JPH1048372A - Fuel assembly, fuel channel box used therefor, and method of manufacturing the same - Google Patents
Fuel assembly, fuel channel box used therefor, and method of manufacturing the sameInfo
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- JPH1048372A JPH1048372A JP8209582A JP20958296A JPH1048372A JP H1048372 A JPH1048372 A JP H1048372A JP 8209582 A JP8209582 A JP 8209582A JP 20958296 A JP20958296 A JP 20958296A JP H1048372 A JPH1048372 A JP H1048372A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】本発明の目的は、プルトニウムを混入した燃料
集合体において、燃料棒内部に中性子吸収材又は可燃性
毒物を混入することなく、余剰反応度を適切に抑制する
ことができ、かつ照射成長に起因する曲がり,膨れ変形
の少ない原子炉燃料集合体とそのチャンネルボックス及
び製造方法を提供する。
【解決手段】可燃性毒物を含有した部材をチャンネルボ
ックス内部に配置するとともに可燃性毒物が、直接炉水
に接しないようにし、またジルコニウム基合金板材の六
方晶ジルコニウムの<0001>方位の長手方向の配向
率(Fl値)が0.20〜0.35であり、チャンネルボ
ックスの対向する面のFl値の差が0.025以下であ
る原子炉燃料集合体とそのチャンネルボックス及び熱処
理を行うその製造方法。
(57) [Problem] An object of the present invention is to appropriately suppress surplus reactivity in a fuel assembly containing plutonium without mixing a neutron absorbing material or a burnable poison inside the fuel rod. The present invention provides a nuclear reactor fuel assembly, a channel box, and a method of manufacturing the same, which are less likely to bend and swell due to irradiation growth. A member containing a burnable poison is disposed inside a channel box so that the burnable poison does not come into direct contact with reactor water, and a <0001> direction of hexagonal zirconium of a zirconium-based alloy sheet is used. A reactor fuel assembly having an orientation ratio (Fl value) of 0.20 to 0.35 and a difference in Fl value of opposing surfaces of the channel box of 0.025 or less, a channel box for the reactor fuel assembly, Production method.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は原子力プラントの燃
料集合体に関し、特に出力ピーキングを抑制し核熱的制
約を軽減し核燃料の経済性を向上させ、さらに新規なジ
ルコニウム基合金を用いることにより、照射による曲が
り及び膨れ変形を低減した燃料集合体とそれに用いる燃
料チャンネルボックス及びその製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel assembly for a nuclear power plant. The present invention relates to a fuel assembly with reduced bending and swelling due to irradiation, a fuel channel box used for the same, and a method for manufacturing the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、原子炉では、ウラン235に代表
される核分裂性物質を燃料棒内に封入して燃焼させるこ
とによって、その燃焼エネルギーを取り出して利用して
いる。前記燃料棒中に封入される核燃料物質は、一般
に、天然ウランを濃縮して得られる濃縮ウランが用いら
れている。該濃縮ウランは、二酸化ウラン焼結の状態で
燃料ペレットに成型・焼結され、正方格子形状に配列さ
れた燃料被覆管の中に収めて利用される。2. Description of the Related Art Conventionally, in a nuclear reactor, a fissile material represented by uranium 235 is sealed in a fuel rod and burned to take out and use the combustion energy. Generally, enriched uranium obtained by enriching natural uranium is used as the nuclear fuel material enclosed in the fuel rod. The enriched uranium is molded and sintered into fuel pellets in the state of uranium dioxide sintering, and used in a fuel cladding tube arranged in a square lattice shape.
【0003】一方、近年、ウラン資源の有効利用という
観点から、軽水炉から取り出された使用済みウラン燃料
中のプルトニウムを、再び、軽水炉へリサイクルするプ
ルサーマル計画が進められている。これは、ウラン燃料
集合体中のウラン燃料棒の一部あるいは大部分をプルト
ニウムを富化した混合酸化物(Mixed Oxide)燃料棒で置
き換えたMOX燃料集合体を燃料として軽水炉に装荷し
て使用するものである。On the other hand, in recent years, from the viewpoint of effective utilization of uranium resources, a plutonium thermal plan for recycling plutonium in spent uranium fuel extracted from a light water reactor to a light water reactor again has been advanced. In this method, a MOX fuel assembly in which part or most of the uranium fuel rods in the uranium fuel assembly are replaced by plutonium-enriched mixed oxide (Mixed Oxide) fuel rods is loaded into a light water reactor and used as fuel. Things.
【0004】この時、前記MOX燃料体の特性は、ウラ
ン燃料に近い方が望ましい。また、ウラン燃料の設計
は、高燃焼度化の方向にあり、これに伴いMOX燃料設
計も高富化度化、即ち、1体当たりのプルトニウム装荷
量をできるだけ大きくすることが望ましい。しかし、M
OX燃料集合体において、プルトニウムの装荷割合を増
加させた場合、ウランとプルトニウムの核特性の違いに
より、炉心特性上、ウラン炉心との差異を生じる。即
ち、核分裂性物質であるPu−239,Pu−241の
熱中性子吸収断面積が、U−235より大きいことや、
Pu−240による中性子共鳴吸収が大きいことなどに
よって、MOX燃料の中性子束スペクトルがウラン燃料
の中性子スペクトルよりも硬くなり、中性子減速効果が
低下してしまう。At this time, it is desirable that the characteristics of the MOX fuel body be closer to uranium fuel. Further, the design of uranium fuel is in the direction of higher burnup, and accordingly, the design of MOX fuel is also desired to have higher enrichment, that is, it is desirable to increase the amount of plutonium loaded per unit as much as possible. But M
When the loading ratio of plutonium in the OX fuel assembly is increased, there is a difference in the core characteristics between the uranium core and the uranium core due to the difference in the nuclear characteristics of uranium and plutonium. That is, the thermal neutron absorption cross sections of Pu-239 and Pu-241 which are fissile materials are larger than U-235,
Due to the large neutron resonance absorption of Pu-240, the neutron flux spectrum of the MOX fuel becomes harder than the neutron spectrum of the uranium fuel, and the neutron moderating effect is reduced.
【0005】原子炉においては、一定の運転期間の運転
が可能になるようにあらかじめ炉心は余剰反応度を有す
る設計としている。この余剰反応度を抑制するために
は、通常、燃料棒内部に、ガドリニアに代表される可燃
性毒物(BP)を混入する設計としている。MOXを用
いた原子炉炉心においても、燃料自身に可燃性毒物を混
入した燃料棒を複数本利用することによって、余剰反応
度の抑制に供している。一般に、中性子吸収断面積は、
中性子エネルギーに対して1/v依存性を有しており、
エネルギーの低い中性子ほどよく吸収される傾向があ
る。そのために可燃性毒物の中性子吸収量は、中性子エ
ネルギースペクトルが柔らかい、つまり、熱中性子の多
い体系ほど多くなる。従って、可燃性毒物の反応度抑制
効果は、MOXを用いた原子炉炉心においては小さくな
り、ウラン炉心と同等の反応度抑制効果を得ようとすれ
ば、可燃性毒物を混入した燃料棒の使用本数を増加させ
ねばならない。このことに対する対応としては、特開昭
60−146185号に示される技術の採用が考えられてい
る。これは、燃料集合体内部において、水ギャップに近
い燃料集合体外周部分が熱中性子量が多く、中性子スペ
クトルが柔らかいことに着目し、この領域にガドリニア
入り燃料棒を配置することで、ガドリニアの反応度価値
を高めて、使用するガドリニア本数を減少し、燃料集合
体のプルトニウムインベントリの増加、及び、使用ペレ
ット種類の低減を図るものである。[0005] In a nuclear reactor, the core is designed in advance to have an excess reactivity so that the reactor can be operated for a certain operation period. In order to suppress the surplus reactivity, a design is usually adopted in which a burnable poison (BP) represented by gadolinia is mixed into the fuel rod. Even in a reactor core using MOX, surplus reactivity is suppressed by using a plurality of fuel rods in which burnable poison is mixed into the fuel itself. In general, the neutron absorption cross section is
Has 1 / v dependence on neutron energy,
Neutrons with lower energy tend to be better absorbed. For this reason, the neutron absorption of the burnable poison increases as the neutron energy spectrum is softer, that is, the system with more thermal neutrons. Therefore, the reactivity suppression effect of the burnable poison is small in the reactor core using MOX, and in order to obtain the same reactivity suppression effect as that of the uranium core, the use of the fuel rod mixed with the burnable poison is required. The number must be increased. To cope with this, adoption of a technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-146185 is considered. This is because, inside the fuel assembly, attention is paid to the fact that the outer periphery of the fuel assembly near the water gap has a large amount of thermal neutrons, and the neutron spectrum is soft. The purpose is to increase the value of the fuel, reduce the number of gadolinia used, increase the plutonium inventory of the fuel assembly, and reduce the type of pellets used.
【0006】しかしながら、この方法では、燃料集合体
内部の燃料内に存在する可燃性毒物を全くなくすること
はできず、プルトニウムインベントリを減少するという
観点からは、不十分であるとの問題があった。However, this method cannot completely eliminate the burnable poisons present in the fuel inside the fuel assembly, and is insufficient from the viewpoint of reducing the plutonium inventory. Was.
【0007】前記問題に対しては、特開昭59−72087 号
に示される技術による対応が考えられている。該技術
は、燃料集合体の燃料チャンネルボックス外周に反応度
制御部材を着脱自在に取付けることにより、燃料ペレッ
トに可燃性毒物を添加したり、ウラン濃縮度の調節を不
要にすることができるというものである。この場合の反
応度制御部材は、不錆鋼,ジルコニウム合金などの中性
子吸収材,ガドリニウム,銀,インジウム,ホウ素,カ
ドミウム,ハフニウム等の可燃性毒物を単体または化合
物の形で不錆鋼中に分散もしくはそのまま不錆鋼で被覆
したもの、ベリリウム等の反射材を不錆鋼で被覆したも
の等の他、前途の中性子毒物,反射材,天然・劣化ウラ
ンなどを不錆鋼でサンドイッチ状に挟み圧延するCo-ext
rusion加工を施したものが使用される。To cope with the above problem, a technique disclosed in JP-A-59-72087 has been considered. This technology removes the need for adding burnable poisons to fuel pellets or adjusting uranium enrichment by detachably attaching a reactivity control member to the outer periphery of the fuel channel box of the fuel assembly. It is. In this case, the reactivity control member is composed of a neutron absorbing material such as non-rusting steel and zirconium alloy, and a burnable poison such as gadolinium, silver, indium, boron, cadmium and hafnium dispersed in the non-rusting steel as a single substance or a compound. Or, as it is, coated with non-rusting steel, reflection material such as beryllium coated with non-rusting steel, neutron poison, reflection material, natural and depleted uranium etc. are sandwiched between non-rusting steel and rolled Co-ext
The one that has been subjected to rusion processing is used.
【0008】また、前記問題に対して、特開平6−34209
1 号に示された技術が提案されている。該技術は、チャ
ンネルボックスの中央に配置される減速材棒を外管と内
管の二重管とし、該内外管の間に可燃性毒物を充填した
ものである。In order to solve the above problem, Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-34209
The technology shown in No. 1 has been proposed. In this technique, a moderator rod arranged at the center of a channel box is a double pipe of an outer pipe and an inner pipe, and a combustible poison is filled between the inner and outer pipes.
【0009】一方、ジルコニウム合金は優れた耐食性と
小さい中性子吸収断面積を有する材料であるため原子炉
燃料集合体部材に使用されている。前記用途にはジルカ
ロイ−2,ジルカロイ−4とよばれるZr−Sn−Fe
−Cr−Ni合金が主に使用されている。これら合金の
原子炉内で長期間使用すると、(0001)面が板厚方
向に配向しているので、特定方向への伸び及び曲がり変
形及び照射,熱クリープによる膨らみ変形が生じる。燃
料チャンネルボックスに曲がり変形や膨らみ変形が発生
すると、制御棒が駆動するための間隙をふさぐため原子
炉の運転に支障をきたす。また、曲がり変形が生じる
と、燃料被覆管との間隔が変化し局部的に水対ウランの
比率が増減する為、核分裂反応度が変化する。この結
果、異常発熱による燃料被覆管の腐食加速、さらには燃
料破損の原因にも成りうる。このような中性子照射量の
不均一に起因する燃料チャンネルボックスに曲がり変形
を防止する為、炉心における燃料集合体装荷位置の入れ
替えによる中性子照射量の均一化が検討されているが、
曲がり変形を防止するには至らず、この曲がり変形によ
る制御棒駆動間隙の減少,核分裂反応度の変化が燃料チ
ャンネルボックスの寿命を制限する主因子となってい
る。On the other hand, zirconium alloy is used for a reactor fuel assembly member because it is a material having excellent corrosion resistance and a small neutron absorption cross section. Zr-Sn-Fe called Zircaloy-2 or Zircaloy-4 is used for the above-mentioned applications.
-A Cr-Ni alloy is mainly used. When these alloys are used for a long time in a nuclear reactor, the (0001) plane is oriented in the plate thickness direction, so that elongation and bending deformation in a specific direction and bulging deformation due to irradiation and thermal creep occur. If the fuel channel box is bent or bulged, the operation of the reactor is hindered because the gap for driving the control rod is closed. When bending deformation occurs, the interval between the fuel and the cladding tube changes, and the ratio of water to uranium locally increases or decreases, so that the fission reactivity changes. As a result, corrosion of the fuel cladding tube may be accelerated due to abnormal heat generation, and the fuel may be damaged. In order to prevent the fuel channel box from bending and deforming due to such non-uniformity of neutron irradiation, it has been studied to make the neutron irradiation uniform by changing the fuel assembly loading position in the core.
The bending deformation cannot be prevented, and the reduction of the control rod driving gap and the change in fission reactivity due to the bending deformation are the main factors that limit the life of the fuel channel box.
【0010】燃料チャンネルボックスの曲りを防ぐ方法
として特開昭59−229475号,特開昭62−200286号,特開
平5−17837号,特開平5−80170号公報には結晶粒の方位
をランダムにすることが開示されている。しかし、その
場合、クリープ変形に起因する膨らみ変形量が増大する
などの欠点もあり、完全な曲がり変形抑制技術とはなり
得ていない。Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 59-229475, 62-200286, 5-17837 and 5-80170 disclose a method of preventing the bending of the fuel channel box by randomly setting the crystal grain orientation. Is disclosed. However, in that case, there is a drawback such as an increase in the amount of bulging deformation due to creep deformation, and it cannot be a complete bending deformation suppressing technique.
【0011】また、特に下部タイプレート近傍領域でチ
ャンネルボックスに膨らみ変形が発生すると、下部タイ
プレートとチャンネルボックスとの間隙から燃料集合体
の外側に流出する冷却水(バイパス流量)が増加し、そ
の分、燃料棒の冷却に寄与する冷却水の流量(チャンネ
ル内流量)が減少するため、燃料棒の熱的裕度が減少す
ることになる。逆に、バイパス流量が少ない場合はバイ
パス領域に蒸気ボイド(気泡)が過度に発生し、制御棒
と炉心計測装置を適切に冷却することができなくなる可
能性が生じる。バイパス流量は下部タイプレートとチャ
ンネルボックスとの間隙の大きさに依存するため、チャ
ンネルボックスのクリープ変形量が運転サイクル期間中
に過度に増加するのは好ましくない。バイパス流量の時
間変化を低減する方法として、チャンネルボックス長手
方向の端部のうち、下部タイプレートが装着される側の
チャンネルボックスの肉厚を厚くする方法や、下部タイ
プレート近傍領域のみα+β焼入れをし、結晶方位の配
向度を大きくする方法などが提案されている。In addition, when the channel box expands and deforms particularly in the region near the lower tie plate, the amount of cooling water (bypass flow rate) flowing out of the fuel assembly from the gap between the lower tie plate and the channel box increases. As a result, the flow rate of the cooling water (flow rate in the channel) that contributes to the cooling of the fuel rods decreases, so that the thermal margin of the fuel rods decreases. Conversely, when the bypass flow rate is small, excessive steam voids (bubbles) are generated in the bypass region, and there is a possibility that the control rods and the core measurement device cannot be appropriately cooled. Since the bypass flow rate depends on the size of the gap between the lower tie plate and the channel box, it is not preferable that the amount of creep deformation of the channel box excessively increase during the operation cycle. As a method of reducing the temporal change of the bypass flow rate, a method of increasing the thickness of the channel box on the side where the lower tie plate is mounted, of the end in the longitudinal direction of the channel box, or α + β quenching only in the region near the lower tie plate. However, a method of increasing the degree of crystal orientation has been proposed.
【0012】しかし、チャンネルボックスの曲がり変形
とクリープ変形を同時に低減する方法は提案されていな
い。However, no method has been proposed for simultaneously reducing the bending deformation and creep deformation of the channel box.
【0013】[0013]
【発明が解決しようとする課題】特開昭59−72087 号の
技術では、チャンネルボックスと反応度制御部材との間
に隙間が生じ、隙間腐食やガルバニック腐食が生じやす
くなる。さらに、反応度制御部材が直接炉水に接してし
まうために、反応度制御部材自体の腐食も問題になる。According to the technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-72087, a gap is formed between the channel box and the reactivity control member, so that crevice corrosion and galvanic corrosion are likely to occur. Further, since the reactivity control member comes into direct contact with the reactor water, corrosion of the reactivity control member itself becomes a problem.
