JPH0560076B2 - - Google Patents
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- JPH0560076B2 JPH0560076B2 JP58138851A JP13885183A JPH0560076B2 JP H0560076 B2 JPH0560076 B2 JP H0560076B2 JP 58138851 A JP58138851 A JP 58138851A JP 13885183 A JP13885183 A JP 13885183A JP H0560076 B2 JPH0560076 B2 JP H0560076B2
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- nuclear fuel
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- liner layer
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- composite
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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
- Laminated Bodies (AREA)
- Rigid Pipes And Flexible Pipes (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は、核燃料ペレツトを装填する被覆管構
造に係り、特に内面に純ジルコニウムのライナー
層を設けた核燃料複合被覆管の改良に関するもの
である。
造に係り、特に内面に純ジルコニウムのライナー
層を設けた核燃料複合被覆管の改良に関するもの
である。
従来、酸化ウランあるいは酸化プルトニウムを
含有した核燃料ペレツトを、ジルコニウム合金で
被覆した核燃料要素において、被覆管の破損事故
は主に水素が原因であると考えられていた。この
水素は核燃料ペレツトを製造する際に除去されず
に潜在していた水分が分解して生成されるものと
考えられ、従来は水蒸気ゲツターを被覆管内に装
填することにより水素の発生を軽減させる方策が
採られていた。しかし核燃料開発の研究が進むに
つれて水素脆化による破損の他に、燃料の核分裂
生成物である沃素ガスあるいはセシウムガスによ
る被覆管の応力腐蝕割れも、被覆管破損の大きな
原因であることが分つてきた。
含有した核燃料ペレツトを、ジルコニウム合金で
被覆した核燃料要素において、被覆管の破損事故
は主に水素が原因であると考えられていた。この
水素は核燃料ペレツトを製造する際に除去されず
に潜在していた水分が分解して生成されるものと
考えられ、従来は水蒸気ゲツターを被覆管内に装
填することにより水素の発生を軽減させる方策が
採られていた。しかし核燃料開発の研究が進むに
つれて水素脆化による破損の他に、燃料の核分裂
生成物である沃素ガスあるいはセシウムガスによ
る被覆管の応力腐蝕割れも、被覆管破損の大きな
原因であることが分つてきた。
このような応力腐蝕割れの防止策として、従来
は原子炉運転初期に出力上昇速度を落して運転
し、被覆管に急激な応力が加わらない様に運転し
ている。しかしながら近年、原子力発電の比重が
高まるにつれて、原子炉の経済的高率運転が切望
され、急速立上り、負荷変動の追従など過酷な運
転条件下でも、核燃料ペレツトと被覆管との機械
的な相互作用を低減させ、核分裂生成物による被
覆管の応力腐蝕割れを低減させる構造が研究され
ている。
は原子炉運転初期に出力上昇速度を落して運転
し、被覆管に急激な応力が加わらない様に運転し
ている。しかしながら近年、原子力発電の比重が
高まるにつれて、原子炉の経済的高率運転が切望
され、急速立上り、負荷変動の追従など過酷な運
転条件下でも、核燃料ペレツトと被覆管との機械
的な相互作用を低減させ、核分裂生成物による被
覆管の応力腐蝕割れを低減させる構造が研究され
ている。
