウムライナ管は内表面に
活発な純ジルコニウム層か露出しているため、燃料要素
内空間のガスと反応して応力腐食割れ防止機能が一時的
に低下する可能性が生じた。
活発な純ジルコニウム層か露出しているため、燃料要素
内空間のガスと反応して応力腐食割れ防止機能が一時的
に低下する可能性が生じた。
また、従来の三重構造を有する被覆管は、各層を構成す
る物質により中性子経済性を損なう可能性があり、結局
原子炉の性能を低下させるおそれがある。
る物質により中性子経済性を損なう可能性があり、結局
原子炉の性能を低下させるおそれがある。
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、腐食性核分
裂生成ガス中において燃料との相互作用により被覆管に
応力が作用した場合に、被覆管に応力腐食割れが生じ難
く、また被覆管破損時の管内表面の急激な酸化を防止で
きる、信頼性の高い核燃料要素を提供することを目的と
するものである。
裂生成ガス中において燃料との相互作用により被覆管に
応力が作用した場合に、被覆管に応力腐食割れが生じ難
く、また被覆管破損時の管内表面の急激な酸化を防止で
きる、信頼性の高い核燃料要素を提供することを目的と
するものである。
［課題を解決するための手段］
すなわち、本発明は、燃料被覆管の内部に核燃料ペレッ
トを収納してなる核燃料要素において、燃料被覆管が、
厚さ５〜１０１の耐水腐食性に優れたジルコニウム合金
層からなる内表面層、純ジルコニウム層からなる中間層
および耐水腐食性に優れたジルコニウム合金層からなる
外表面層で構成される三層構造からなることを特徴とす
るものである。
トを収納してなる核燃料要素において、燃料被覆管が、
厚さ５〜１０１の耐水腐食性に優れたジルコニウム合金
層からなる内表面層、純ジルコニウム層からなる中間層
および耐水腐食性に優れたジルコニウム合金層からなる
外表面層で構成される三層構造からなることを特徴とす
るものである。
［作用］
本発明者は、高燃焼度まで使用された各種核燃料被覆管
の内表面近傍の硬さ分布を測定し、その結果第２図に示
すような新たな知見を得た。
の内表面近傍の硬さ分布を測定し、その結果第２図に示
すような新たな知見を得た。
すなわち、第２図において、２０は燃料側の影響が入ら
ない（すなわち中性子照射の影響のみ）時のジルカロイ
−２材の硬さ分布であり、２１は燃料側の影響が入った
時の実際の硬さ分布を示している。ここに示すように、
燃料側の影響により約１０μｍの位置から表面側では硬
さが上昇している。一方、被覆管の内表面にジルコニウ
ムが内張すしであるジルコニウムライナ管の場合の硬さ
分布は２２および２３である。すなわち、燃料側の影響
が入らない時の硬さ分布２２に対して、燃料側の影響が
入った時の硬さ分布は２３であり、燃料側の影響が入っ
た時の硬さは内表面から約１０μｍの位置で上昇し始め
、内表面から約５μＭの位置ではジルカロイ−２材の飽
和値とほぼ同等となる。
ない（すなわち中性子照射の影響のみ）時のジルカロイ
−２材の硬さ分布であり、２１は燃料側の影響が入った
時の実際の硬さ分布を示している。ここに示すように、
燃料側の影響により約１０μｍの位置から表面側では硬
さが上昇している。一方、被覆管の内表面にジルコニウ
ムが内張すしであるジルコニウムライナ管の場合の硬さ
分布は２２および２３である。すなわち、燃料側の影響
が入らない時の硬さ分布２２に対して、燃料側の影響が
入った時の硬さ分布は２３であり、燃料側の影響が入っ
た時の硬さは内表面から約１０μｍの位置で上昇し始め
、内表面から約５μＭの位置ではジルカロイ−２材の飽
和値とほぼ同等となる。
すなわち、（イ）燃料被覆管の内表面は、ジルコニウム
のような軟質な材料であっても、燃料側の影響により内
表面から約１０μωの範囲では硬化すること。（ロ）と
くに内表面から約５１１ＩＩｌの位置では照射の影響の
みを受けたジルカロイ−２材の硬さと同等になること。
のような軟質な材料であっても、燃料側の影響により内
表面から約１０μωの範囲では硬化すること。（ロ）と
くに内表面から約５１１ＩＩｌの位置では照射の影響の
みを受けたジルカロイ−２材の硬さと同等になること。
がわかった。したがって、内表面から５〜１０ａｍまで
の範囲では、特に軟質材料を使うことの有意差がなくな
り、むしろ耐水腐食性に優れたジルカロイ−２を使用し
た方が効果的であることがわかった。