【0014】また、前述したように、原子炉燃料には、
初期の余剰反応度を抑制するために可燃性毒物が混入し
ている。ウランとプルトニウムの吸収断面積の中性子エ
ネルギーに対する依存性を比較すると、プルトニウムの
方が中性子吸収が多い。このためにプルトニウムを軽水
炉で用いる場合には、制御棒材質や可燃性毒物といった
反応度抑制物質が吸収する熱中性子量が減少し、MOX
燃料集合体を装荷した炉心では、制御棒価値,可燃性毒
物の反応度価値が低下し、そのためにMOX燃料集合体
を装荷した炉心では、使用する可燃性毒物を含んだ燃料
棒の本数を多くする必要が生じていた。Further, as described above, the reactor fuel includes:
Burnable poison is mixed in to suppress the initial excess reactivity. Comparing the dependence of uranium and plutonium absorption cross sections on neutron energy, plutonium has more neutron absorption. For this reason, when plutonium is used in a light water reactor, the amount of thermal neutrons absorbed by reactivity control substances such as control rod materials and burnable poisons decreases, and MOX
In the core loaded with the fuel assembly, the control rod value and the reactivity value of the burnable poison are reduced. Therefore, in the core loaded with the MOX fuel assembly, the number of fuel rods containing the burnable poison to be used is increased. Had to be done.
【0015】このことは、燃料集合体の1体当たりのプ
ルトニウムインベントリが減少する事を意味し、同量の
プルトニウムを消費するために製造する燃料集合体数が
増加する結果となる。これは、燃料製造費,燃料輸送費
の上昇を招く。[0015] This means that the plutonium inventory per fuel assembly decreases, resulting in an increase in the number of fuel assemblies manufactured to consume the same amount of plutonium. This leads to an increase in fuel production costs and fuel transportation costs.
【0016】また、原子炉燃料は、その健全性を維持す
るために、局所ピーキング係数を燃料寿命中にわたって
適切な値を保ち、熱的な運転制限値を守るように設計し
なければならない。一般に、沸騰水型原子炉燃料では、
燃料集合体の外周部、つまり水ギャップに近いところで
は、熱中性子束が相対的に高くなり、外周部の燃料棒の
出力が高くなる傾向がある。そのために燃料集合体外周
部に配置された燃料棒の局所ピーキング係数を低く抑え
るべく、ペレットの濃縮度・富化度種類を増やして設計
する必要が生じている。特開平6−342091 号に示された
技術では、チャンネルボックスの中央に可燃性毒物が配
置されていることから、前記問題の対処としては十分で
ないと云える。Further, in order to maintain the soundness of the reactor fuel, it is necessary to design the local peaking coefficient so as to maintain an appropriate value over the life of the fuel and to observe the thermal operation limit value. In general, for boiling water reactor fuel,
At the outer peripheral portion of the fuel assembly, that is, near the water gap, the thermal neutron flux tends to be relatively high, and the output of the fuel rods at the outer peripheral portion tends to be high. Therefore, in order to keep the local peaking coefficient of the fuel rods disposed on the outer periphery of the fuel assembly low, it is necessary to increase the enrichment and enrichment types of the pellets and design them. The technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 6-342091 is not sufficient for solving the above-mentioned problem because the burnable poison is disposed in the center of the channel box.
【0017】MOX燃料の製造に当たっては、燃料ペレ
ットの成形加工を完全密封容器内で行うために、プルト
ニウム富化度を変える際のグローブボックスの洗浄は、
ウランの場合に比べると時間がかかり、製造時の稼働率
低下が大きい。そのため、富化度種類が増えれば、クリ
ーンアップ回数が増加し、燃料成形加工費の上昇につな
がるという問題点があった。In the production of MOX fuel, cleaning of the glove box at the time of changing the plutonium enrichment in order to carry out the molding of the fuel pellets in a completely sealed container involves the following steps.
It takes more time than in the case of uranium, and the reduction in the operating rate during production is large. Therefore, if the enrichment type increases, the number of times of cleanup increases, leading to an increase in fuel molding processing cost.
【0018】また、燃料チャンネルボックスの曲がり変
形抑制の従来技術は、ジルコニウム合金部材の結晶方位
をランダムにするものであるが、チャンネルボックスは
四角の筒状であり、特に特開平5−17837号及び同5−801
70号公報には結晶方位のランダム化をβ温度領域での加
熱急冷する熱処理によって行うものであるが、全体を均
一な温度に加熱保持することは困難である。従って、全
体を均一な温度で加熱保持しないと中性子照射による変
形に差が生じる。この変形の差によって曲りが生じてし
まう。また、照射,熱クリープ変形による膨らみ変形を
抑制することはできない。In the prior art for suppressing the bending deformation of the fuel channel box, the crystal orientation of the zirconium alloy member is made random. However, the channel box has a square cylindrical shape. Id 5-801
In Japanese Patent Application Publication No. 70-104, the crystal orientation is randomized by a heat treatment of heating and quenching in the β temperature range, but it is difficult to heat and maintain the whole at a uniform temperature. Therefore, unless the whole is heated and held at a uniform temperature, there is a difference in deformation due to neutron irradiation. The difference in the deformation causes bending. In addition, bulging deformation due to irradiation and thermal creep deformation cannot be suppressed.
【0019】本発明は、このような問題に鑑みてなされ
たものであって、その目的とするところは、プルトニウ
ムを混入した燃料集合体(MOX燃料集合体)における燃
料棒内部に中性子吸収材、又は、可燃性毒物を混入する
ことなく、余剰反応度を適切に抑制することができ、同
時に、前述した照射成長に起因する曲がり変形を極めて
小さくすると伴に、照射,熱クリープによる膨らみ変形
を低減した原子力炉用チャンネルボックス及びその製造
方法を提供することである。The present invention has been made in view of such a problem, and an object thereof is to provide a neutron absorbing material inside a fuel rod in a fuel assembly (MOX fuel assembly) mixed with plutonium. Alternatively, the excess reactivity can be appropriately suppressed without mixing the burnable poison, and at the same time, the bending deformation due to the irradiation growth described above is extremely reduced, and the bulging deformation due to irradiation and thermal creep is reduced. And a method of manufacturing the same.
【0020】[0020]
【課題を解決するための手段】本発明に係る余剰反応度
を適切に抑制することができる燃料集合体は、ウラン又
はプルトニウムを含有する原子燃料棒を複数本配列した
燃料棒束と、該燃料棒束を囲むチャンネルボックス及び
ウオータロツドとを備え、それらの少なくとも一方が可
燃性毒物を配備し、該可燃性毒物が直接炉水に接するこ
とのないように埋設されるか、もしくは、前記可燃性毒
物が直接炉水に接することのないようにジルカロイ等の
耐食性金属でコーテングされるのが好ましい。According to the present invention, there is provided a fuel assembly capable of appropriately suppressing surplus reactivity, comprising a fuel rod bundle in which a plurality of nuclear fuel rods containing uranium or plutonium are arranged, A channel box surrounding the rod bundle and a water rod, at least one of which is provided with a burnable poison and is buried so that the burnable poison does not directly contact the reactor water, or the burnable poison is provided. Is preferably coated with a corrosion-resistant metal such as Zircaloy so as not to come into direct contact with reactor water.
【0021】本発明の具体的態様としては、前記チャン
ネルボックスとウォーターロッドの前記可燃性毒物が、
金属,合金,金属間化合物もしくはセラミックスであ
り、該金属,合金,金属間化合物もしくはセラミックス
が、カドミウム,サマリウム,ホウ素,ガドリニウム,
銀,インジウム,ハフニウムのうち少なくても一つを含
有するのが好ましい。As a specific embodiment of the present invention, the burnable poison of the channel box and the water rod is:
Metals, alloys, intermetallic compounds or ceramics, wherein the metal, alloy, intermetallic compound or ceramic is cadmium, samarium, boron, gadolinium,
It is preferable to contain at least one of silver, indium and hafnium.
【0022】また、前記可燃性毒物は、カドミウム,サ
マリウム,ホウ素,ガドリニウム,銀,インジウム,ハ
フニウムのうち少なくても一つを、ジルコニウム又はジ
ルコニウム基合金に、合金元素として添加,金属,金属
間化合物,酸化物,水素化物,窒化物のうちの少なくと
も一つとして分散、又は、過飽和状態に固溶せしめた金
属,合金,金属間化合物もしくはセラミックスからなる
ものが好ましい。The burnable poison may be at least one of cadmium, samarium, boron, gadolinium, silver, indium, and hafnium added to zirconium or a zirconium-based alloy as an alloying element. It is preferably made of a metal, alloy, intermetallic compound or ceramics dispersed as at least one of oxide, hydride, and nitride or dissolved in a supersaturated state.
【0023】更に、本発明の燃料集合体のチャンネルボ
ックスへの可燃性毒物の配備の形態は、該可燃性毒物
が、長手方向から見たチャンネルボックスの断面で、不
均一に配置され、コーナー近傍に多く配備され、かつ、
対称に配置されると共に、前記可燃性毒物が、チャンネ
ルボックスの長手方向に不均一に配置され、かつ、長手
方向の下部に多く上部に少なく配置させるのが好まし
い。Further, the configuration of the burnable poison in the channel box of the fuel assembly according to the present invention is such that the burnable poison is unevenly arranged in a cross section of the channel box viewed from the longitudinal direction, and the vicinity of the corner. Are deployed in many places, and
Preferably, the burnable poisons are arranged symmetrically and unevenly arranged in the longitudinal direction of the channel box, and more and less at the lower part in the longitudinal direction.
【0024】前述の本発明に係わる燃料集合体用チャン
ネルボックスは、大型ジルコニウム合金板材の六方晶Z
r金属の〈0001〉結晶方位がランダム化されている
とともに、合金板のどの位置で同じランダム化が達成さ
れており、かつβ相Zrの粒内の亜粒界が除去されてい
ることを特徴とし、Sn5重量%以下及び/又はNb5
重量%以下を含有し、90重量%以上のZrを有し、幅
100mm以上及び長尺のジルコニウム基合金板におい
て、該合金の六方晶Zrの〈0001〉結晶方位の長手
方向の配向率(Fl値)が0.20〜0.35であり、好
ましくは中央部と端部とのFlの差(ΔFl)を0.0
25 以下とするものである。特に、合金の六方晶Zr
の〈0001〉結晶方位の筒状部材表面に対する垂直方
向への配向率(Fr値),筒状部材の長手方向への配向
率(Fl)及び板幅方向への配向率(Ft)がいずれも
0.20〜0.35であり、対向する面のFlの差が0.02
5 以下であるものが好ましい。また、合金はβ相を有
し、結晶粒径が50〜500μmであり、板幅の中央部
と端部での結晶方位の配向率が実質的に同一であること
が好ましい。更に、合金の六方晶Zrの〈0001〉結
晶方位が実質的にランダムであり、取出し燃焼度35G
Wd/tの中性子照射による前記部材の曲がり量が2.
16mm 以下であるのが好ましい。The above-described channel box for a fuel assembly according to the present invention is made of a large zirconium alloy sheet made of hexagonal Z.
The <0001> crystal orientation of the r metal is randomized, the same randomization is achieved at any position of the alloy plate, and the sub-grain boundaries in the grains of the β phase Zr are removed. And Sn5% by weight or less and / or Nb5
% Zirconium-based alloy plate having a Zr of 90% by weight or more and a width of 100 mm or more and a long zirconium-based alloy plate, the <0001> crystal orientation of the hexagonal Zr of the alloy in the longitudinal direction (Fl Value) is 0.20 to 0.35, and preferably, the difference (ΔFl) of Fl between the center and the end is 0.0.
25 or less. In particular, the hexagonal Zr of the alloy
Of the <0001> crystal orientation in the direction perpendicular to the surface of the tubular member (Fr value), the longitudinal orientation (Fl) of the tubular member, and the orientation ratio (Ft) in the plate width direction. 0.20 to 0.35, and the difference in Fl between the opposing surfaces is 0.02.
A value of 5 or less is preferred. Preferably, the alloy has a β phase, a crystal grain size of 50 to 500 μm, and the orientation ratio of the crystal orientation at the center and the end of the plate width is substantially the same. Furthermore, the <0001> crystal orientation of the hexagonal Zr of the alloy is substantially random, and
The amount of bending of the member due to neutron irradiation of Wd / t is 2.
It is preferably 16 mm or less.
【0025】本発明は、2個のコの字型ジルコニウム基
合金部材を用いて溶接接続された角形筒状部材からなる
燃料チャンネルボックスからなり、全表面にオートクレ
ーブ処理による酸化皮膜が形成されていることが好まし
い。The present invention comprises a fuel channel box consisting of a rectangular tubular member welded and connected using two U-shaped zirconium-based alloy members, and an oxide film formed by autoclave treatment on all surfaces. Is preferred.
【0026】本発明は、燃料ペレットを燃料被覆管内に
内蔵した燃料棒,該燃料棒を複数本収納するチャンネル
ボックス,該チャンネルボックス内の前記燃料棒の間を
仕切るスペーサ,前記チャンネルボックスの上部及び下
部に設けられた上部格子板及び下部格子板を備えた燃料
集合体において、前記チャンネルボックスは前述の可燃
性毒物を有するジルコニウム基合金板からなり、該合金
の六方晶Zrの〈0001〉結晶方位の長手方向の配向
率(Fl値)が0.20〜0.35であり、好ましくは対
向面での前記Flの差が0.025 以下であることを特
徴とする。According to the present invention, there is provided a fuel rod containing a fuel pellet in a fuel cladding tube, a channel box for accommodating a plurality of the fuel rods, a spacer for separating the fuel rods in the channel box, an upper portion of the channel box, In a fuel assembly including an upper lattice plate and a lower lattice plate provided at a lower portion, the channel box is made of a zirconium-based alloy plate having the above-mentioned burnable poison, and has a <0001> crystal orientation of hexagonal Zr of the alloy. Is characterized in that the orientation ratio (Fl value) in the longitudinal direction is 0.20 to 0.35, and the difference of Fl on the opposing surface is preferably 0.025 or less.
【0027】ジルコニウム合金部材の変形は六方晶Zr
の〈0001〉結晶方位が部材表面に対しほぼ垂直に配
向するために起こる。六方晶格子が中性子照射を受ける
と〈0001〉方向に収縮し、〈0001〉方向と垂直
な方向に膨張する。より厳密に述べると、中性子照射に
より〈0001〉方向に転位面が導入され、上記特定方
向への収縮膨張が起こる。炉心中央に近いほど中性子照
射量は高く、炉心周辺部で低い。中性子照射量が急激に
変化する炉心周辺部に配置されたチャンネルボックス
は、炉心中央側の面とその面に対向する面との間に照射
成長差(伸び差)が生じ、曲がる。この曲がり量は、Kは
定数、L1,L2をそれぞれ従来材の炉心中央側の面と
その面に対向する面の照射成長に起因する伸び量、Fl
をチャンネルボックス長手方向の結晶方位の配向確率、
ΔFlを対向面間のFl値の差とすると、 δ(曲がり量)=K・{(1−3Fl)(L1−L2)+3
LlΔFl} で算出することができる。これよりL1,L2は燃焼度
に依存するため、燃焼度を一定にすると、チャンネルボ
ックスの曲がり量は、Fl値及びΔFlに依存すること
がわかる。燃焼度35の場合のチャンネルボックスの曲
がり量のFl値,ΔFl依存性について式を用いて計算
すると後述する図29に示すように曲がり量は、Fl=
0.33〜0.35で最小となり、ΔFlが小さいほど減
少することがわかる。ここで、実用上、チャンネルボッ
クスの曲がり変形量の許容量をクリープによる膨らみ変
形量を考慮して考えると、燃焼度35GWd/tでは、
それぞれδ<2.16mm でなければならない。よってこ
の場合、ΔFl,Fl値をそれぞれΔFl≦0.02
5,Fl=0.20〜0.35 に制御しなければならな
い。また、チャンネルボックス内外面に差圧が生じ、外
側に膨れる変形が発生すると、照射中にクリープして膨
れ量が増加する。The deformation of the zirconium alloy member is hexagonal Zr
This occurs because the <0001> crystal orientation is substantially perpendicular to the member surface. Upon receiving neutron irradiation, the hexagonal lattice shrinks in the <0001> direction and expands in a direction perpendicular to the <0001> direction. Strictly speaking, dislocation planes are introduced in the <0001> direction by neutron irradiation, and contraction and expansion in the specific direction occur. The closer to the center of the core, the higher the neutron irradiation dose, and lower around the core. The channel box arranged in the periphery of the core where the neutron irradiation amount changes rapidly causes a difference in irradiation growth (difference in elongation) between the surface on the center side of the core and the surface opposite to the surface, and thus bends. K is a constant, and L1 and L2 are the elongation due to irradiation growth of the surface on the center side of the core of the conventional material and the surface facing the surface, Fl
Is the orientation probability of the crystal orientation in the longitudinal direction of the channel box,
Assuming that ΔFl is the difference between the Fl values between the facing surfaces, δ (bending amount) = K · {(1-3Fl) (L1-L2) +3
LlΔFl}. It can be seen from this that since L1 and L2 depend on the burnup, when the burnup is constant, the amount of bending of the channel box depends on the Fl value and ΔFl. When the dependency on the Fl value and ΔFl of the bending amount of the channel box in the case of the burnup 35 is calculated using an equation, as shown in FIG. 29 described later, the bending amount is Fl =
It can be seen that the minimum value is obtained between 0.33 and 0.35, and the smaller the value of ΔFl becomes. Here, in practice, considering the allowable amount of bending deformation of the channel box in consideration of the amount of bulging deformation due to creep, at a burnup of 35 GWd / t,
Each must have δ <2.16 mm. Therefore, in this case, ΔFl and Fl values are respectively set to ΔFl ≦ 0.02.
5, Fl = 0.20 to 0.35. Further, when a pressure difference is generated between the inner and outer surfaces of the channel box and the outer wall is deformed to bulge outward, the bulge increases due to creep during irradiation.
【0028】β焼入れ材は、粒内に多数の亜粒界が存在
し、粒界すべりが生じやすいと考えられる。そこで、冷
間圧延後、焼鈍して再結晶化させることにより粒内の亜
粒界を除去することによって改善でき、これらにより、
照射成長に基づくチャンネルボックスの曲がりを低減
し、かつ漏れ流量を低減したチャンネルボックス,燃料
集合体が得られる。It is considered that the β-quenched material has a large number of sub-grain boundaries in the grains and is liable to cause grain boundary slip. Therefore, it can be improved by removing sub-grain boundaries in grains by annealing and recrystallizing after cold rolling.