例えばベルギー特許第835481号明細書中には、
外管の内側に、クツシヨン作用をなす純ジルコニ
ウムを設けて、核燃料ペレツトとの機械的な相互
作用を低減させる構造が示されている。
外管の内側に、クツシヨン作用をなす純ジルコニ
ウムを設けて、核燃料ペレツトとの機械的な相互
作用を低減させる構造が示されている。
この複合被覆管1の構造は第1図および第2図
に示すように、ジルコニウム合金で形成された外
管2の内側に純ジルコニウムで形成されたライナ
ー層3が一体に接合されている。この複合被覆管
1の内部には、ペレツト状に形成された、例えば
酸化ウランあるいは酸化プルトニウムなどの核燃
料ペレツト4が複数個積層充填され、更にこの核
燃料ペレツト4は前記複合被覆管1の上部端栓5
に一端が当接したスプリング6により固定されて
いる。
に示すように、ジルコニウム合金で形成された外
管2の内側に純ジルコニウムで形成されたライナ
ー層3が一体に接合されている。この複合被覆管
1の内部には、ペレツト状に形成された、例えば
酸化ウランあるいは酸化プルトニウムなどの核燃
料ペレツト4が複数個積層充填され、更にこの核
燃料ペレツト4は前記複合被覆管1の上部端栓5
に一端が当接したスプリング6により固定されて
いる。
またベルギー特許第870342号明細書中には、ラ
イナー層を、スポンジジルコニウムの如き酸素濃
度の高い金属ジルコニウム層で形成することが記
載されている。
イナー層を、スポンジジルコニウムの如き酸素濃
度の高い金属ジルコニウム層で形成することが記
載されている。
このようなライナー層を設けた核燃料複合被覆
管の製造方法としては、例えばジルコニウム合金
製の中空ビレツトに、ライナー層用の純ジルコニ
ウム製スリーブを挿着した後、この複合スリーブ
を熱間押出し等により同時に押出し成型して複合
管を製造する。
管の製造方法としては、例えばジルコニウム合金
製の中空ビレツトに、ライナー層用の純ジルコニ
ウム製スリーブを挿着した後、この複合スリーブ
を熱間押出し等により同時に押出し成型して複合
管を製造する。
次にこの複合管をピルガー管絞り機などの装置
により複数回のパスを施す冷間加工により、所定
の内径および肉厚まで縮小して複合被覆管を製造
する。この冷間加工の各パスの合間において通常
はジルコニウム合金をほぼ完全に再結晶させるの
に十分な温度と時間により熱処理して複合管の焼
なましが行われる。
により複数回のパスを施す冷間加工により、所定
の内径および肉厚まで縮小して複合被覆管を製造
する。この冷間加工の各パスの合間において通常
はジルコニウム合金をほぼ完全に再結晶させるの
に十分な温度と時間により熱処理して複合管の焼
なましが行われる。
最終の管絞り工程の後に行われる熱処理は複合
被覆管の機械的特性を決定する重要な役割を果
し、特開昭55−164396号公報においては「ライナ
ー層となる純ジルコニウム層は実質的に完全な再
結晶をもたらして、軟質なクツシヨン効果を果す
と同時に、外管となるジルコニウム合金は完全な
再結晶をもたらさないで、単に冷間加工により生
じた応力を除去するだけの熱処理を行う必要があ
る」とし、その熱処理温度を440〜510℃の低い温
度で熱処理することにより、達成されるとしてい
る。
被覆管の機械的特性を決定する重要な役割を果
し、特開昭55−164396号公報においては「ライナ
ー層となる純ジルコニウム層は実質的に完全な再
結晶をもたらして、軟質なクツシヨン効果を果す
と同時に、外管となるジルコニウム合金は完全な
再結晶をもたらさないで、単に冷間加工により生
じた応力を除去するだけの熱処理を行う必要があ
る」とし、その熱処理温度を440〜510℃の低い温
度で熱処理することにより、達成されるとしてい
る。
しかしながら、発明者は複合被覆管について微
視的な研究を進めているうち、ジルコニウム合金
より純ジルコニウムの方が再結晶温度が高いこと
を発見し、上記公報に記載された温度ではライナ
ー層となる純ジルコニウムの再結晶化がなされ
ず、逆に外管のジルコニウム合金の方が再結晶化
され、実際には上記公報の記載とは反対の現象が
見い出された。