の範囲では、特に軟質材料を使うことの有意差がなくな
り、むしろ耐水腐食性に優れたジルカロイ−２を使用し
た方が効果的であることがわかった。
本発明は上記知見に基づいたもので、被覆管の内表面か
ら５〜１０μｍまでの範囲を耐水腐食性に優れたジルカ
ロイ−２で構成し、その次の中間層に純ジルコニウムを
用いることにより、従来のジルコニウムライナ管の欠点
を改良し、安全性の高い核燃料要素を提供することがで
きる。
ら５〜１０μｍまでの範囲を耐水腐食性に優れたジルカ
ロイ−２で構成し、その次の中間層に純ジルコニウムを
用いることにより、従来のジルコニウムライナ管の欠点
を改良し、安全性の高い核燃料要素を提供することがで
きる。
［実施例］
本発明の実施例を図面を参照して説明する。
第１図は本発明の一実施例である核燃料要素の横断面図
である。図中、１は核燃料ペレット、２は被覆管の内表
面層、３は被覆管の中間層、４は被覆管の外表面層、５
はギャップである。被覆管の内表面層２は厚さ０．０１
ｍｍのジルカロイ−２からなり、中間層３は厚さ０．０
７ｍｍのジルコニウムからなり、外表面層は厚さ０．７
８ｍｍのジルカロイ−２からなる。被覆管内にはギャッ
プ５を介して核燃料ペレット１が収容されている。
である。図中、１は核燃料ペレット、２は被覆管の内表
面層、３は被覆管の中間層、４は被覆管の外表面層、５
はギャップである。被覆管の内表面層２は厚さ０．０１
ｍｍのジルカロイ−２からなり、中間層３は厚さ０．０
７ｍｍのジルコニウムからなり、外表面層は厚さ０．７
８ｍｍのジルカロイ−２からなる。被覆管内にはギャッ
プ５を介して核燃料ペレット１が収容されている。
次にこの核燃料要素の製造法を説明する。
ＡＳＴＭＢ３５３を満足させる不純物を含むジルコニウ
ムにスズ１．５０％、鉄０．１４％、クロム０．１０％
、ニッケル０．０５％、酸素０．１２％を添加し、ジル
カロイ−２のインゴットを得た。このインゴットを厚内
円筒状に成形加工した。次に酸素を約６００ｐｐｍ 、
鉄およびクロムを合計約６００ｐｐｍ含んだジルコニウ
ムインゴットの芯部を機械加工によって穿った後、その
開口部に密着するようにジルカロイ−２材からなる円筒
を挿入し、圧延した後に、内表面側がジルカロイ−２で
あり外表面側がジルコニウムである二重管を得た。この
二重管の外径を切削し、上記の厚肉ジルカロイ−２管の
内表面に密着するように挿入し、ピルガ−圧延機による
冷間加工と焼鈍とを組み合わせながら、外径１２．５２
ｍｍ、 肉厚０．８６ｍｍの被覆管に仕上げた。
ムにスズ１．５０％、鉄０．１４％、クロム０．１０％
、ニッケル０．０５％、酸素０．１２％を添加し、ジル
カロイ−２のインゴットを得た。このインゴットを厚内
円筒状に成形加工した。次に酸素を約６００ｐｐｍ 、
鉄およびクロムを合計約６００ｐｐｍ含んだジルコニウ
ムインゴットの芯部を機械加工によって穿った後、その
開口部に密着するようにジルカロイ−２材からなる円筒
を挿入し、圧延した後に、内表面側がジルカロイ−２で
あり外表面側がジルコニウムである二重管を得た。この
二重管の外径を切削し、上記の厚肉ジルカロイ−２管の
内表面に密着するように挿入し、ピルガ−圧延機による
冷間加工と焼鈍とを組み合わせながら、外径１２．５２
ｍｍ、 肉厚０．８６ｍｍの被覆管に仕上げた。
なお、上記製法は一例に過ぎず、本発明を限定するもの
でないことは勿論である。例えば、上記実施例では内表
面層を圧延によって形成したが、従来のジルコニウムラ
イチ管の内表面部の５〜１０μｍにかけて合金元素を添
加することによっても本発明の被覆管を得ることができ
る。
でないことは勿論である。例えば、上記実施例では内表
面層を圧延によって形成したが、従来のジルコニウムラ
イチ管の内表面部の５〜１０μｍにかけて合金元素を添
加することによっても本発明の被覆管を得ることができ
る。
［発明の効果］
以上説明したように、本発明の核燃料要素は、中間層に
ジルコニウムを使用しているので応力腐食割れが起こり
難く、さらに核燃料の影響によって硬化しやすい被覆管
の内表面５〜１０μｍの部分をジルコニウムより耐水腐
食性に優れたジルカロイ−２材で置き換えたので、従来
のジルコニウムライチ管に比べ被覆管破損時の管内表面
の、急激な酸化を防止できる。
ジルコニウムを使用しているので応力腐食割れが起こり
難く、さらに核燃料の影響によって硬化しやすい被覆管
の内表面５〜１０μｍの部分をジルコニウムより耐水腐