It is possible to obtain a channel box and a fuel assembly in which the bending of the channel box due to the irradiation growth is reduced and the leakage flow rate is reduced.
【0029】前述した曲がり変形は、六方晶Zr金属の
〈0001〉結晶方位がジルコニウム合金表面に垂直に
配向するために起こる。照射成長の抑制には〈000
1〉結晶方位のランダム化が有効である。照射成長は、
体積変化を伴わない変形である為、多結晶体の個々の結
晶粒が特定方向へ変形しても、その方向はランダムであ
るので全体的には変形しないのに等しい。The bending deformation occurs because the <0001> crystal orientation of the hexagonal Zr metal is oriented perpendicular to the surface of the zirconium alloy. <000 to suppress irradiation growth
1) Randomization of crystal orientation is effective. Irradiation growth
Since the deformation does not involve a change in volume, even if individual crystal grains of the polycrystal are deformed in a specific direction, the direction is random, so that it is equivalent to not being deformed as a whole.
【0030】結晶方位の配向の定量評価には、通常、反
射及び透過X線回折法の組合わせにより特定結晶面のX
線回折強度を測定し、測定されたX線回折強度から数1
によりF値を算出する方法が一般的である。In order to quantitatively evaluate the orientation of the crystal orientation, the X-ray of a specific crystal plane is usually determined by a combination of reflection and transmission X-ray diffraction methods.
X-ray diffraction intensity was measured, and from the measured X-ray diffraction intensity,
Is generally used to calculate the F-number.
【0031】[0031]
【数1】 (Equation 1)
【0032】数1において、φは、特定方向(例えば、
板表面と垂直方向)と特定結晶方位(例えば、〈000
2〉結晶方位)とのなす角度であり、V(φ)は、φ方向
に配向した結晶の体積率である。r方向,t方向,l方
向を、それぞれ互いに直角な板(管)表面の法線方向(F
r),板(管)の長手方向(Fl),板幅(管円周)方向
(Ft)と定義すると、次式 Fr+Ft+Fl=1.0 の関係にあり、完全に結晶方位がランダム化すると、 Fr=Ft=Fl=1/3 となる。In equation (1), φ represents a specific direction (for example,
Specific crystal orientation (for example, <000
2> crystal orientation), and V (φ) is the volume fraction of the crystal oriented in the φ direction. The r-direction, t-direction, and l-direction are defined as normal directions (F
r), the longitudinal direction (Fl) of the plate (tube), and the plate width (pipe circumference) direction (Ft) are defined by the following equation: Fr + Ft + Fl = 1.0, and if the crystal orientation is completely randomized, Fr = Ft = Fl = 1/3.
【0033】Fr,Ft及びFlのいずれも0.20〜
0.50となるようにすること、Fr0.25〜0.5
0,Fl0.20〜0.35,Ft0.25〜0.36とす
ることが好ましく、特にいずれも0.31〜0.35が最
も好ましい。Each of Fr, Ft and Fl is 0.20 to
0.50, Fr 0.25 to 0.5
It is preferable to set it to 0.2, Fl 0.20 to 0.35, Ft 0.25 to 0.36, and particularly to 0.31 to 0.35.
【0034】通常の冷間加工及び焼鈍のくり返しによる
製造プロセスに従って製造された板及び管の(000
2)結晶面((0001)面と等価)のFr値は0.7 前
後となり、〈0001〉結晶方位は、主に板(管)の表面
法線方向に配向している。このように、表面法線方向に
〈0001〉結晶方位が配向した状態を集合組織と言
う。後述の図26に示すように、中性子照射量と照射伸
びとの関係から分るように、Fl値が0.23以上好ま
しくは0.25以上になると照射伸びは著しく減少し、
Fl値を0.30〜0.35とすることにより中性子照射
量≧1022(n/cm2)高照射域においても伸びが実質的
に0(ゼロ)となることが分かる。(000) of plates and tubes manufactured according to the normal cold working and repeated annealing process.
2) The Fr value of the crystal plane (equivalent to the (0001) plane) is around 0.7, and the <0001> crystal orientation is mainly oriented in the surface normal direction of the plate (tube). Such a state in which the <0001> crystal orientation is oriented in the surface normal direction is called texture. As shown in FIG. 26 described later, as can be seen from the relationship between the neutron irradiation dose and the irradiation elongation, when the Fl value is 0.23 or more, preferably 0.25 or more, the irradiation elongation is significantly reduced,
It can be seen that by setting the Fl value to 0.30 to 0.35, the elongation becomes substantially 0 (zero) even in a high irradiation range of neutron irradiation quantity ≧ 10 22 (n / cm 2 ).
【0035】Fl値を0.20〜0.35とする集合組織
を得る一手段として、ジルコニウム合金部材をβ相温度
範囲(ジルカロイ合金では980℃を越える温度)まで
加熱し、かつβZr結晶粒を十分成長させた後、冷却特
に水噴霧によって急冷する方法であるが、部材全体を均
一な温度に加熱する必要がある。この処理を行うことに
より六方晶αZr結晶は立方晶βZr結晶へと変態し、
冷却過程で再び六方晶αZr結晶へと再変態する。この
熱処理において、Fl値0.20〜0.35となる集合組
織を得るにはβZr結晶粒が少なくとも100μm以上
に成長するのが良く、Fl値を0.20 以上となる集合
組織を得るにはβZr結晶粒が少なくとも50μm以上
500μm以下、好ましくは150μm以上300μm
以下である。β相温度での加熱時間はβ相温度範囲の高
温域ほど(好ましくは1100〜1350℃より好まし
くは1100〜1200℃)短時間で加熱することがで
きる。最高加熱温度での保持時間はほんの短い時間で行
うことができ、例えば1.5秒〜100秒、好ましくは5
〜60秒である。特に、後述する図30で●印の範囲で
行うのが好ましい。As a means for obtaining a texture having an Fl value of 0.20 to 0.35, a zirconium alloy member is heated to a β-phase temperature range (a temperature exceeding 980 ° C. for a zircaloy alloy), and βZr crystal grains are removed. In this method, after sufficient growth, cooling is performed, particularly rapid cooling by water spraying, but it is necessary to heat the entire member to a uniform temperature. By performing this treatment, the hexagonal αZr crystal is transformed into a cubic βZr crystal,
During the cooling process, it is transformed again into a hexagonal αZr crystal. In this heat treatment, in order to obtain a texture having an Fl value of 0.20 to 0.35, it is preferable that the βZr crystal grains grow to at least 100 μm or more, and to obtain a texture having an Fl value of 0.20 or more. βZr crystal grains are at least 50 μm or more and 500 μm or less, preferably 150 μm or more and 300 μm
It is as follows. The heating time at the β-phase temperature can be reduced in a shorter time as it is higher in the β-phase temperature range (preferably 1100 to 1350 ° C, more preferably 1100 to 1200 ° C). The holding time at the maximum heating temperature can be performed in a very short time, for example, 1.5 seconds to 100 seconds, preferably 5 seconds.
~ 60 seconds. In particular, it is preferable to perform the process in the range indicated by the mark in FIG.
【0036】部材全体を均一に加熱するには板材を用い
ること、加熱体の幅を3cm以上、好ましくは4.5cm以
上より好ましくは4.5〜10cm(高周波誘導加熱コイ
ルとして2ターンとすること、被加熱体と加熱体とのギ
ャップを常に一定に保つようにローラで保持して加熱す
ること、複数回の焼入れ処理すること、被加熱部の温度
を測定すること等によって行うことができる。ギャップ
は1〜5mm、特に2〜3mmが好ましい。In order to uniformly heat the entire member, a plate material is used, and the width of the heating body is 3 cm or more, preferably 4.5 cm or more, and more preferably 4.5 to 10 cm (2 turns as a high frequency induction heating coil. The heating can be performed by holding and heating with a roller so as to always keep the gap between the heated body and the heated body constant, performing a plurality of quenching treatments, measuring the temperature of the heated section, and the like. The gap is preferably 1 to 5 mm, particularly preferably 2 to 3 mm.
【0037】β相温度範囲で加熱してもその加熱温度が
不十分又はその保持時間が不十分であると、部材全体が
目標の集合組織は得られない。ランダムな結晶方位の配
向の集合組織を得るには、種々の結晶方位を有するβZ
r結晶粒が十分に成長することが必要であり、そのため
には、βZr結晶粒が少なくとも50μm以上に成長す
るに十分な温度あるいは保持時間(P値で0.8以上)
にするのがよい。If the heating temperature is insufficient or the holding time is insufficient even when heating is performed in the β phase temperature range, the desired texture cannot be obtained for the entire member. In order to obtain a texture having a random crystal orientation, βZ having various crystal orientations is required.
It is necessary that the r crystal grains grow sufficiently, and for that purpose, a temperature or holding time (P value of 0.8 or more) is sufficient for βZr crystal grains to grow to at least 50 μm or more.
It is better to
【0038】上述の如く、熱処理によってFl値は変わ
るが、その温度と保持時間は重要な要因である。従っ
て、β相温度領域でFl値が0.50 以下になるように
するには前述の式によって求められるパラメータPが
1.5 以上(βZr結晶粒60μm以上)となるように
することが好ましい。特に、パラメータPは2.5 〜5
(βZr結晶粒70〜500μm)が好ましく、より
3.2 〜5(βZr結晶粒100〜500μm)が好ま
しい。As described above, the Fl value changes depending on the heat treatment, but the temperature and the holding time are important factors. Therefore, in order to make the Fl value 0.50 or less in the β-phase temperature region, it is preferable that the parameter P obtained by the above equation be 1.5 or more (βZr crystal grains 60 μm or more). In particular, the parameter P is between 2.5 and 5
(ΒZr crystal grains 70 to 500 μm), more preferably 3.2 to 5 (βZr crystal grains 100 to 500 μm).
【0039】そして、本発明の前記燃料集合体のチャン
ネルボックスの製造方法としては、チャンネルボックス
の一枚のジルコニウム基合金素材板にへこみを設けると
共に、該へこみ内に可燃性毒物の板を係合配置し、チャ
ンネルボックスの他の一枚のジルコニウム基合金素材板
を該二枚の素材板内に前記可燃性毒物が埋め込まれるよ
うに接合し、該接合部を電子ビーム溶接もしくは溶接を
せずに、熱間圧延もしくはホットプレスし、その後、冷
間圧延とアニールとを適宜回数繰り返すことを特徴と
し、製造方法の他の態様としては、チャンネルボックス
の二枚の素材板の間に可燃性毒物の板を介在させ、該三
枚の板を熱間圧延して圧着し、端部を真空中で電子ビー
ム溶接もしくは溶接せずに、冷間圧延とアニールとを適
宜回数繰り返す。その後、可燃性毒物を係合配置した長
尺のジルコニウム基合金板を連続的に移動させながらβ
相単相温度領域に加熱し、冷却する。その際、該合金の
六方晶Zrの〈0001〉結晶方位の板長手方向に対す
る配向率(Fl値)が0.20〜0.35 となるように前
記β相単相温度領域にて加熱保持し、板幅方向での中央
部と端部での加熱温度差を小さくする。この際、β相温
度領域での加熱を次式によって求められるパラメータP
の値が0.8 以上になるように短時間保持後急冷するこ
とが好ましい。In the method of manufacturing the channel box of the fuel assembly according to the present invention, a dent is formed in one zirconium-based alloy material plate of the channel box, and a plate of a burnable poison is engaged in the dent. Arranged, and the other zirconium-based alloy material plate of the channel box is joined so that the burnable poison is embedded in the two material plates, and the joined portion is not subjected to electron beam welding or welding. Hot rolling or hot pressing, and thereafter, cold rolling and annealing are repeated as appropriate times, as another aspect of the manufacturing method, a plate of a combustible poison between the two material plates of the channel box The three plates are interposed, hot-rolled and pressed, and the ends are cold-rolled and annealed as appropriate without electron beam welding or welding in vacuum. Then, while continuously moving the long zirconium-based alloy plate in which the burnable poison is engaged and arranged, β
Heat to single phase temperature range and cool. At that time, the alloy was heated and maintained in the β-phase single-phase temperature region so that the orientation ratio (Fl value) of the <0001> crystal orientation of the hexagonal Zr of the alloy to the plate longitudinal direction became 0.20 to 0.35. In addition, the difference in heating temperature between the center and the end in the plate width direction is reduced. At this time, heating in the β-phase temperature region is controlled by a parameter P obtained by the following equation.
It is preferable to rapidly cool after holding for a short time so that the value of is 0.8 or more.
【0040】 P=(3.55+logt)×log(T−980) (t:加熱時間(秒),T:加熱温度(℃)) さらに、β相温度領域での加熱は板材を移動させながら
誘導コイルによって連続的に所望の保持時間加熱すると
同時に加熱後に強制的に冷却するもので、このβ相への
加熱によって〈0001〉方位がランダムになるととも
に、高温高圧純水に対して耐食性の高いものが得られ
る。冷却は噴水(好ましくは温水の噴射)によって行う
のが好ましく、50〜300℃/秒、好ましくは100
〜250℃/秒以上の冷却速度とするのがよい。加熱手
段として他に赤外線,電気炉が用いることができる。P = (3.55 + logt) × log (T−980) (t: heating time (second), T: heating temperature (° C.)) Heating in the β-phase temperature region is induced by moving the plate material. The coil is continuously heated for a desired holding time and simultaneously cooled forcibly after the heating.The heating to the β phase makes the <0001> orientation random and has high corrosion resistance to high-temperature, high-pressure pure water. Is obtained. Cooling is preferably performed by a fountain (preferably hot water injection), and is 50 to 300 ° C./sec, preferably 100 ° C./sec.
It is preferable to set the cooling rate to 250250 ° C./sec or more. Infrared and electric furnaces can be used as the heating means.
【0041】特に、冷却に用いる冷媒は室温以上の温度
を有する温水を用いることによって冷却による冷却速度
を小さくして冷却による変形を防止することが好まし
い。その温度として40〜80℃が好ましい。In particular, it is preferable to use hot water having a temperature equal to or higher than room temperature as the cooling medium to reduce the cooling rate by cooling to prevent deformation due to cooling. The temperature is preferably from 40 to 80C.
【0042】前記β焼き入れ処理後、冷間圧延を施して
アニールすることにより再結晶化させ、β相結晶粒内の
亜粒界を除去することにより粒界すべりを生じさせなく
し、チャンネルボックスの内外面に生じる差圧によるク
リープ変形による膨れ変形を抑制することができる。After the β quenching treatment, cold rolling is performed and annealing is performed to recrystallize the crystal. By removing sub-grain boundaries in the β phase crystal grains, grain boundary slip is prevented from occurring, and the channel box is formed. The swelling deformation due to the creep deformation due to the differential pressure generated on the inner and outer surfaces can be suppressed.
【0043】その後、可燃性毒物を係合配置したジルカ
ロイ板材を曲げ加工し、溶接して角筒にする。次いで全
体を均一に加熱する焼鈍が行われる。焼鈍は500〜6
50℃(好ましくは550〜640℃)で行われる。こ
の焼鈍に際して、Zr基合金よりも熱膨張係数の大きい
オーステナイト系ステンレス鋼などの拘束部材によって
拘束して行うのが好ましく、それによって管状部材の整
形を行うことができる。これらの熱処理は非酸化性範囲
気中で行われ、特にAr中で行うのが好ましい。Thereafter, the Zircaloy plate material with the combustible poison engaged is bent and welded to form a square tube. Next, annealing for uniformly heating the whole is performed. Annealing 500-6
It is carried out at 50C (preferably 550-640C). It is preferable that the annealing is performed by constraining by a constraining member such as austenitic stainless steel having a larger coefficient of thermal expansion than the Zr-based alloy, whereby the tubular member can be shaped. These heat treatments are performed in a non-oxidizing range atmosphere, particularly preferably in Ar.
【0044】最終熱処理後は、サンドブラスト及び酸洗
によって表面の酸化皮膜が除去される。酸化皮膜が除去
された後、オートクレーブによって表面が酸化処理さ
れ、表面に安定な酸化皮膜が形成され、最終製品とされ
る。また、前述の両端部で固定するためのネジ穴等の端
部は除去されて使用される。After the final heat treatment, the oxide film on the surface is removed by sandblasting and pickling. After the oxide film is removed, the surface is oxidized by an autoclave, and a stable oxide film is formed on the surface to obtain a final product. In addition, the ends such as the screw holes for fixing at the both ends described above are used after being removed.
【0045】前述の如く構成された本発明の燃料集合体
は、沸騰水型原子炉に用いられる燃料集合体の燃料チャ
ンネルボックスに中性子吸収材または可燃性毒物を配備
することで、燃料に含まれるガドリニア量を減少、また
はなくするとともに、燃料集合体の局所ピーキング係数
を低減させることのできるものである。The fuel assembly of the present invention configured as described above is included in the fuel by disposing a neutron absorber or a burnable poison in the fuel channel box of the fuel assembly used for the boiling water reactor. The gadolinia amount can be reduced or eliminated, and the local peaking coefficient of the fuel assembly can be reduced.
【0046】チャンネルボックスに、中性子吸収材また
は可燃性毒物であるBP部材を配備し、特に、該BP部
材としてGd2O3を使用することによる反応度抑制、及
び、局所ピーキング係数の低減は、以下に述べるように
なる。A BP member, which is a neutron absorber or a burnable poison, is provided in the channel box. In particular, the use of Gd 2 O 3 as the BP member suppresses the reactivity and reduces the local peaking coefficient. It will be described below.