視的な研究を進めているうち、ジルコニウム合金
より純ジルコニウムの方が再結晶温度が高いこと
を発見し、上記公報に記載された温度ではライナ
ー層となる純ジルコニウムの再結晶化がなされ
ず、逆に外管のジルコニウム合金の方が再結晶化
され、実際には上記公報の記載とは反対の現象が
見い出された。
本発明は、上記知見に基いてなされたもので、
ライナー層となる純ジルコニウムをほぼ完全に再
結晶化して、クツシヨン効果を持たせると共に、
外管となるジルコニウム合金の強度を同時に維持
させた核燃料被覆管を提供するものである。
ライナー層となる純ジルコニウムをほぼ完全に再
結晶化して、クツシヨン効果を持たせると共に、
外管となるジルコニウム合金の強度を同時に維持
させた核燃料被覆管を提供するものである。
本発明は外管となるジルコニウム合金と、この
内側に冶金的に接合したライナー層となる純ジル
コニウムとも、実質的に完全な再結晶状態となつ
ている核燃料複合被覆管を要旨とするものであ
る。
内側に冶金的に接合したライナー層となる純ジル
コニウムとも、実質的に完全な再結晶状態となつ
ている核燃料複合被覆管を要旨とするものであ
る。
本発明において外管として用いるジルコニウム
合金としては、例えばジルカロイ−2、ジルカロ
イ−4などが挙げられる。
合金としては、例えばジルカロイ−2、ジルカロ
イ−4などが挙げられる。
本発明に係わる核燃料複合被覆管は、例えば次
のような方法により製造される。まず、外管とな
るジルコニウム合金の中空ビレツト内にライナー
層となる純ジルコニウムスリーブを挿着して複合
した後、この複合管を熱間押出しして一体に接合
する。
のような方法により製造される。まず、外管とな
るジルコニウム合金の中空ビレツト内にライナー
層となる純ジルコニウムスリーブを挿着して複合
した後、この複合管を熱間押出しして一体に接合
する。
次にこの複合管を複数回のパスを経て冷間加工
により管絞りを行い所定の内径および肉厚に成型
する。この冷間加工の各パスの合間に熱処理を行
ない、外管となるジルコニウム合金を実質的に完
全な再結晶状態とすると共に、外管とライナー層
とを冶金的に一体に接合する。この場合の熱処理
条件としては、例えば538〜704℃で1〜15時間の
加熱を行う。
により管絞りを行い所定の内径および肉厚に成型
する。この冷間加工の各パスの合間に熱処理を行
ない、外管となるジルコニウム合金を実質的に完
全な再結晶状態とすると共に、外管とライナー層
とを冶金的に一体に接合する。この場合の熱処理
条件としては、例えば538〜704℃で1〜15時間の
加熱を行う。
このようにして最終の管絞り工程を行い、仕上
り寸法となつた複合管に最終の熱処理を行つてジ
ルコニウム合金からなる外管と、純ジルコニウム
からなるライナー層の両者に、実質的に完全な再
結晶をもたらし、核燃料複合被覆管を製造する。
り寸法となつた複合管に最終の熱処理を行つてジ
ルコニウム合金からなる外管と、純ジルコニウム
からなるライナー層の両者に、実質的に完全な再
結晶をもたらし、核燃料複合被覆管を製造する。
この場合、最終の熱処理によつて、ライナー層
を再結晶化させるが、この熱処理条件としては
586〜720℃、好ましくは590〜620℃で1〜15時間
の加熱を行う。最終の熱処理条件は、純ジルコニ
ウムが実質的に完全に再結晶化する範囲で定めら
れる。再結晶の完了点を決めるには、種々の方法
があるが、例えば結晶粒径、転位密度、ヴイツカ
ース硬さを測定し、これらが低く飽和した状態か
ら判定する。
を再結晶化させるが、この熱処理条件としては
586〜720℃、好ましくは590〜620℃で1〜15時間
の加熱を行う。最終の熱処理条件は、純ジルコニ
ウムが実質的に完全に再結晶化する範囲で定めら
れる。再結晶の完了点を決めるには、種々の方法
があるが、例えば結晶粒径、転位密度、ヴイツカ
ース硬さを測定し、これらが低く飽和した状態か
ら判定する。
第3図は酸素濃度が50〜100ppmの純ジルコニウ
ムAと、酸素濃度が約500ppmの純ジルコニウムB
について、焼なまし温度による転位密度、ヴイツ
カース硬さ、および粒径の変化状態を示すグラフ