食性に優れたジルカロイ−２材で置き換えたので、従来
のジルコニウムライチ管に比べ被覆管破損時の管内表面
の、急激な酸化を防止できる。
第１図は本発明の実施例を示す核燃料要素の横断面図、
第２図は被覆管内表面近傍の硬さ分布を示す図である。 １・・・燃料ペレット ２・・・被覆管の内表面層 ３・・・被覆管の中間層 ４・・・被覆管の外表面層 ５・・・ギャップ ２０・・・燃料側の影響が入らない時のジルカロイ−２
材の硬さ分布 ２１・・・燃料側の影響が入った時のジルカロイ２材の
硬さ分布 ２２・・・燃料側の影響が入らない時のジルコニウムの
硬さ分布 ２３・・・燃料側の影響が入った時のジルコニウムの硬
さ分布 第１図 代理人 弁理士（８７３３）猪 股 祥 晃（ほか１名
）
第２図は被覆管内表面近傍の硬さ分布を示す図である。 １・・・燃料ペレット ２・・・被覆管の内表面層 ３・・・被覆管の中間層 ４・・・被覆管の外表面層 ５・・・ギャップ ２０・・・燃料側の影響が入らない時のジルカロイ−２
材の硬さ分布 ２１・・・燃料側の影響が入った時のジルカロイ２材の
硬さ分布 ２２・・・燃料側の影響が入らない時のジルコニウムの
硬さ分布 ２３・・・燃料側の影響が入った時のジルコニウムの硬
さ分布 第１図 代理人 弁理士（８７３３）猪 股 祥 晃（ほか１名
）
Claims (1)
- （１）燃料被覆管の内部に核燃料ペレットを収納してな
る核燃料要素において、燃料被覆管が、厚さ５〜１０μ
ｍの耐水腐食性に優れたジルコニウム合金層からなる内
表面層、純ジルコニウム層からなる中間層および耐水腐
食性に優れたジルコニウム合金層からなる外表面層で構
成される三層構造を有していることを特徴とする核燃料
要素。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2164222A JPH0454491A (ja) | 1990-06-25 | 1990-06-25 | 核燃料要素 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2164222A JPH0454491A (ja) | 1990-06-25 | 1990-06-25 | 核燃料要素 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0454491A true JPH0454491A (ja) | 1992-02-21 |
Family
ID=15788994
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2164222A Pending JPH0454491A (ja) | 1990-06-25 | 1990-06-25 | 核燃料要素 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0454491A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
| US7399532B2 (en) * | 2002-03-19 | 2008-07-15 | Hitachi Cable, Ltd. | Corrosive resistant metal material covered with conductive substance |
| KR20160090807A (ko) | 2013-11-27 | 2016-08-01 | 소니 주식회사 | 고체 촬상 소자 및 전자 기기 |
-
1990
- 1990-06-25 JP JP2164222A patent/JPH0454491A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
| US7399532B2 (en) * | 2002-03-19 | 2008-07-15 | Hitachi Cable, Ltd. | Corrosive resistant metal material covered with conductive substance |
| KR20160090807A (ko) | 2013-11-27 | 2016-08-01 | 소니 주식회사 | 고체 촬상 소자 및 전자 기기 |
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