【0047】中性子照射量に伴う制御価値の変化は、図
33に示すようになるので、初期の余剰反応度を抑制す
ること、即ち、1サイクル目(照射量:〜1.0×1022
nvt)の反応度を制御するには、その材料としてGd2O3
が最適であることがわかる。また、燃料集合体において
は、集合体の内部よりも、水ギャップ部分の方が熱中性
子量が多く、中性子スペクトルは柔らかくなっている。
これは、集合体の内部よりも外周部の方が相対的に水の
量が多いことと、燃料集合体の内部の核分裂製物質によ
る熱中性子の吸収との2つのことに起因している。The change of the control value with the neutron irradiation amount is as shown in FIG. 33. Therefore, the initial surplus reactivity is suppressed, that is, in the first cycle (irradiation amount: up to 1.0 × 10 22).
nvt) can be controlled by using Gd 2 O 3
Is optimal. Further, in the fuel assembly, the amount of thermal neutrons is larger in the water gap portion than in the inside of the assembly, and the neutron spectrum is softer.
This is attributable to two factors: the outer peripheral portion has a relatively larger amount of water than the inside of the fuel assembly, and thermal neutron absorption by the fission material inside the fuel assembly.
【0048】一方、可燃性毒物,中性子吸収材は、図3
4に示す1/vの依存性の中性子吸収断面積を有し、熱
中性子が多いほど反応度抑制効果が大きい。MOX燃料
では、プルトニウムによる中性子の吸収がウランのそれ
よりも大きいために、燃料集合体内部の中性子スペクト
ルはいっそう硬くなっており、可燃性毒物の反応度抑制
効果は小さくなってしまう。そのために、可燃性毒物を
燃料に混入するよりも、水ギャップ部分、即ち、チャン
ネルボックスの内部に配備した方が、反応度抑制効果を
大きくすることができる。On the other hand, the burnable poison and the neutron absorbing material are shown in FIG.
The neutron absorption cross section of 1 / v dependence shown in FIG. 4 has a larger reactivity, and the more thermal neutrons, the greater the reactivity suppression effect. In MOX fuel, neutron absorption by plutonium is greater than that of uranium, so the neutron spectrum inside the fuel assembly is even harder, and the effect of suppressing the reactivity of burnable poisons is reduced. Therefore, the reactivity suppression effect can be increased by disposing the burnable poison in the water gap portion, that is, inside the channel box, rather than mixing the burnable poison into the fuel.
【0049】更に、燃料集合体での熱中性子束分布を見
ると、図35のように、相対的に水の多い燃料集合体の
外周部で熱中性子が盛り上がっており、逆に、燃料集合
体の中心部では、熱中性子束は低くなっている。そのた
め、局所ピーキング係数も、燃料集合体の外周部で高く
なる傾向がある。この局所ピーキング係数の高くなる領
域に近い、燃料チャンネルボックス部分に可燃性毒物や
中性子吸収材を混入することで、効果的に燃料集合体外
周部の局所ピーキング係数を抑制することが可能とな
る。Further, looking at the distribution of the thermal neutrons in the fuel assembly, as shown in FIG. 35, the thermal neutrons are raised at the outer peripheral portion of the fuel assembly having a relatively large amount of water. The neutron flux is low at the center of. Therefore, the local peaking coefficient also tends to be higher at the outer periphery of the fuel assembly. By mixing a burnable poison or a neutron absorbing material into the fuel channel box near the region where the local peaking coefficient is high, the local peaking coefficient at the outer periphery of the fuel assembly can be effectively suppressed.
【0050】更にまた、チャンネルボックスの長手方向
に、可燃性毒物や中性子吸収材を分布させることの機能
は次のとおりである。The function of distributing burnable poisons and neutron absorbers in the longitudinal direction of the channel box is as follows.
【0051】沸騰水型原子炉では、原子炉炉心内部でそ
の冷却水が沸騰しながら原子炉炉心下部から上部に向か
って流れているために、原子炉炉心軸方向に水蒸気泡
(ボイド)が分布しており、しかも、このボイドの量
は、炉心上部に向かうにつれて増加する傾向にある。軽
水減速型原子炉では、減速材(水)の密度が核分裂反応
を制御しており、減速材密度が大きいほど核分裂反応が
促進するように設計されている。したがって、炉心軸方
向の出力分布を考えた場合、ボイドの少ない炉心下部の
方が、ボイドの多い炉心上部よりも出力が大きくなる傾
向がある。これに対しては、チャネルボックス内に存在
する中性子吸収材や可燃性毒物の量を、軸方向で反応度
の大きい下部領域で多く、上部領域に行くに従って少な
くなるように分布させることで、効果的に対応できるよ
うになる。In the boiling water reactor, since the cooling water flows from the lower part to the upper part of the reactor core while boiling inside the reactor core, steam bubbles (voids) are distributed in the axial direction of the reactor core. In addition, the amount of the voids tends to increase toward the upper part of the core. In a light water moderator, the moderator (water) density controls the fission reaction, and the fission reaction is designed to be promoted as the moderator density increases. Therefore, when considering the power distribution in the axial direction of the core, the power tends to be higher in the lower part of the core with less voids than in the upper part of the core with many voids. To deal with this, the amount of neutron absorbers and burnable poisons present in the channel box is distributed in such a way that the amount is larger in the lower region where the reactivity is large in the axial direction, and becomes smaller toward the upper region. Will be able to deal with it.
【0052】更に、軸方向上部領域は、ボイド率が高い
ために中性子スペクトルも硬くなっているために、可燃
性毒物や中性子吸収材の減損も下部領域に比べて遅くな
る傾向があり、可燃性毒物,中性子吸収材を軸方向に分
布させることで、軸方向での減損が均等に進行する。Further, since the neutron spectrum is hard in the upper region in the axial direction due to the high void fraction, the loss of burnable poisons and neutron absorbing materials tends to be slower than that in the lower region. By distributing the poison and the neutron absorbing material in the axial direction, the loss in the axial direction proceeds evenly.
【0053】更にまた、本発明においては、可燃性毒物
をチャンネルボックス内に埋設、もしくは、可燃性毒物
をジルカロイ等の金属でコーテングしたことによって、
該可燃性毒物が直接炉水に接することがなくなったこと
で、可燃性毒物自体腐食及びチャンネルボックスと可燃
性毒物との間の隙間腐食やガルバニック腐食が生じなく
なる。Further, in the present invention, the burnable poison is buried in the channel box, or the burnable poison is coated with a metal such as Zircaloy.
Since the burnable poison does not come into direct contact with the reactor water, corrosion of the burnable poison itself, crevice corrosion between the channel box and the burnable poison, and galvanic corrosion do not occur.
【0054】更にまた、本発明は、チャンネルボックス
を形成する前段の製造行程の素材板の状態で、該素材板
の内部に可燃性毒物を埋設させたので、外部に可燃性毒
物が露出しないすっきりとしたチャンネルボックスを構
成できると共に、本発明のチャンネルボックスの製造方
法を採用することによって、可燃性毒物を埋設した低照
射変形チャンネルボックスが容易に製造でき、かつ、チ
ャンネルボックスの素材板間の剥離等の現象をなくする
ことができる。Further, according to the present invention, since the burnable poison is buried inside the blank in the state of the blank in the manufacturing process before forming the channel box, the burnable poison is not exposed to the outside. By adopting the channel box manufacturing method of the present invention, a low-irradiation deformed channel box in which a burnable poison is buried can be easily manufactured, and separation between the material plates of the channel box can be easily achieved. And other phenomena can be eliminated.
【0055】[0055]
【発明の実施の形態】 (実施例1)図1は、本発明の燃料集合体Aの第1の実
施形態を示したものであり、図1(a),(b)の上部の
図はチャンネルボックス長手方向から見た断面図、下部
の図はチャンネルボックス長手方向から見た側面図であ
る。該燃料集合体Aは、チャンネルボックス1,多数の
燃料棒2の束,ウォータロッド3、及び、前記チャンネ
ルボックス1の四囲の部材内に配置された可燃性中性子
吸収毒物(BP)を含有するBP部材4等から形成され
ている。BP部材4は、チャンネルボックス1の四囲側
面のコーナー近傍に長手方向に埋め込まれて配置されて
いる。図1(a)はウォータロッド3が二つであり、図
1(b)は、ウォータロッド3が一つである、その他は
図(a)(b)はその実施形態を同じくしている。図2
は、第2の実施形態であり、BP部材4がチャンネルボ
ックス1の側面のコーナー部の長手方向に埋め込まれて
配置されている。(Embodiment 1) FIG. 1 shows a first embodiment of a fuel assembly A of the present invention. The upper part of FIGS. 1 (a) and 1 (b) is A cross-sectional view as viewed from the longitudinal direction of the channel box, and a lower view is a side view as viewed from the longitudinal direction of the channel box. The fuel assembly A includes a channel box 1, a bundle of a large number of fuel rods 2, a water rod 3, and a BP containing a combustible neutron absorbing poison (BP) disposed in four surrounding members of the channel box 1. It is formed from the member 4 and the like. The BP member 4 is disposed so as to be buried in the longitudinal direction in the vicinity of a corner of the four surrounding side surfaces of the channel box 1. FIG. 1A shows two water rods 3, FIG. 1B shows one water rod 3, and FIGS. 1A and 1B show the same embodiment. FIG.
Is a second embodiment, in which a BP member 4 is buried and arranged in a longitudinal direction of a corner portion on a side surface of the channel box 1.
【0056】このようにBP部材4をチャンネルボック
ス1内に埋め込んで配置することにより、BP部材4が
直接炉水に接することがないため、隙間腐食やガルバニ
ック腐食等を防止することができる。By burying and disposing the BP member 4 in the channel box 1 as described above, since the BP member 4 does not come into direct contact with the reactor water, crevice corrosion, galvanic corrosion and the like can be prevented.
【0057】更に、BP部材4をチャンネルボックス1
のコーナー部及びコーナー近傍部に配置したことによ
り、燃料集合体Aのコーナー部の局所ピーキング係数を
効果的に抑制することが可能となる。Further, the BP member 4 is connected to the channel box 1
By arranging them at the corners and near corners, the local peaking coefficient at the corners of the fuel assembly A can be effectively suppressed.
【0058】図3〜図5は、前記第1の実施形態の燃料
集合体Aのチャンネルボックス1の製造方法を示してい
る。まず、図3に示されているようにチャンネルボック
ス1となるジルカロイ素材板に深さ0.2mm〜1.5mm程
度のへこみを板の長手方向に形成する。なお、へこみの
深さは、BP金属の含有量及びBP部材の幅により決定
される。次に該へこみに、そのへこみと同じ大きさのB
P部材4をはめ込み、他の薄いジルカロイ素材板を貼り
合わせ、合わせ目を真空中で必要に応じて電子ビーム溶
接する。その後、600〜700度で熱間圧延,冷間圧
延,焼鈍(アニール)を数回行い、完全な一枚板にす
る。前記熱間圧延するのに代えて、前記素材を最高12
20度まで加熱してホットプレスで圧延して一枚板にす
る方法もある。また、素材板間の剥離等がないならば、
電子ビーム溶接を省くこともでき、特に、ホットプレス
で圧延した場合には、該電子ビーム溶接を省略する可能
性が高い。前記一枚板にした後、該ジルコニウム基合金
の六方晶ジルコニウムの結晶方位をランダム化するとい
う目的で、β相温度範囲に加熱保持し、その後急冷す
る。該β焼入れの具体的方法は、高周波誘導コイルによ
る加熱とその下部に設けた水冷ノズルによる冷却によっ
て行われる。コイル及び水冷ノズルは固定で、板材を下
方に連続移動させながら行われる。加熱温度の測定は板
材の加熱直後の水冷ノズルの直前の空間で板材を直接光
高温計によって行った。加熱保持時間は板材の移動速度
を調整することにより行われる。本実施例における板材
の端部と中央部との温度差は10℃以下であり、加熱温
度は1050〜1150℃,保持時間3〜20秒のいく
つかの組合せにて行った。冷却水には40〜80℃の温
水を用い、一つの冷却にはほぼ一定の温度の温水を用い
て行った。図6は、本発明に基づく可燃性毒物を係合配
置したジルコニウム基合金板材の焼入れ装置の斜視図で
ある。可燃性毒物を係合配置したジルコニウム基合金の
板材41は高周波誘導加熱コイル44の上部と冷却用水
吹き付けノズル46の下部に板材41が前後左右に移動
しないようにローラが設けられ、高周波誘導加熱コイル
44と板材41との間隙が加熱冷却時に常に一定になる
ようにして矢印のように連続移動するものである。板材
41が一定の速度で上方から下方へコイル内を通過する
ことにより、全体の熱処理が完了する。加熱温度は11
00℃で保持時間10秒となるように板材41の送り速
度及び高周波電源5の出力を調整した。FIGS. 3 to 5 show a method of manufacturing the channel box 1 of the fuel assembly A of the first embodiment. First, as shown in FIG. 3, a dent having a depth of about 0.2 mm to 1.5 mm is formed in a Zircaloy material plate serving as a channel box 1 in the longitudinal direction of the plate. The depth of the dent is determined by the content of the BP metal and the width of the BP member. Then, in the dent, B of the same size as the dent
The P member 4 is fitted, another thin Zircaloy material plate is bonded, and the joint is subjected to electron beam welding in a vacuum as needed. Thereafter, hot rolling, cold rolling, and annealing (annealing) are performed several times at 600 to 700 degrees to complete a single sheet. Instead of hot rolling, the material may be
There is also a method of heating to 20 degrees and rolling by a hot press to make a single plate. Also, if there is no separation between the material plates,
Electron beam welding can also be omitted, and particularly when rolling by hot pressing, there is a high possibility that the electron beam welding is omitted. After the single plate is formed, the plate is heated and maintained in a β phase temperature range for the purpose of randomizing the crystal orientation of hexagonal zirconium of the zirconium-based alloy, and then rapidly cooled. A specific method of the β quenching is performed by heating with a high frequency induction coil and cooling with a water cooling nozzle provided below the coil. The coil and the water-cooling nozzle are fixed, and are performed while continuously moving the plate material downward. The heating temperature was measured by using an optical pyrometer directly on the plate in the space immediately before the water cooling nozzle immediately after the plate was heated. The heating and holding time is performed by adjusting the moving speed of the plate material. In this example, the temperature difference between the end portion and the center portion of the plate material was 10 ° C. or less, and the heating temperature was set at 1050 to 1150 ° C. and the holding time was set to several combinations of 3 to 20 seconds. As cooling water, warm water of 40 to 80 ° C. was used, and one cooling was performed using a substantially constant temperature of warm water. FIG. 6 is a perspective view of a quenching device for a zirconium-based alloy plate material in which a burnable poison is engaged and arranged according to the present invention. The zirconium-based alloy plate 41 in which the burnable poison is engaged is provided with rollers at the upper part of the high-frequency induction heating coil 44 and at the lower part of the cooling water spray nozzle 46 so that the plate 41 does not move back and forth and right and left. The gap between the plate 44 and the plate member 41 is continuously moved as indicated by an arrow so that the gap is always constant during heating and cooling. When the plate material 41 passes through the coil from above to below at a constant speed, the entire heat treatment is completed. Heating temperature is 11
The feed speed of the plate material 41 and the output of the high-frequency power supply 5 were adjusted so that the holding time at 00 ° C. was 10 seconds.
【0059】βZr結晶粒内には層状あるいは針状の亜
粒界が多数存在し、粒界すべりが生じやすくなっている
ため、照射中にチャンネルボックス内外面に生じる差圧
により、クリ−プして膨れ変形が増大する。そこで、再
結晶化させることにより粒内の亜粒界を除去するため
に、β焼入れ後、冷間圧延し600℃〜700℃で約2
時間焼鈍(アニール)を行う。Since a large number of layered or needle-shaped sub-grain boundaries are present in the βZr crystal grains and grain boundary slip is likely to occur, the creep is caused by the differential pressure generated on the inner and outer surfaces of the channel box during irradiation. Bulging deformation increases. Therefore, in order to remove sub-grain boundaries in grains by recrystallization, after β-quenching, cold rolling is performed at 600 ° C. to 700 ° C. for about 2 hours.
Time annealing is performed.
【0060】さらにその後、チャンネルボックス1の形
状にするために、図4に示すようにコの字状に冷間曲げ
を行い、プラズマ溶接による四角の筒体の形成と溶接ビ
ードのつぶしと切削による平坦化、SUS304製十字型マン
ドレルを筒体に挿入して600℃×2h加熱による焼鈍と
ストレート化の整形、前述の焼入れによって形成された
酸化スケールのサンドブラスト,酸洗による内表面,外
表面の除去,脱脂等の表面仕上げ、及び水蒸気によるオ
ートクレーブ処理が施され、最終製品となる。図7は上
述のように製作された角筒を使用したBWR燃料集合体
の部分断面図である。Thereafter, in order to obtain the shape of the channel box 1, cold bending is performed in a U-shape as shown in FIG. 4 to form a square cylindrical body by plasma welding, and by crushing and cutting the weld bead. Flattening, Inserting a SUS304 cross-shaped mandrel into the cylinder, shaping annealing and straightening by heating at 600 ° C for 2 hours, sand blasting of the oxide scale formed by the aforementioned quenching, and removal of the inner and outer surfaces by pickling. , Surface finishing such as degreasing, and autoclave treatment with water vapor are applied to the final product. FIG. 7 is a partial cross-sectional view of a BWR fuel assembly using the rectangular tube manufactured as described above.
【0061】BWR燃料集合体は、図7に示すように、
多数の燃料棒11とそれらを相互の所定の間隔で保持す
るスペーサ12、更に、それらを収納する角筒のチャン
ネルボックス1,燃料被覆管内に燃料ペレットが入った
燃料棒11の両端を保持する上部タイプレート14、及
び、下部タイプレート15、並びに、全体を搬送するた
めのハンドル13から構成される。The BWR fuel assembly, as shown in FIG.
A large number of fuel rods 11 and spacers 12 for holding them at a predetermined interval from each other, a rectangular channel box 1 for accommodating them, an upper part for holding both ends of fuel rods 11 containing fuel pellets in a fuel cladding tube. It comprises a tie plate 14, a lower tie plate 15, and a handle 13 for transporting the whole.