である。このグラフから明らかなように、転位密
度が急激に低くなると共に、ヴイツカース硬さが
低く飽和して、再結晶化が完了するのは586℃以
上である。これ以上の高い温度で熱処理すると粒
径が次第に大きく成長していく。また熱処理温度
の上限を720℃としたのは、これを越える温度に
なると、外管を構成するジルコニウム合金の粒径
が規定の80μmを越えて強度が低下する虞れがあ
るからである。
ムAと、酸素濃度が約500ppmの純ジルコニウムB
について、焼なまし温度による転位密度、ヴイツ
カース硬さ、および粒径の変化状態を示すグラフ
である。このグラフから明らかなように、転位密
度が急激に低くなると共に、ヴイツカース硬さが
低く飽和して、再結晶化が完了するのは586℃以
上である。これ以上の高い温度で熱処理すると粒
径が次第に大きく成長していく。また熱処理温度
の上限を720℃としたのは、これを越える温度に
なると、外管を構成するジルコニウム合金の粒径
が規定の80μmを越えて強度が低下する虞れがあ
るからである。
このようにして得られた本発明の複合被覆管は
ライナー層が実質的に完全に再結晶化し、微細な
等軸結晶組織を有しているので、核燃料ペレツト
との機械的相互作用を緩和するクツシヨンとして
の役割を果たし、応力腐蝕割れに対する抵抗が増
大する。
ライナー層が実質的に完全に再結晶化し、微細な
等軸結晶組織を有しているので、核燃料ペレツト
との機械的相互作用を緩和するクツシヨンとして
の役割を果たし、応力腐蝕割れに対する抵抗が増
大する。
また外管となるジルコニウム合金も、同様に再
結晶化して、粒径の成長を抑えて微細化している
ので応力腐蝕割れに対する抵抗も大きく、強度的
にも優れ核燃料の被覆管として優れた特性を有す
るものである。
結晶化して、粒径の成長を抑えて微細化している
ので応力腐蝕割れに対する抵抗も大きく、強度的
にも優れ核燃料の被覆管として優れた特性を有す
るものである。
外管となるジルコニウム合金中空ビレツトと、
ライナー層となる純ジルコニウムスリーブの表面
を清浄化した後、これを挿着して組合せる。次に
組合せ後の複合管の境界線をエレクトロビーム溶
接により真空中で溶接する。
ライナー層となる純ジルコニウムスリーブの表面
を清浄化した後、これを挿着して組合せる。次に
組合せ後の複合管の境界線をエレクトロビーム溶
接により真空中で溶接する。
次にこの複合管を熱間押出し加工した後、ピル
ガー管絞り機で冷間加工を繰り返し、複数回のパ
スを経て仕上り形状とした。この冷間加工の合間
には580℃で2時間の熱処理を行つて焼なましを
行つた。
ガー管絞り機で冷間加工を繰り返し、複数回のパ
スを経て仕上り形状とした。この冷間加工の合間
には580℃で2時間の熱処理を行つて焼なましを
行つた。
このようにして最終の冷間加工を終えた複合管
を600℃で2時間、真空熱処理を行つて核燃料複
合被覆管を製造した。
を600℃で2時間、真空熱処理を行つて核燃料複
合被覆管を製造した。
このようにして得られた複合被覆管のライナー
層の厚さは約70±20μmであり、またこのライナ
ー層を形成する純ジルコニウムと外管となるジル
コニウム合金の転位密度は共に2×109cm-2であ
り、実質的に両者とも再結晶は完了していた。更
にライナー層の粒径は約10μmであり、また外管
の粒径は約3μmで、微細であり強度的にも優れた
ものであつた。
層の厚さは約70±20μmであり、またこのライナ
ー層を形成する純ジルコニウムと外管となるジル
コニウム合金の転位密度は共に2×109cm-2であ
り、実質的に両者とも再結晶は完了していた。更
にライナー層の粒径は約10μmであり、また外管
の粒径は約3μmで、微細であり強度的にも優れた
ものであつた。
また本発明と比較するために、従来、特開昭55
−164396号公報で示されている方法により、最終
の熱処理を500℃で2時間加熱したところ、ライ
ナー層の転位密度は7×1015cm-2で、再結晶化し
ていないことが確認された。
−164396号公報で示されている方法により、最終
の熱処理を500℃で2時間加熱したところ、ライ
ナー層の転位密度は7×1015cm-2で、再結晶化し