【0062】(実施例2)図5に示されるように、BP
板材4をジルカロイの素材板41で挟んだものを600
〜700℃で熱間圧延を施して圧着し、両端部を真空中
で電子ビーム溶接した後、冷間圧延,焼鈍を繰り返して
一枚板にする方法がある。この場合も、素材板41の剥
離等の問題がなければ、真空中での電子ビーム溶接を省
くことができる。そして、BP部材4は、図で示される
ように完全にジルカロイ素材41で覆われており、外部
に接しないものとする。その後の製造工程は、図3,図
4に示されるのと同様な工程を経てチャンネルボックス
を製造する。(Embodiment 2) As shown in FIG.
Plate material 4 sandwiched between Zircaloy material plates 41 is 600
There is a method in which hot rolling is performed at about 700 ° C., pressure bonding is performed, and both ends are electron-beam welded in a vacuum, and then cold rolling and annealing are repeated to form a single plate. Also in this case, if there is no problem such as separation of the material plate 41, electron beam welding in a vacuum can be omitted. The BP member 4 is completely covered with the Zircaloy material 41 as shown in the figure, and does not contact the outside. In the subsequent manufacturing steps, the channel box is manufactured through steps similar to those shown in FIGS.
【0063】(実施例3)図8は、第3の実施形態であ
り、BP部材4をチャンネルボックス1のくぼみにはめ
込んで、外側をジルカロイ素材(Zry)の薄板5で被覆
した場合であり、実施例1と同様にβ焼入れを行うもの
である。チャンネルボックス1の外側のコーナー部及び
コーナー部近傍にへこみを作っておき、そこにBP部材
4をはめ込んだ後、チャンネルボックス1の側面の一部
あるいは側面全体をZry製の薄板5で覆い、溶接して直
接BP部材4を炉水に直接触れさせないようにした場合
である。(Embodiment 3) FIG. 8 shows a third embodiment, in which a BP member 4 is fitted in a recess of a channel box 1 and the outside is covered with a thin plate 5 made of a Zircaloy material (Zry). In the same manner as in the first embodiment, β quenching is performed. A dent is formed in the outer corner portion and the vicinity of the corner portion of the channel box 1 and the BP member 4 is fitted therein. Then, a part of the side surface or the entire side surface of the channel box 1 is covered with a thin plate 5 made of Zry and welded. In this case, the BP member 4 is not directly brought into contact with the reactor water.
【0064】図8(a)は、BP部材4をチャンネルボ
ックス1のコーナー部に配置した場合で、該BP部材の
外側のみを薄板5で覆ったものであり、図8(b)は、
チャンネルボックス1の四囲全体を薄板5で覆った場合
である。FIG. 8A shows a case where the BP member 4 is arranged at a corner of the channel box 1 and only the outside of the BP member is covered with a thin plate 5, and FIG.
This is a case where the entire area around the channel box 1 is covered with the thin plate 5.
【0065】図9(a),(b)は、第4の実施形態であ
り、BP部材4をコーナー近傍部に配置した場合であ
り、それ以外は図8の実施形態と同じである。FIGS. 9A and 9B show a fourth embodiment, in which the BP member 4 is arranged in the vicinity of the corner, and the rest is the same as the embodiment of FIG.
【0066】また、後述するような他の金属でコーテン
グされたBP部材4を使用する場合には、Zry製薄板で
被覆する必要はない。When the BP member 4 coated with another metal as described later is used, it is not necessary to cover with a Zry thin plate.
【0067】(実施例4)図10は、BP部材4の形状
を示しており、図10(a)は、チャンネルボックス長
手方向の下部におけるBP部材4の幅を上部に比べて不
連続的に広くした場合であり、図10(b)は、チャン
ネルボックス1の長手方向の下部におけるBP部材4の
幅を上部に比べて連続的に広くした場合であり、前述と
同様にβ焼入れが行われる。(Embodiment 4) FIG. 10 shows the shape of the BP member 4, and FIG. 10A shows that the width of the BP member 4 at the lower part in the longitudinal direction of the channel box is discontinuous compared to the upper part. FIG. 10B shows a case where the width of the BP member 4 at the lower part in the longitudinal direction of the channel box 1 is continuously increased as compared with the upper part, and β quenching is performed in the same manner as described above. .
【0068】図11は、BP部材4をチャンネルボック
ス1の長手方向で分割した場合である。この場合、等し
い長さのBP部材4を等間隔に配置した場合と、図で示
されるようにチャンネルボックス1の下部ほど長いBP
部材4を間隔を狭めて配置した場合とがある。ここで、
炉心軸方向の出力分布を考えてみると、原子炉の炉芯軸
方向に水蒸気泡(ボイド)が存在し、炉心上部にいくほ
ど増加するため、炉心軸方向の出力分布は、図12の曲
線aのようにボイドの少ない炉心下部の方が、ボイドの
多い炉心上部よりも大きくなる。そこで前記のように、
BP部材4の量を上部に少なく、下部に多く配置するこ
とにより、炉心軸方向の出力分布を曲線bのように平坦
化させることができる。FIG. 11 shows a case where the BP member 4 is divided in the longitudinal direction of the channel box 1. In this case, the BP members 4 having the same length are arranged at regular intervals, and the BP member 4 having a longer length as shown in FIG.
There are cases where the members 4 are arranged with a reduced interval. here,
Considering the power distribution in the core axis direction, since steam bubbles (voids) exist in the core axis direction of the nuclear reactor and increase toward the upper part of the core, the power distribution in the core axis direction is represented by the curve in FIG. The lower part of the core having less voids as shown in a is larger than the upper part of the core having many voids. So, as mentioned above,
By disposing the amount of the BP member 4 in the upper portion and increasing the amount in the lower portion, the power distribution in the core axis direction can be flattened as shown by a curve b.
【0069】図13は、チャンネルボックス1の長手方
向のBP部材4の幅を均一にした場合である。該図13
は、チャンネルボックス1の長手方向のBP部材4の長
さを燃料棒2の有効長さの80〜100%の長さにした
場合である。FIG. 13 shows a case where the width of the BP member 4 in the longitudinal direction of the channel box 1 is made uniform. FIG.
Is a case where the length of the BP member 4 in the longitudinal direction of the channel box 1 is set to 80 to 100% of the effective length of the fuel rod 2.
【0070】(実施例5)図14〜図16は、BP部材
4の製造方法を示し、図示していないが、同様にβ焼入
れを行うものである。前記BP部材4には、カドミウム
(Cd),サマリウム(Sm),ホウ素(B),ガドリニ
ウム(Gd),銀(Ag),インジウム(In),ハフ
ニウム(Hf)のうち少なくとも一つが含有されてお
り、それらは金属,合金,金属間化合物またはセラミッ
クスのいずれかの形態と成っている。BP部材の中のB
P金属の含有量は、例えば、ガドリニウムの場合、初期
反応度を制御するためのは、チャンネルボックスの総重
量に対して2〜8wt%必要である。また、Gd/Zry
−4合金をBP部材として使用する場合の合金成分の一
例として、錫:1.20−1.70,鉄:0.18−0.2
4 ,クロム:00.7−0.13 ,酸素:0.10−0.
16,ガドリニウム:5−80,ジルコニウム:残り
(wt%)が挙げられる。この場合、BP部材の大き
さ、個数によりガドリニウムの割合は変化する。(Embodiment 5) FIGS. 14 to 16 show a method of manufacturing the BP member 4, which is not shown, but performs β quenching similarly. The BP member 4 contains at least one of cadmium (Cd), samarium (Sm), boron (B), gadolinium (Gd), silver (Ag), indium (In), and hafnium (Hf). They are in the form of any of metals, alloys, intermetallic compounds or ceramics. B in BP member
For example, in the case of gadolinium, the content of the P metal is required to be 2 to 8 wt% with respect to the total weight of the channel box in order to control the initial reactivity. Gd / Zry
As an example of alloy components when the -4 alloy is used as a BP member, tin: 1.20-1.70, iron: 0.18-0.2
4, chromium: 0.7-0.13, oxygen: 0.10-0.
16, gadolinium: 5-80, zirconium: remaining (wt%). In this case, the ratio of gadolinium changes depending on the size and the number of BP members.
【0071】図14の(1)(a)は、Zryよりも融点の
低いBP金属(Gd,Cdなど)の上にZry粉末を置
き、BP金属の融点まで真空中で加熱し、BP金属をZ
ry粉末の空隙に含侵させて、BP部材4を形成する方法
である。図14の(1)(b)は、逆に、Zry板あるいス
ポンジジルコニウムの上に、Zryよりも融点の高いBP
金属あるいはBP酸化物の粉末を配置してZrの融点以
上の温度(1860℃)まで真空中で加熱し、ZryをBP
粉末の空隙に含侵させて、BP部材4を形成する方法で
ある。FIG. 14A shows (1) (a) that a Zry powder is placed on a BP metal (Gd, Cd, etc.) having a lower melting point than Zry, and heated in a vacuum to the melting point of the BP metal to reduce the BP metal. Z
This is a method of forming the BP member 4 by impregnating voids of ry powder. Conversely, (1) and (b) of FIG. 14 show that a BP having a higher melting point than Zry is placed on a Zry plate or sponge zirconium.
A metal or BP oxide powder is placed and heated in a vacuum to a temperature (1860 ° C.) equal to or higher than the melting point of Zr.
This is a method of forming the BP member 4 by impregnating the voids of the powder.
【0072】図14の(2)(a)は、BP板材4をメッ
キ、あるいは、蒸着などによりZryでコーテングする方
法であり、図14の(2)(b)は、これとは逆にZry板
材をBP金属でコーテングする方法である。FIG. 14 (2) (a) shows a method of coating the BP plate 4 with Zry by plating or vapor deposition, etc., and FIG. 14 (2) (b) This is a method of coating a plate material with BP metal.
【0073】図15は、ジルカロイでコーテングされた
BP部材4の製造工程示したものであって、図示される
ように、BP粉末とZry粉末をMA(Mecanical Alloin
g)法によって強加工を加え、BP(金属,酸化物)を過
飽和に固溶したMA合金粉末とする。MA方法として
は、Fritsch 製遊星型ボールミルP−5/4を使用し、
ディスクの回転数を200rpm に一定にし、Arガス雰
囲気中、室温において100〜150時間にわたって加
工を行う。その後、作製したMA合金粉末を1,000
℃ 以上でHIP(等方静水圧加工)により焼結し、図
15に(A)として示されているような焼結体のBP部
材4を完成させる。該焼結体のBP部材4を、更に、ジ
ルカロイでコーテングする場合には、Zry製容器6内に
該焼結体を入れ、真空封入した後、HIPにより押し固
めることによって、図15に(B)として示されているよ
うなジルカロイでコーテングされたBPブロック材4を
製造することができる。このメカニカルアローイング法
を用いることにより、室温での固溶量以上のBP金属、
および、BP酸化物をジルカロイ中に過飽和に固溶させ
ることが可能となる。FIG. 15 shows a manufacturing process of the BP member 4 coated with Zircaloy. As shown in FIG. 15, the BP powder and the Zry powder are mixed with MA (Mechanical Alloin).
g) A heavy working is performed by the method to obtain an MA alloy powder in which BP (metal, oxide) is dissolved in supersaturation. As the MA method, a planetary ball mill P-5 / 4 manufactured by Fritsch was used.
Processing is performed at a constant rotation speed of the disk of 200 rpm and in an Ar gas atmosphere at room temperature for 100 to 150 hours. After that, the prepared MA alloy powder was
Sintering is performed by HIP (isotropic isostatic pressing) at a temperature equal to or higher than ℃ to complete the BP member 4 of a sintered body as shown in FIG. When the BP member 4 of the sintered body is further coated with Zircaloy, the sintered body is placed in a Zry container 6, sealed in a vacuum, and then compacted by HIP to obtain a structure shown in FIG. ), A BP block material 4 coated with Zircaloy can be manufactured. By using this mechanical arrowing method, BP metal having a solid solution amount or more at room temperature,
In addition, the BP oxide can be supersaturated in Zircaloy to form a solid solution.
【0074】図16は、Zry粉末,BP金属粉末あるい
はBP酸化物粉末を混合した粉体を押し固め、ブロック
状にした後、適当な低融点金属の液体に浸して、コーテ
ングされたBPブロック材7を製造する方法である。FIG. 16 is a diagram showing a BP block material coated with Zry powder, BP metal powder or BP oxide powder, which is compacted into a block and then immersed in an appropriate low melting metal liquid. 7 is a method for producing the same.
【0075】前記記載のBP部材4の製造方法以外に、
次のような方法もある。例えば、ジルカロイとBP金属
をアーク溶解法などで溶解させて合金化する方法であ
る。またこの際、現用ジルカロイと比べ、機械的特性が
劣ることが考えられるため、強化するための添加元素を
添加する方が好ましい。Other than the method of manufacturing the BP member 4 described above,
There are also the following methods. For example, there is a method in which zircaloy and BP metal are melted by an arc melting method or the like and alloyed. At this time, it is considered that the mechanical properties are inferior to those of the currently used zircaloy, so it is preferable to add an additional element for strengthening.
【0076】また、金属間化合物としてBP金属をジル
カロイ中に析出させて、析出型合金を作る方法もある。
ジルコニウムと金属間化合物を作るBP金属としては、
カドミウム,ホウ素,銀,インジウムなどが挙げられ
る。There is also a method in which BP metal is precipitated in zircaloy as an intermetallic compound to produce a precipitation type alloy.
As a BP metal that forms an intermetallic compound with zirconium,
Cadmium, boron, silver, indium and the like can be mentioned.
【0077】以上、本発明のいくつかの実施形態につい
て詳説したが、本発明は、前記実施形態に限定されるも
のではなく、特許請求の範囲に記載された発明の精神を
逸脱しない範囲で、設計において種々の変更ができるも
のである。Although some embodiments of the present invention have been described in detail, the present invention is not limited to the above-described embodiments, but may be made within the spirit and scope of the invention described in the appended claims. Various changes can be made in the design.
【0078】(実施例6)第5の実施形態として、前述
と同様にβ焼入れを行うとともに前記した如きBP部材
4をチャンネルボックス1に埋め込む手段以外に、次の
方法がある。即ち、図17に示されるように、他の金属
でコーテングされたBP部材4を使用する場合には、該
BP部材4をチャンネルボックス1に埋め込まずに、そ
の側面に取付ける手段が考えられる。図17(a)(b)
は、前記コーテングされたBP部材4がチャンネルボッ
クス1の外側面のコーナー近傍に長手方向に配置された
場合であり、図18(b)は、前記コーテングされたB
P部材4がチャンネルボックス1の外側面のコーナー部
に長手方向に配置された場合である。図18(a)は、
コーテングされたBP部材4がチャンネルボックス1の
内側面のコーナー近傍に長手方向に配置された場合であ
り、図19は、BP部材4がチャンネルボックス1の内
側面のコーナー部に長手方向に配置された場合である。(Embodiment 6) As a fifth embodiment, there is the following method other than the means for performing quenching as described above and embedding the BP member 4 in the channel box 1 as described above. That is, as shown in FIG. 17, when a BP member 4 coated with another metal is used, a means for attaching the BP member 4 to the side surface thereof without embedding the BP member 4 in the channel box 1 can be considered. FIG. 17 (a) (b)
FIG. 18B shows a case where the coated BP member 4 is disposed in the longitudinal direction near the corner of the outer surface of the channel box 1. FIG.
This is the case where the P member 4 is disposed in the longitudinal direction at the corner on the outer surface of the channel box 1. FIG. 18 (a)
FIG. 19 shows a case where the coated BP member 4 is arranged in the longitudinal direction near the corner of the inner surface of the channel box 1, and FIG. Is the case.
【0079】この場合のチャンネルボックス1へのBP
部材4の取付け方法が図20に示されている。該図20
(a)は、BP部材4をジルカロイ製あるいはステンレ
ス製のリベット8を用いて取付ける方法である。この場
合、リベット8によって、BP部材4をチャンネルボッ
クス1の内外側のどちらに取付けてもよい。図20
(b)は、コーテングされたBP部材4をチャンネルボ
ックス1の側面に直接溶接して取付ける方法である。BP to channel box 1 in this case
FIG. 20 shows a method of attaching the member 4. FIG. 20
(A) is a method of attaching the BP member 4 using a rivet 8 made of Zircaloy or stainless steel. In this case, the BP member 4 may be attached to either the inside or the outside of the channel box 1 by the rivets 8. FIG.
(B) shows a method in which the coated BP member 4 is directly welded and attached to the side surface of the channel box 1.
【0080】更に、図21は、ジルカロイ製あるいはス
テンレス製の固定具9によって、コーテングされたBP
部材4を取付ける方法である。Further, FIG. 21 shows a BP coated with a fixture 9 made of Zircaloy or stainless steel.
This is a method of attaching the member 4.
【0081】(実施例7)図22は、第6の実施形態と
して、前述と同様にβ焼入れを行うとともに、ウォータ
ロッド3内にコーテングされたBP部材4を配備した場
合である。図22に示されるようにウォータロッド3の
中に、コーテングされたBP金属製の管10を配置して
二重構造にした場合と、該BP金属管10のさらに内側
にZry製管11を配置して三重構造にした場合がある。(Embodiment 7) FIG. 22 shows a sixth embodiment in which β quenching is performed in the same manner as described above, and a BP member 4 coated on the water rod 3 is provided. As shown in FIG. 22, a coated BP metal tube 10 is disposed in the water rod 3 to form a double structure, and a Zry tube 11 is disposed further inside the BP metal tube 10. To make a triple structure.
【0082】(実施例8)前述の実施例1〜7ではチャ
ンネルボックスの板厚は全体が同じ厚さからなるもので
ある。第7の実施形態として、前述の実施例と同様に可
燃性毒物を有し、更にβ焼入れを行うもので、図23及
び図24に示すように角部が辺部に対して、厚肉にした
ものである。図23及び図24に示すチャンネルボック
スは前述のようにSUS304製マンドレルを挿入して熱処理
を行った後、マスキングして弗化水素と硝酸の混酸水溶
液による化学エッチング又は機械切削加工によって所定
の形状に成形加工され、角部20に対して辺部21が薄
肉となるようにしており、図23に示すように筒体の外
側(b)又は内側(c)で凹にするものである。図23
では薄肉部分は四辺形の四辺に対して同じ厚さとしてい
る。図24では辺部の上下で異なった厚さとし、上部2
2で下部23より薄肉としたものである。(Embodiment 8) In Embodiments 1 to 7 described above, the thickness of the channel box is entirely the same. As a seventh embodiment, a burnable poison is contained in the same manner as in the above-described embodiment, and further, β quenching is performed. As shown in FIGS. It was done. The channel box shown in FIGS. 23 and 24 is heat-treated by inserting a SUS304 mandrel as described above, then masked and formed into a predetermined shape by chemical etching using a mixed acid aqueous solution of hydrogen fluoride and nitric acid or by mechanical cutting. It is formed so that the side 21 is thinner than the corner 20 and is concave on the outside (b) or inside (c) of the cylindrical body as shown in FIG. FIG.
Then, the thin portion has the same thickness with respect to the four sides of the quadrilateral. In FIG. 24, the upper and lower sides have different thicknesses.
2 is thinner than the lower portion 23.
【0083】また、この製造過程中のβ焼入れ後の冷間
圧延及び焼鈍(アニール)を省略することも可能であ
る。It is also possible to omit the cold rolling and annealing after β quenching during the manufacturing process.
【0084】本実施例における構造については、長時間
の使用によるクリープ変形によって生じるふくれを防止
しようとするものである。また、本構造に対しても実施
例1〜3に記載の可燃性毒物を係合配置したジルコニウ
ム基合金がいずれも使用でき、同様に焼入れ処理を行う
ことによって照射成長による曲がりを防止される。The structure in this embodiment is intended to prevent blistering caused by creep deformation due to long-term use. Also for this structure, any of the zirconium-based alloys in which the burnable poisons described in Examples 1 to 3 are engaged and arranged can be used. Similarly, by performing the quenching treatment, bending due to irradiation growth can be prevented.
【0085】(実施例9)図25は、第8の実施形態で
あり、前述と同様にβ焼入れを行うとともにBP含有の
Zry合金で作成したチャンネルボックス1である。チャ
ンネルボックスの形状は、図25の(a)(b)で示され
るように、コーナー部の肉厚を厚くすることにより、燃
料集合体Aのコーナー部の局所ピーキング係数を効果的
に抑制し、更に、中性子照射下で生じるクリープ変形に
起因するチャンネルボックス1のコーナー部の膨れ変形
も同時に抑制することが可能となり、目的は実施例8と
同じである。また、表面をジルカロイなどの高耐食性合
金でコーテングすることにより、可燃性毒物が直接炉水
に接することがなく、耐食性を高めることができる。チ
ャンネルボックスの全体をGd/Zry−4合金で作製す
る場合の合金成分の一例として、錫:1.20−1.7
0,鉄:0.18−0.24,クロム:00.7−0.13
,酸素:0.10−0.16,ガドリニウム:2.0−
8.0,ジルコニウム:残り(wt%)が挙げられる。(Embodiment 9) FIG. 25 shows an eighth embodiment, which is a channel box 1 which has been subjected to β quenching in the same manner as described above and made of a Zry alloy containing BP. As shown in FIGS. 25A and 25B, the shape of the channel box is such that the local peaking coefficient at the corner of the fuel assembly A is effectively suppressed by increasing the thickness of the corner, Further, it is possible to simultaneously suppress the bulging deformation of the corner portion of the channel box 1 due to creep deformation generated under neutron irradiation, and the purpose is the same as that of the eighth embodiment. In addition, by coating the surface with a highly corrosion-resistant alloy such as Zircaloy, the burnable poison does not come into direct contact with the reactor water, and the corrosion resistance can be increased. Tin: 1.20-1.7 is an example of an alloy component when the entire channel box is made of a Gd / Zry-4 alloy.
0, iron: 0.18-0.24, chromium: 0.7-0.13
, Oxygen: 0.10-0.16, gadolinium: 2.0-
8.0, zirconium: The remainder (wt%) is exemplified.
【0086】(実施例10)ジルコニウム合金板材とし
て、表1に示す合金組成を有する3種類のジルカロイを
使用し、表2に示す熱処理を施した。中性子照射を受け
て変形を受けるのはジルコニウムであり、可燃性毒物を
有しないジルコニウム基合金での中性子照射を行ったも
のである。Example 10 Three kinds of zircaloys having the alloy compositions shown in Table 1 were used as the zirconium alloy sheet materials, and were subjected to the heat treatment shown in Table 2. It is zirconium that is deformed by neutron irradiation, and neutron irradiation is performed on a zirconium-based alloy having no burnable poison.
【0087】いずれの合金も厚さ2.5mm の板材であ
り、受け入れ前に冷間圧延と650℃,2時間の焼鈍と
を繰り返し施されている。表2に示した熱処理No.2〜
4は、幅:280mm,長さ:4mの板材を高周波誘導コ
イルにて加熱するとともに、その下部に高周波誘導コイ
ルと同様に冷却用のノズルをコイル状に巻回して全周で
均一に水冷することにより行ったものである。パラメー
タPは前述の式によって求めたものである。板幅の全体
を均一な温度に加熱するために板とコイルとの間隙が変
化しないようにコイルの上下部をローラによって左右,
前後で動ないようにするとともに、コイルを3ターンと
し、1ターンの加熱幅を1cm以上、好ましくは1.5 〜
2cmとして加熱帯の幅を4cm以上となるように加熱温度
の均一化を図れるようにした。また、冷却には40℃以
上の温水を用いて冷却による変形をなくし、均一な加熱
ができるようにした。本実施例における板材の変形は目
視では見られなかった。Each alloy is a sheet material having a thickness of 2.5 mm, and has been repeatedly subjected to cold rolling and annealing at 650 ° C. for 2 hours before receiving. Heat treatment No. 2 shown in Table 2
No. 4 heats a plate material having a width of 280 mm and a length of 4 m with a high-frequency induction coil, and a cooling nozzle is wound in a coil shape below the high-frequency induction coil to uniformly cool the water over the entire circumference. It was done by doing. The parameter P is obtained by the above equation. In order to heat the entire plate width to a uniform temperature, the upper and lower parts of the coil are left and right by rollers so that the gap between the plate and the coil does not change.
In addition to preventing movement before and after, the coil has three turns, and the heating width per turn is 1 cm or more, preferably 1.5 to
The heating temperature was made uniform so that the width of the heating zone was 2 cm or more and 4 cm or more. For cooling, warm water of 40 ° C. or higher was used to eliminate deformation due to cooling, thereby enabling uniform heating. No deformation of the plate material in this example was visually observed.
【0088】[0088]
【表1】 [Table 1]
【0089】[0089]
【表2】 [Table 2]
【0090】表3はNo.1〜6熱処理材の(0002)
面((0001)面と平行)のF値測定結果を示す。F
値測定方法は前述した反射及び透過X線回折法の組合わ
せによって測定される。Frは管状部材において表面に
対する垂直方向への配向率、Flは長手方向への配向
率、Ftは円周方向への配向率である。Table 3 shows (0002) of No. 1 to 6 heat-treated materials.
The F-number measurement result of the plane (parallel to the (0001) plane) is shown. F
The value is measured by a combination of the reflection and transmission X-ray diffraction methods described above. Fr is the orientation ratio in the direction perpendicular to the surface of the tubular member, Fl is the orientation ratio in the longitudinal direction, and Ft is the orientation ratio in the circumferential direction.
【0091】α+β相温度範囲への加熱・冷却板材(熱
処理No.2)のF値は受け入れ材(熱処理No.1)とほ
ぼ等しいことから、α+β相温度範囲への加熱・冷却で
は集合組織は変化しないことが分かる。β相温度範囲
(1000℃)に1分間及び5秒保持後冷却した場合
(熱処理No.3,6)は受け入れ材に比べて、(0002)
面のFr値の減少、Fl,Ft値の増加が認められ、結
晶方位がランダム化する。しかし、中性子照射量≧10
22(n/cm2)の高照射域においても使用可能となる為の
目標値であるFr値≦0.35 を満足しない。1000
℃で10分間保持した場合(熱処理No.4)及び120
0℃まで加熱温度を高めた場合(熱処理No.5),(0
002)面のF値は約0.33 となり、結晶方位はほぼ
完全にランダム化することが分かる。前述したように、
No.4,5熱処理材は高照射域で、かつ部材内に中性子
照射量の不均一があっても、曲がり変形,伸び変形が生
じない。Since the F value of the heating / cooling plate (heat treatment No. 2) in the α + β phase temperature range is almost equal to that of the receiving material (heat treatment No. 1), the texture in the heating / cooling to the α + β phase temperature range is It turns out that it does not change. Cooling after holding for 1 minute and 5 seconds in the β phase temperature range (1000 ° C)
(Heat treatment Nos. 3, 6) is (0002)
A decrease in the Fr value of the plane and an increase in the Fl and Ft values are recognized, and the crystal orientation is randomized. However, the neutron dose ≧ 10
It does not satisfy the target value Fr value ≦ 0.35 which is a target value for enabling use even in a high irradiation range of 22 (n / cm 2 ). 1000
C. for 10 minutes (heat treatment No. 4) and 120
When the heating temperature was increased to 0 ° C. (heat treatment No. 5), (0
The F value of the (002) plane is about 0.33, indicating that the crystal orientation is almost completely randomized. As previously mentioned,
No. 4 and 5 heat-treated materials do not bend or elongate even in a high irradiation area and even when the irradiation amount of neutrons is uneven in the member.
【0092】[0092]
【表3】 [Table 3]
【0093】図26は高速中性子照射量と照射成長量と
の関係を示す線図である。図に示す如く、Fl値が0.
3 以下では中性子照射量の増加とともに急激にひずみ
が増加するが、0.3以上では照射を受けてもひずみは
飽和し、増加しないことが分る。特に、Fl=0.33
のものは〈0001〉結晶方位が実質的にランダムに配
向しているので、法線方向,長手方向及び板厚方向にお
けるひずみが各結晶間で互いに相殺されるため燃焼度6
0GWd/tで、4mの長さにおいて1mm以下と全く生
じない。Fl=0.3のものは照射量1022n/cm2まで
は照射成長量は2mm以下と小さいが、それ以上のFlの
ものでは中性子照射量では徐々に成長が多くなる。FIG. 26 is a diagram showing the relationship between the amount of fast neutron irradiation and the amount of irradiation growth. As shown in FIG.
Under 3 or below, the strain increases rapidly with an increase in the neutron irradiation dose, but under 0.3 or above, the strain saturates even after irradiation, and does not increase. In particular, Fl = 0.33
Since the <0001> crystal orientation is substantially randomly oriented, the strain in the normal direction, the longitudinal direction and the thickness direction is canceled out among the crystals, so that the burn-up of 6
At 0 GWd / t, it does not occur at all at 1 mm or less at a length of 4 m. In the case of Fl = 0.3, the irradiation growth amount is as small as 2 mm or less up to the irradiation dose of 10 22 n / cm 2 , but in the case of Fl above that, the growth gradually increases with the neutron irradiation amount.
【0094】図27はFl値と、燃焼度36,45及び
60GWd/tに相当する照射による照射成長量との関
係を示す線図である。Fl値の低下とともにひずみが急
激に増加する。特に、Fl=0.33の照射成長量はゼ
ロで、Fl=0.3の約7分の1以下と著しく少ない。
また、Fl=0.3はFl=0.23の約3分の1以下と
著しく少ない。しかし、Fl=0.23はFl=0.16
の約半分、Fl=0.16はFl=0.09の約半分であ
る。FIG. 27 is a diagram showing the relationship between the Fl value and the irradiation growth amount by irradiation corresponding to the burn-up of 36, 45 and 60 GWd / t. The strain increases sharply as the Fl value decreases. In particular, the irradiation growth amount at Fl = 0.33 is zero, which is remarkably less than about 1/7 of Fl = 0.3.
Also, Fl = 0.3 is remarkably less than about one third of Fl = 0.23. However, when Fl = 0.23, Fl = 0.16
And Fl = 0.16 is about half of Fl = 0.09.
【0095】図28は、βZr結晶粒径と(0002)
面のFl値との関係を示す。結晶粒径200μm以上に
βZr結晶粒が成長することによって、Fl値0.33
以下の集合組織が形成されることが分かる。FIG. 28 shows the βZr crystal grain size and (0002)
The relation with the Fl value of the surface is shown. When the βZr crystal grains grow to a crystal grain size of 200 μm or more, the Fl value is 0.33.
It can be seen that the following texture is formed.
【0096】結晶粒を成長させることによって(000
2)面の結晶方位をランダム化することができるが、そ
の方位のランダム化の度合としてFl値0.30 で約7
5%であり、そのときの粒径は約100μmである。1
50μm以上の大きさの結晶粒径とすることにより約8
0%以上にランダム化され、Fl値で0.310 とな
る。更にFl値0.33 でのランダム率は約90%以上
となり、そのときの結晶粒径は約250μm以上とな
る。By growing the grains (000
2) The crystal orientation of the plane can be randomized, and the degree of randomization of the orientation is about 7 with an Fl value of 0.30.
5%, at which time the particle size is about 100 μm. 1
With a crystal grain size of 50 μm or more, about 8
It is randomized to 0% or more, and the Fl value becomes 0.310. Further, the random ratio at an Fl value of 0.33 is about 90% or more, and the crystal grain size at that time is about 250 μm or more.
【0097】図29はβZr結晶粒径と燃焼度60GW
d/tに相当する高速中性子照射による照射成長量との
関係を示す線図である。図より、粒径90μm以上で成
長量がゼロで著しく低い。50μmで成長量が2mm以下
で、特に、35μm以下では急激に成長量が大きくな
る。60μm以上で1mm以下の成長量で、優れた特性が
得られる。FIG. 29 shows the βZr crystal grain size and burnup of 60 GW.
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between the irradiation growth amount by fast neutron irradiation corresponding to d / t. As shown in the figure, when the grain size is 90 μm or more, the growth amount is zero and is extremely low. At 50 μm, the growth amount is 2 mm or less, especially at 35 μm or less, the growth amount rapidly increases. Excellent characteristics can be obtained with a growth amount of 60 mm or more and 1 mm or less.
【0098】表中のパラメータP=(3.55+logt)
×log(T−980)と照射成長ひずみとの関係から、
特に1000℃での熱処理ではPが0.5 以上で照射成
長ひずみが急激に小さくなり、更に0.5〜3.5までは
徐々に小さくなり、3.5 以上ではほぼ一定となり零に
近い。Pが3.5 未満では照射成長が起こるが、それ以
上ではほとんど起こらない。特に、1.5以上で効果が
大きく、3.2〜5が好ましい。The parameter P in the table = (3.55 + logt)
× log (T-980) and irradiation growth strain,
In particular, in the heat treatment at 1000 ° C., the irradiation growth strain sharply decreases when P is 0.5 or more, gradually decreases from 0.5 to 3.5, becomes almost constant at 3.5 or more, and approaches zero. Irradiation growth occurs when P is less than 3.5, but hardly occurs above P. In particular, the effect is large at 1.5 or more, and 3.2 to 5 is preferable.
【0099】図30は、各温度と保持時間における表1
及び表4に示す合金のFl値の関係を示す線図である。
図に示すように980℃未満ではFl値が0.20 以下
となり〈0002〉方向の結晶方位がランダムなものが
得られにくい。しかし、980℃で、11秒(1000℃
で10.5 秒)以上加熱又は1240℃以上で1.1秒
以上でこれらの点を結ぶ線上以上で加熱すればFl値と
して0.25 を越えるものが得られ、よりランダム度の
高いものが得られる。また、980℃以上で6秒以上及
び1240℃以上で6秒以上で、これらの点を結ぶ線上
以上で加熱すればFl値が0.20より大きく0.25以
下のものが得られる。この線上より低いものはFl値が
0.20 以下となりランダム度が低く伸び量に対する効
果が小さい。FIG. 30 shows Table 1 at each temperature and holding time.
5 is a diagram showing a relationship between Fl values of the alloys shown in Table 4 and Table 4. FIG.
As shown in the drawing, when the temperature is lower than 980 ° C., the Fl value becomes 0.20 or less, and it is difficult to obtain a crystal having a random <0002> crystal orientation. However, at 980 ° C, 11 seconds (1000 ° C
If heating at 1240 seconds or more or heating at 1240 ° C. or more for 1.1 seconds or more on the line connecting these points, an Fl value exceeding 0.25 can be obtained, and those having higher randomness can be obtained. can get. Heating at 980 ° C. or more for 6 seconds or more and 1240 ° C. or more for 6 seconds or more, and above the line connecting these points, Fl values larger than 0.20 and 0.25 or less can be obtained. Those lower than this line have an Fl value of 0.20 or less, have a low degree of randomness, and have a small effect on elongation.
【0100】[0100]
【表4】 [Table 4]
【0101】以上のように、結晶方位を完全にランダム
に出来れば中性子照射による照射成長ひずみは生じない
が、実際のチャンネルボックスは四角の筒体であり、一
辺が140mmとなっており、特に対向面でのF値が完全
に同じに成形するのがむずかしい。前述の照射成長ひず
みはF値の違いによるものであるが、チャンネルボック
スでの問題は曲がりである。その曲がりは特に対向面同
志のF値の違いによって生じる。前述の熱処理条件を変
えて対向面でのF値にほんのわずかの違いを形成して曲
がりの量を測定した。As described above, if the crystal orientation can be completely randomized, irradiation growth distortion due to neutron irradiation does not occur. However, the actual channel box is a square cylinder, one side of which is 140 mm. It is difficult to form the F value at the surface completely the same. The aforementioned irradiation growth strain is due to the difference in F value, but the problem in the channel box is bending. The bending is particularly caused by the difference in the F value between the facing surfaces. By changing the heat treatment conditions described above, a slight difference was formed in the F value at the facing surface, and the amount of bending was measured.