ていないことが確認された。
以上説明した如く、本発明に係る核燃料複合被
覆管によれば、ライナー層となる純ジルコニウム
を実質的に完全に再結晶化して、クツシヨン効果
を持たせると共に、外管となるジルコニウム合金
の強度を同時に維持させ、被覆管の応力腐蝕割れ
を低減させることができるものである。
覆管によれば、ライナー層となる純ジルコニウム
を実質的に完全に再結晶化して、クツシヨン効果
を持たせると共に、外管となるジルコニウム合金
の強度を同時に維持させ、被覆管の応力腐蝕割れ
を低減させることができるものである。
第1図は核燃料複合被覆管内に核燃料ペレツト
を装着した核燃料要素を示す縦断面図、第2図は
第1図の拡大横断面図、第3図は最終熱処理温度
に対する純ジルコニウムの転位密度、ヴイツカー
ス硬さ、および粒径の変化を示すグラフである。 1……複合被覆管、2……外管、3……ライナ
ー層、4……核燃料ペレツト、5……上部端栓、
6……スプリング。
を装着した核燃料要素を示す縦断面図、第2図は
第1図の拡大横断面図、第3図は最終熱処理温度
に対する純ジルコニウムの転位密度、ヴイツカー
ス硬さ、および粒径の変化を示すグラフである。 1……複合被覆管、2……外管、3……ライナ
ー層、4……核燃料ペレツト、5……上部端栓、
6……スプリング。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 ジルコニウム合金からなる外管の内側に純ジ
ルコニウムをライナー層として設け、両者が冶金
的に接合された核燃料複合被覆管において、前記
外管となるジルコニウム合金と、ライナー層とな
る純ジルコニウムとも実質的に完全な再結晶状態
となつていることを特徴とする核燃料複合被覆
管。 2 ライナー層となる純ジルコニウムの結晶粒の
大きさが80μm以下であることを特徴とする特許
請求の範囲第1項記載の核燃料複合被覆管。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58138851A JPS6031088A (ja) | 1983-07-29 | 1983-07-29 | 核燃料複合被覆管 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58138851A JPS6031088A (ja) | 1983-07-29 | 1983-07-29 | 核燃料複合被覆管 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6031088A JPS6031088A (ja) | 1985-02-16 |
| JPH0560076B2 true JPH0560076B2 (ja) | 1993-09-01 |
Family
ID=15231646
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58138851A Granted JPS6031088A (ja) | 1983-07-29 | 1983-07-29 | 核燃料複合被覆管 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6031088A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6166184A (ja) * | 1984-09-10 | 1986-04-04 | 日本核燃料開発株式会社 | 核燃料被覆管 |
| JPS6361989A (ja) * | 1986-09-03 | 1988-03-18 | 日立核燃料開発株式会社 | 核燃料用複合被覆管の製造方法 |
-
1983
- 1983-07-29 JP JP58138851A patent/JPS6031088A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6031088A (ja) | 1985-02-16 |
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