【0102】図31は4mの長さの長手方向のF値(F
l)と対向面でのFl値の差のΔFlの違いによる曲が
りの量を示す線図である。曲がり量は燃焼度として35
GWd/tでのものであり、曲がりの限界値の2.16m
m はチャンネルボックスと制御棒との間隙での許容値を
示すものである。図に示すように、各Fl値に応じて
2.16mm の曲がりに達する対向面でのΔFl値は結晶
方位をランダム化するに従って大きくできることが分
る。特に、ΔFlとして、対向面のFl値を複数個所、
特に好ましくは4個所以上を均等に分割してその部分の
平均のFl値を求めて、その平均Fl値の差を測定する
のが好ましい。FIG. 31 shows an F-number (F) in the longitudinal direction having a length of 4 m.
FIG. 11 is a diagram showing the amount of bending due to the difference ΔF1 between the l) and the Fl value at the facing surface. The amount of bending is 35 as the burnup.
GWd / t, which is 2.16m, which is the limit of bending
m indicates the allowable value in the gap between the channel box and the control rod. As shown in the figure, it can be seen that the ΔFl value on the facing surface reaching a bend of 2.16 mm according to each Fl value can be increased as the crystal orientation is randomized. In particular, as ΔFl, the Fl value of the facing surface is set at a plurality of locations,
Particularly preferably, it is preferable to equally divide four or more portions, obtain an average Fl value of the portion, and measure the difference between the average Fl values.
【0103】図32はFl値と35GWd/tの燃焼度
での曲がりの限界値に対する周方向の対向面でのFl値
の差(ΔFl)との関係を示す線図である。Fl値に対
して許容されるΔFl値は比例しており、縦軸ΔFlを
yとし、横軸Flをxとすると、線図はy=0.093
5x−0.00585で表わされ、線図より下にする均
一な熱処理を施すことによって曲がりの限界内にするこ
とができる。そして、本実施例で示すチャンネルボック
スに必要な板厚,板幅及び長さに対して全体で均一な温
度で加熱するには前述のように誘導加熱コイルのターン
数と加熱帯の幅,冷却速度の適正化及び板とコイルとの
間隙の均一化が必要である。FIG. 32 is a graph showing the relationship between the Fl value and the difference (ΔFl) of the Fl value at the circumferential facing surface with respect to the limit value of the bending at the burnup of 35 GWd / t. The allowable ΔFl value is proportional to the Fl value. If the vertical axis ΔFl is y and the horizontal axis Fl is x, y = 0.093
A uniform heat treatment represented by 5x-0.00585, which is below the diagram, can be within the limit of bending. In order to heat the channel box shown in this embodiment at a uniform temperature with respect to the thickness, width and length required for the channel box, as described above, the number of turns of the induction heating coil, the width of the heating zone, and the cooling It is necessary to optimize the speed and equalize the gap between the plate and the coil.
【0104】また、チャンネルボックスは水圧によって
クリープ変形を起こし、膨れ変形を生じる。膨れ変形は
燃料度が更に大きくなるときに生じ、特に、60GWd
/tでは曲がり量と膨れ量とを考慮しなければならな
い。Further, the channel box undergoes creep deformation due to water pressure, thereby causing swelling deformation. The swelling deformation occurs when the fuel level is further increased.
In / t, the amount of bending and the amount of swelling must be considered.
【0105】表5及び表6は60GWd/tでのチャン
ネルの曲がり量(mm)のFl及びΔFl依存性を示すも
のである。尚、膨れ量を考慮すると曲がり量を1.17m
m以下にすることが好ましく、Flを0.30〜0.3
5,ΔFlを0.006 以下がよい。Tables 5 and 6 show the dependence of the channel bending amount (mm) on Fl and ΔFl at 60 GWd / t. Considering the swollen amount, the bend amount is 1.17 m.
m or less, and Fl is 0.30 to 0.3.
5, ΔFl is preferably 0.006 or less.
【0106】[0106]
【表5】 [Table 5]
【0107】[0107]
【表6】 [Table 6]
【0108】[0108]
【発明の効果】以上の説明から理解できるように、本発
明のプルトニウムを混入した燃料集合体(MOX燃料集
合体)は、燃料棒内部に中性子吸収材又は可燃性毒物を
混入することなく、余剰反応度を適切に抑制することが
でき、かつ燃料集合体ジルカロイ部材の結晶方位をラン
ダム化出来るので中性子照射量が1022(n/cm2 )を
超える高照射環境下で使用しても、照射成長に起因する
曲がり変形が生ぜず、シヤフリングのミニマム化を図る
ことができる。その結果、燃料集合体ジルコニウム部材
の長期間使用の高燃焼度原子炉への対応可能となり、使
用済み燃料廃棄物低減に寄与できる。また、耐食性も向
上し、熱クリープ変形による膨らみの変形を押え漏れ流
量を低減でき、燃料集合体ジルコニウム部材の信頼性向
上に寄与できる。As can be understood from the above description, the plutonium-mixed fuel assembly (MOX fuel assembly) of the present invention can be used without excess neutron absorbing material or burnable poison inside fuel rods. Since the reactivity can be appropriately suppressed and the crystal orientation of the fuel assembly Zircaloy member can be randomized, even when used in a high irradiation environment where the neutron irradiation amount exceeds 10 22 (n / cm 2 ), irradiation can be performed. The bending deformation caused by the growth does not occur, and the shuffle can be minimized. As a result, the fuel assembly zirconium member can be used for a high burn-up reactor which is used for a long time, and can contribute to the reduction of spent fuel waste. Further, the corrosion resistance is also improved, the deformation of the bulge due to the thermal creep deformation is suppressed, the leakage flow rate can be reduced, and the reliability of the fuel assembly zirconium member can be improved.
【0109】また、可燃性毒物を燃料に混入しないの
で、燃料集合体当たりのプルトニウム装荷量を減少させ
ることなく、プルトニウムの軽水炉利用が実現できる。Further, since the burnable poison is not mixed into the fuel, the use of plutonium in a light water reactor can be realized without reducing the amount of plutonium loaded per fuel assembly.
【0110】更に、ペレット富化度種類を増加すること
なく、燃料集合体の外周部分の局所ピーキングを効果的
に低減することが可能になり、これにより、燃料集合体
を構成するペレットの富化度種類を減少させることがで
きる。Further, it is possible to effectively reduce local peaking in the outer peripheral portion of the fuel assembly without increasing the type of pellet enrichment, thereby enriching the pellets constituting the fuel assembly. The degree can be reduced.
【0111】更にまた、可燃性毒物をチャンネルボック
ス内に埋設、もしくは、可燃性毒物をジルカロイ等の金
属でコーテングしたことによって、可燃性毒物自体腐食
及びチャンネルボックスと可燃性毒物との間の隙間腐食
やガルバニック腐食が生じなくなると共に、該可燃性毒
物自体が直接炉水に接することがないので、該可燃性毒
物の炉水内への溶出を防止できる。Further, the burnable poison is buried in the channel box, or the burnable poison is coated with a metal such as Zircaloy, so that the burnable poison itself and the crevice corrosion between the channel box and the burnable poison are corroded. And the galvanic corrosion does not occur, and the burnable poison itself does not come into direct contact with the reactor water, so that the burnable poison can be prevented from being eluted into the reactor water.
【図1】本発明の第1の実施形態のBP部材埋め込み型
(コーナー近傍)のチャンネルボックスの断面図と側面
図。FIG. 1 is a cross-sectional view and a side view of a channel box of a first embodiment of the present invention in which a BP member is embedded (near a corner).
【図2】本発明の第2の実施形態のBP部材埋め込み型
(コーナー部)のチャンネルボックスの断面図と側面
図。FIG. 2 is a sectional view and a side view of a channel box of a BP member embedded type (corner part) according to a second embodiment of the present invention.
【図3】図1,図2の実施形態のチャンネルボックスの
製造工程(前段行程)を示す構成図。FIG. 3 is a configuration diagram showing a manufacturing process (pre-stage process) of the channel box of the embodiment of FIGS. 1 and 2;
【図4】図1,図2の実施形態のチャンネルボックスの
製造工程(後段行程)を示す構成図。FIG. 4 is a configuration diagram showing a manufacturing process (post-stage process) of the channel box of the embodiment of FIGS. 1 and 2;
【図5】図1,図2の実施形態のチャンネルボックスの
他の製造工程を示す構成図。FIG. 5 is a configuration diagram showing another manufacturing process of the channel box of the embodiment of FIGS. 1 and 2;
【図6】ジルコニウム基合金板の焼入れ装置の斜視図。FIG. 6 is a perspective view of an apparatus for quenching a zirconium-based alloy plate.
【図7】焼料集合体の断面図。FIG. 7 is a cross-sectional view of a fired material assembly.
【図8】本発明の第3の実施形態のBP部材埋め込み型
(コーナー部)のチャンネルボックスの断面図と斜視
図。FIG. 8 is a sectional view and a perspective view of a channel box of a BP member embedded type (corner part) according to a third embodiment of the present invention.
【図9】本発明の第4の実施形態のBP部材埋め込み型
(コーナー近傍)のチャンネルボックスの断面図と斜視
図。FIG. 9 is a cross-sectional view and a perspective view of a BP member embedded type (near a corner) channel box according to a fourth embodiment of the present invention.
【図10】本発明の他の実施形態のBP部材のチャンネ
ルボックスへの配置構造を示す側面図。FIG. 10 is a side view showing an arrangement structure of a BP member in a channel box according to another embodiment of the present invention.
【図11】本発明の更に他の実施形態のBP部材のチャ
ンネルボックスへの配置構造を示す側面図。FIG. 11 is a side view showing an arrangement structure of a BP member in a channel box according to still another embodiment of the present invention.
【図12】炉心軸方向の出力分布図。FIG. 12 is a power distribution diagram in a core axis direction.
【図13】本発明の更に他の実施形態のBP部材のチャ
ンネルボックスへの配置構造を示す側面図。FIG. 13 is a side view showing an arrangement structure of a BP member in a channel box according to still another embodiment of the present invention.
【図14】本発明のBP部材の構造を示す図。FIG. 14 is a view showing the structure of a BP member according to the present invention.
【図15】本発明のBP部材の製造工程を示す構成図。FIG. 15 is a configuration diagram showing a manufacturing process of the BP member of the present invention.
【図16】本発明のBP部材の他の製造工程を示す構成
図。FIG. 16 is a configuration diagram showing another manufacturing process of the BP member of the present invention.
【図17】本発明の他の実施形態のBP部材(コーナー
近傍)のチャンネルボックスの断面図と側面図。FIG. 17 is a cross-sectional view and a side view of a channel box of a BP member (near a corner) according to another embodiment of the present invention.
【図18】本発明の更に他の実施形態のBP部材のチャ
ンネルボックスの断面図と側面図。FIG. 18 is a sectional view and a side view of a channel box of a BP member according to still another embodiment of the present invention.
【図19】本発明の更に他の実施形態のBP部材のチャ
ンネルボックスの断面図と側面図。FIG. 19 is a sectional view and a side view of a channel box of a BP member according to still another embodiment of the present invention.
【図20】本発明のBP部材のチャンネルボックスへの
取付構造を示す断面図と側面図。FIG. 20 is a cross-sectional view and a side view showing a mounting structure of the BP member of the present invention to a channel box.
【図21】本発明のBP部材のチャンネルボックスへの
他の取付構造を示す断面図と側面図。FIG. 21 is a cross-sectional view and a side view showing another mounting structure of the BP member of the present invention to a channel box.
【図22】本発明のBP部材のウオータロッドへの取付
構造を示す斜視図。FIG. 22 is a perspective view showing a mounting structure of the BP member of the present invention to a water rod.
【図23】本発明の更に他の実施形態のBP部材のチャ
ンネルボックスの断面図と斜視図。FIG. 23 is a sectional view and a perspective view of a channel box of a BP member according to still another embodiment of the present invention.
【図24】本発明の更に他の実施形態のBP部材のチャ
ンネルボックスの斜視図。FIG. 24 is a perspective view of a channel box of a BP member according to still another embodiment of the present invention.
【図25】本発明のBP含有のジルコニウム合金製のチ
ャンネルボックスの斜視図。FIG. 25 is a perspective view of a channel box made of a BP-containing zirconium alloy of the present invention.
【図26】照射成長ひずみに及ぼす高速中性子照射量、
並びにFl値の影響を示す線図。FIG. 26 shows the effect of fast neutron irradiation on irradiation growth strain,
And a diagram showing the effect of the Fl value.
【図27】照射成長ひずみとFl値との関係を示す線
図。FIG. 27 is a diagram showing the relationship between irradiation growth strain and Fl value.
【図28】Fl値とβZr結晶粒との関係を示す線図。FIG. 28 is a diagram showing the relationship between the Fl value and βZr crystal grains.
【図29】照射成長ひずみとZr結晶粒径との関係を示
す線図。FIG. 29 is a diagram showing the relationship between irradiation growth strain and Zr crystal grain size.
【図30】照射成長ひずみと焼入温度と保持時間との関
係を示す線図。FIG. 30 is a diagram showing the relationship between irradiation growth strain, quenching temperature, and holding time.
【図31】ΔFl値と曲がり量との関係を示す線図。FIG. 31 is a diagram showing a relationship between a ΔFl value and a bending amount.
【図32】Fl値とΔFlとの関係を示す線図。FIG. 32 is a diagram showing the relationship between the Fl value and ΔFl.
【図33】中性子照射量の伴う制御価値の変化を示す
図。FIG. 33 is a diagram showing a change in control value with neutron irradiation dose.
【図34】可燃性毒物,中性子吸収材の中性子吸収断面
積と中性子エネルギーとの関係を示す線図。FIG. 34 is a diagram showing a relationship between a neutron energy and a neutron absorption cross-sectional area of a burnable poison and a neutron absorbing material.
【図35】燃料集合体での熱中性子束分布図。FIG. 35 is a thermal neutron flux distribution diagram in a fuel assembly.
1…チャンネルボックス、2,11…燃料棒、3…ウォ
ータロッド、4…BP部材、12…スペーサ。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Channel box, 2, 11 ... Fuel rod, 3 ... Water rod, 4 ... BP member, 12 ... Spacer.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中島 潤二郎 茨城県日立市幸町三丁目1番1号 株式会 社日立製作所日立工場内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Junjiro Nakajima 3-1-1, Sakaimachi, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Inside Hitachi, Ltd. Hitachi Plant
Claims (24)
料棒を複数本配列した燃料棒束と該燃料棒束を囲むSn
5重量%以下及び/又はNb5重量%以下を含有し、9
0重量%以上のZrを有するジルコニウム基合金からな
るチャンネルボックスを備えた燃料集合体において、該
合金の六方晶Zrの〈0001〉結晶方位の板長さ方向
の配向率(Fl値)が0.20〜0.35である低照射成長
ジルコニウム基合金からなるチャンネルボックスに可燃
性毒物を有することを特徴とする燃料集合体。1. A fuel rod bundle in which a plurality of nuclear fuel rods containing uranium or plutonium are arranged, and Sn surrounding the fuel rod bundle.
5% by weight or less and / or 5% by weight or less of Nb,
In a fuel assembly provided with a channel box made of a zirconium-based alloy having 0 wt% or more of Zr, the hexagonal Zr of the alloy has an orientation ratio (Fl value) of 0.1 in the plate length direction of the <0001> crystal orientation. A fuel assembly, characterized in that a burnable poison is contained in a channel box made of a low-irradiation-grown zirconium-based alloy having a diameter of 20 to 0.35.
料棒を複数本配列した燃料棒束と該燃料棒束を囲むSn
5重量%以下及び/又はNb5重量%以下を含有し、9
0重量%以上のZrを有するジルコニウム基合金からな
るチャンネルボックスとを備えた燃料集合体において、
該合金の結晶粒径が50〜500μmであり、板幅方向
で中央部と端部での前記合金の結晶方位の配向率が実質
的に同一である低照射成長ジルコニウム基合金からなる
チャンネルボックスに可燃性毒物を有することを特徴と
する燃料集合体。2. A fuel rod bundle in which a plurality of nuclear fuel rods containing uranium or plutonium are arranged, and Sn surrounding the fuel rod bundle.
5% by weight or less and / or 5% by weight or less of Nb,
A channel box made of a zirconium-based alloy having Zr of 0% by weight or more,
A channel box made of a low-irradiation-grown zirconium-based alloy in which the crystal grain size of the alloy is 50 to 500 μm and the orientation ratio of the crystal orientation of the alloy is substantially the same at the center and the end in the plate width direction. A fuel assembly comprising a burnable poison.
料棒を複数本配列した燃料棒束と該燃料棒束を囲むSn
5重量%以下及び/又はNb5重量%以下を含有し、9
0重量%以上のZrを有するジルコニウム基合金からな
る長さ4m以上のチャンネルボックスとを備えた燃料集
合体において、該合金の六方晶Zrの〈0001〉結晶
方位が実質的にランダムであり、取出し燃焼度35GW
d/tの中性子照射による長さ4mでの曲がり量が2.
16mm 以下である低照射成長ジルコニウム基合金から
なるチャンネルボックスに可燃性毒物を有することを特
徴とする燃料集合体。3. A fuel rod bundle in which a plurality of uranium or plutonium-containing nuclear fuel rods are arranged, and Sn surrounding the fuel rod bundle.
5% by weight or less and / or 5% by weight or less of Nb,
A fuel assembly having a channel box having a length of 4 m or more made of a zirconium-based alloy having 0 wt% or more of Zr, wherein the <0001> crystal orientation of hexagonal Zr of the alloy is substantially random, and Burnup 35 GW
The amount of bending at a length of 4 m due to neutron irradiation of d / t is 2.
A fuel assembly, characterized in that a burnable poison is provided in a channel box made of a low-irradiation-grown zirconium-based alloy of 16 mm or less.
料棒を複数本配列した燃料棒束と該燃料棒束を囲むSn
5重量%以下及び/又はNb5重量%以下を含有し、9
0重量%以上のZrを有するジルコニウム基合金からな
るチャンネルボックスとを備えた燃料集合体において、
該合金の六方晶Zrの〈0001〉結晶方位の板長さ方
向の配向率(Fl値)が0.20〜0.35であり、対向
面間のFl値の差(ΔFl)が0.025 以下であり、
β相Zr粒内を無亜粒界とした低照射成長ジルコニウム
基合金からなるチャンネルボックスに可燃性毒物を有す
ることを特徴とする燃料集合体。4. A fuel rod bundle in which a plurality of uranium or plutonium-containing nuclear fuel rods are arranged, and Sn surrounding the fuel rod bundle.
5% by weight or less and / or 5% by weight or less of Nb,
A channel box made of a zirconium-based alloy having Zr of 0% by weight or more,
The orientation ratio (Fl value) of the <0001> crystal orientation of the hexagonal Zr of the alloy in the plate length direction is 0.20 to 0.35, and the difference (ΔFl) in the Fl value between the opposing surfaces is 0.025. Is the following,
A fuel assembly, characterized in that a burnable poison is contained in a channel box made of a low-irradiation-grown zirconium-based alloy in which β-phase Zr grains have no subgrain boundaries.
のないように埋没されていることを特徴とする請求項1
乃至4のいずれか一項に記載の燃料集合体。5. The method according to claim 1, wherein the burnable poison is buried so as not to come into direct contact with the reactor water.
The fuel assembly according to any one of claims 1 to 4.
のないようにジルカロイなどの高耐食性合金又は金属で
コーテングされていることを特徴とする請求項1乃至4
のいずれか一項に記載の燃料集合体。6. The burnable poison is coated with a highly corrosion-resistant alloy or metal such as Zircaloy so as not to come into direct contact with the reactor water.
A fuel assembly according to any one of the preceding claims.
オーターロッド内に、前記可燃性毒物を配置し、該可燃
性毒物は直接炉水に接することのないようにジルカロイ
などの高耐食性合金又は金属でコーテングされているこ
とを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の
燃料集合体。7. The burnable poison is disposed in a water rod disposed in a channel box, and the burnable poison is made of a highly corrosion-resistant alloy or metal such as Zircaloy so as not to come into direct contact with reactor water. The fuel assembly according to any one of claims 1 to 4, wherein the fuel assembly is coated.
て厚肉にしたことを特徴とする請求項1乃至7のいずれ
か一項に記載の燃料集合体。8. The fuel assembly according to claim 1, wherein a corner of the channel box is thicker than a side.
合物もしくはセラミックスであることを特徴とする請求
項1乃至8のいずれか一項に記載の燃料集合体。9. The fuel assembly according to claim 1, wherein the burnable poison is a metal, an alloy, an intermetallic compound, or a ceramic.
ウム,ホウ素,ガドリニウム,銀,インジウム,ハフニ
ウムのうち少なくても一つを含有する金属,合金,金属
間化合物またはセラミックスであることを特徴とする請
求項1乃至8のいずれか一項に記載の燃料集合体。10. The burnable poison is a metal, alloy, intermetallic compound or ceramic containing at least one of cadmium, samarium, boron, gadolinium, silver, indium, and hafnium. The fuel assembly according to any one of claims 1 to 8.
ウム,ホウ素,ガドリニウム,銀,インジウム,ハフニ
ウムのうち少なくても一つを、ジルコニウム又はジルコ
ニウム基合金に、合金元素として添加,金属,金属間化
合物,酸化物,水素化物,窒化物のうちの少なくとも一
つとして分散、又は過飽和状態に固溶せしめたことを特
徴とする請求項1乃至8のいずれか一項に記載の燃料集
合体。11. The burnable poison according to claim 1, wherein at least one of cadmium, samarium, boron, gadolinium, silver, indium, and hafnium is added to zirconium or a zirconium-based alloy as an alloying element. The fuel assembly according to any one of claims 1 to 8, wherein at least one of oxide, hydride, and nitride is dispersed or dissolved in a supersaturated state.
ム基合金素材板にへこみを設けると共に、該へこみ内に
可燃性毒物の板を係合配置し、前記可燃性毒物が埋め込
まれるように他の一枚のジルコニウム基合金素材板で覆
い、熱間圧延もしくはホットプレスして接合後、冷間圧
延とアニールとを適宜繰り返した後、前記素材板を連続
的に移動させながらβ相単相温度領域に加熱し、冷却す
ることを特徴とする可燃性毒物含有ジルコニウム基合金
板の製造法。12. A dent is provided in one zirconium-based alloy material plate of a channel box, and a plate of a burnable poison is engaged and disposed in the dent, and another plate is inserted so that the burnable poison is embedded. After covering with a zirconium-based alloy material plate and joining by hot rolling or hot pressing, cold rolling and annealing are appropriately repeated, and then the material plate is heated to a β-phase single-phase temperature region while being continuously moved. And producing a zirconium-based alloy plate containing a combustible poison.
ム基合金素材板にへこみを設けると共に、該へこみ内に
可燃性毒物の板を係合配置し、前記可燃性毒物が埋め込
まれるように他の一枚のジルコニウム基合金素材板で覆
い、熱間圧延もしくはホットプレスして接合後、冷間圧
延とアニールとを適宜繰り返した後、前記素材板を該合
金の六方晶Zrの〈0001〉結晶方位の長手方向の配
向率(Fl値)が0.20〜0.35 となるように前記β
相単相温度領域にて短時間加熱保持後急冷する工程を有
し、かつ板幅方向での中央部と端部での前記加熱温度差
を小さくする手法を有する請求項12に記載の可燃性毒
物含有ジルコニウム基合金板の製造法。13. A zirconium-based alloy material plate having a dent formed in one channel box, and a plate of a burnable poison is engaged with the dent, and the other plate is embedded so that the burnable poison is embedded therein. After covering with a zirconium-based alloy material plate of the above and joining by hot rolling or hot pressing, cold rolling and annealing are repeated as appropriate, and then the material plate is elongated in the <0001> crystal orientation of hexagonal Zr of the alloy. So that the orientation ratio (Fl value) in the direction is 0.20 to 0.35.
The flammability according to claim 12, further comprising: a step of rapidly cooling after heating and holding in a single-phase temperature region for a short time, and a method of reducing the heating temperature difference between a central portion and an end portion in a plate width direction. A method for producing a poison-containing zirconium-based alloy plate.
ム基合金素材板にへこみを設けると共に、該へこみ内に
可燃性毒物の板を係合配置し、前記可燃性毒物が埋め込
まれるように他の一枚のジルコニウム基合金素材板で覆
い、熱間圧延もしくはホットプレスして接合後、冷間圧
延とアニールとを適宜繰り返した後、前記素材板をβ相
単相温度領域に加熱し、冷却するジルコニウム基合金板
の製造法にあって、前記合金板を複数回巻回した高周波
誘導加熱コイル内に連続的に通過させて加熱するととも
に前記コイル後方に設けた冷却用ノズルより冷媒を噴射
させて冷却する工程を有することを特徴とする可燃性毒
物含有ジルコニウム基合金板の製造法。14. A zirconium-based alloy material plate having a dent in one channel box, and a plate of a burnable poison engaged with the dent, and the other plate is embedded so that the burnable poison is embedded therein. After covering with a zirconium-based alloy base material sheet, joining by hot rolling or hot pressing, and appropriately repeating cold rolling and annealing, the zirconium base material is heated to the β-phase single-phase temperature region and cooled. In the method for manufacturing an alloy plate, the alloy plate is continuously passed through a high-frequency induction heating coil wound a plurality of times to be heated, and is cooled by injecting a coolant from a cooling nozzle provided at the rear of the coil. A method for producing a zirconium-based alloy plate containing a burnable poison, comprising the steps of:
ム基合金素材板にへこみを設けると共に、該へこみ内に
可燃性毒物の板を係合配置し、前記可燃性毒物が埋め込
まれるように他の一枚のジルコニウム基合金素材板で覆
い、熱間圧延もしくはホットプレスして接合後、冷間圧
延とアニールとを適宜繰り返した後、前記素材板を局部
的にβ相単相温度領域に誘導加熱によって連続的に加熱
するとともに該加熱された部分を冷媒によって強制的に
冷却する可燃性毒物含有ジルコニウム基合金板の製造法
にあって、前記合金の六方晶Zrの〈0001〉結晶方
位の板長手方向の配向率(Fl値)が0.20〜0.35
となるように前記β相単相温度領域にて短時間加熱保持
後急冷する工程を有し、該加熱工程は前記ジルコニウム
基合金板長手方向の配向率(Fl値)のばらつきを小さ
くする手法を有することを特徴とする低照射成長可燃性
毒物含有ジルコニウム基合金筒状部材の製造法。15. A dent is provided in one zirconium-based alloy material plate of a channel box, and a plate of a burnable poison is engaged and arranged in the dent, and the other plate is embedded so that the burnable poison is embedded therein. After covering with a zirconium-based alloy material plate, hot rolling or hot pressing and joining, and then appropriately repeating cold rolling and annealing, the material plate is locally heated to a β-phase single-phase temperature region by induction heating. A method for producing a combustible poison-containing zirconium-based alloy plate in which the heated portion is forcibly cooled by a refrigerant and the heated portion is forcibly cooled by a <0001> crystal orientation of the hexagonal Zr of the alloy in the plate longitudinal direction. Orientation ratio (Fl value) is 0.20 to 0.35
A short-time heating and holding in the β-phase single-phase temperature region and then quenching, and the heating step is a method of reducing variation in the orientation ratio (Fl value) in the longitudinal direction of the zirconium-based alloy plate. A method for producing a zirconium-based alloy tubular member containing a low-irradiation-growth burnable poison, characterized by comprising:
ム基合金素材板にへこみを設けると共に、該へこみ内に
可燃性毒物の板を係合配置し、前記可燃性毒物が埋め込
まれるように他の一枚のジルコニウム基合金素材板で覆
い、熱間圧延もしくはホットプレスして接合後、冷間圧
延とアニールとを適宜繰り返した板をβ相温度領域に局
部的に誘導加熱によって相対的に移動させながら連続的
に加熱するとともに該加熱された部分を冷媒によって強
制的に冷却する焼入れ処理を施す可燃性毒物含有ジルコ
ニウム基合金板の製造法であって、前記焼入れ処理を複
数回施すことを特徴とする可燃性毒物含有ジルコニウム
基合金部材の製造法。16. A dent is provided on one zirconium-based alloy material plate of a channel box, and a plate of a burnable poison is engaged and arranged in the dent, and the other plate is embedded so that the burnable poison is embedded therein. Covered with a zirconium-based alloy material plate, hot-rolled or hot-pressed, joined, and then cold-rolled and annealed repeatedly as needed to continuously move the plate locally to the β-phase temperature region by induction heating. A method for producing a burnable poison-containing zirconium-based alloy plate, wherein a quenching process is performed to perform heating and forcibly cooling the heated portion with a refrigerant, wherein the quenching process is performed a plurality of times. A method for producing a zirconium-based alloy member containing a poison.
ウム基合金部材を用いて、溶接接合された角形筒状部材
からなる燃料チャンネルボックスにおいて、前記合金の
六方晶Zrの〈0001〉結晶方位の筒状部材長手方向
の配向率(Fl値)が0.20〜0.35 であることを
特徴とする燃料チャンネルボックス。17. A <0001> crystal of hexagonal Zr of said alloy in a fuel channel box consisting of a rectangular tubular member welded and joined by using two U-shaped zirconium-based alloy members containing a burnable poison. A fuel channel box, wherein the orientation ratio (Fl value) in the longitudinal direction of the cylindrical member in the direction is 0.20 to 0.35.
燃料棒,該燃料棒を複数本収納するチャンネルボック
ス,該チャンネルボックス内の前記燃料棒の間を仕切る
スペーサ,前記チャンネルボックスの上部及び下部に設
けられた上部格子板及び下部格子板を備えた燃料集合体
において、前記チャンネルボックスは該可燃性毒物を係
合配合したSn5重量%以下及び/又はNb5重量%以
下、残部90重量%以上のZrを有するジルコニウム基
合金板からなり、該合金の六方晶Zrの〈0001〉結晶方
位の長手方向の配向率(Fl値)が0.20〜0.35で
あり、対向面での前記Flの差が0.025 以下である
ことを特徴とする燃料集合体。18. A fuel rod containing a fuel pellet in a fuel cladding tube, a channel box for accommodating a plurality of the fuel rods, a spacer for partitioning the fuel rods in the channel box, and upper and lower portions of the channel box. In the fuel assembly provided with the upper lattice plate and the lower lattice plate provided, the channel box is provided with Zr of 5% by weight or less of Sn and / or 5% by weight of Nb and 90% by weight or less of the balance, in which the burnable poison is engaged. A hexagonal Zr of the alloy has an orientation ratio (Fl value) of the <0001> crystal orientation in a longitudinal direction of 0.20 to 0.35, and the difference of Fl on the opposing surface is Is 0.025 or less.
基合金素材板にβ相温度領域より急冷される焼入れ処理
をした後、冷間加工及び焼鈍を施し、次いでコの字曲げ
加工及び焼鈍後、突合わせ部を溶接して角筒管とする燃
料チャンネルボックスの製造方法。19. A zirconium-based alloy material plate in which a combustible poison is engaged and mixed, is subjected to a quenching process of quenching from a β-phase temperature region, then to a cold working and an annealing process, and then to a U-shaped bending process and an annealing process. And a method of manufacturing a fuel channel box in which abutting portions are welded to form a square tube.
可燃性毒物の板を介在させ、該三枚の板を熱間圧延して
圧着し、その後、冷間圧延とアニールとを適宜回数繰り
返した板を連続的に移動させながらβ相単相温度領域に
加熱し、冷却することを特徴とする可燃性毒物含有ジル
コニウム基合金板の製造方法。20. A combustible poison plate is interposed between two zirconium-based alloy base plates, the three plates are hot-rolled and pressed, and then cold-rolling and annealing are repeated an appropriate number of times. A method for producing a zirconium-based alloy plate containing a burnable poison, wherein the plate is heated to a β-phase single-phase temperature range while the plate is continuously moved and cooled.
可燃性毒物の板を介在させ、該三枚の板を熱間圧延して
圧着し、その後、冷間圧延とアニールとを適宜回数繰り
返した板を該合金の六方晶Zrの〈0001〉結晶方位
の長手方向の配向率(Fl値)が0.20〜0.35とな
るように前記β相単相温度領域にて短時間加熱保持後急
冷する工程を有し、前記β相単相温度領域での加熱を板
幅方向での中央部と端部での前記加熱温度差を小さくす
る手法を有する請求項20に記載の可燃性毒物含有ジル
コニウム基合金板の製造法。21. A combustible poison plate is interposed between two zirconium-based alloy base plates, the three plates are hot-rolled and pressed, and then cold-rolling and annealing are repeated an appropriate number of times. After heating the plate for a short time in the β-phase single-phase temperature region, the plate is heated so that the orientation ratio (Fl value) in the longitudinal direction of the <0001> crystal orientation of the hexagonal Zr of the alloy becomes 0.20 to 0.35. The combustible poison-containing substance according to claim 20, further comprising a step of quenching, wherein the heating in the β-phase single-phase temperature region has a method of reducing the heating temperature difference between a central portion and an end portion in a plate width direction. A method for manufacturing zirconium-based alloy sheets.
可燃性毒物の板を介在させ、該三枚の板を熱間圧延して
圧着し、その後、冷間圧延とアニールとを適宜回数繰り
返した板をβ相単相温度領域に加熱し、冷却するジルコ
ニウム基合金板の製造法にあって、前記合金板を複数回
巻回した高周波誘導加熱コイル内に連続的に通過させて
加熱するとともに前記コイル後方に設けた冷却用ノズル
より冷媒を噴射させて冷却する工程を有することを特徴
とする可燃性毒物含有ジルコニウム基合金板の製造法。22. A combustible poison plate is interposed between two zirconium-based alloy base plates, the three plates are hot-rolled and pressed, and then cold-rolling and annealing are repeated an appropriate number of times. In the method for producing a zirconium-based alloy plate, wherein the plate is heated to a β-phase single-phase temperature region and cooled, the alloy plate is continuously passed through a high-frequency induction heating coil that is wound a plurality of times and heated. A method for producing a zirconium-based alloy plate containing a burnable poison, comprising a step of injecting a coolant from a cooling nozzle provided behind a coil to cool it.
可燃性毒物の板を介在させ、該三枚の板を熱間圧延して
圧着し、その後、冷間圧延とアニールとを適宜回数繰り
返した板を局部的にβ相単相温度領域に誘導加熱によっ
て連続的に加熱するとともに該加熱された部分を冷媒に
よって強制的に冷却する可燃性毒物含有ジルコニウム基
合金板の製造法にあって、前記合金の六方晶Zrの〈0
001〉結晶方位の板長手方向の配向率(Fl値)が
0.20〜0.35となるように前記β相単相温度領域に
て短時間加熱保持後急冷する工程を有し、かつ前記可燃
性毒物含有ジルコニウム基合金板長手方向の配向率(F
l値)のばらつきを小さくするために、前記加熱温度の
ばらつきを小さくする手法を有することを特徴とする低
照射成長可燃性毒物含有ジルコニウム基合金筒状部材の
製造法。23. A combustible poison plate is interposed between two zirconium-based alloy base plates, the three plates are hot-rolled and pressed, and then cold-rolling and annealing are repeated an appropriate number of times. The method for producing a burnable poison-containing zirconium-based alloy plate in which a plate is locally heated to a β-phase single-phase temperature region continuously by induction heating and the heated portion is forcibly cooled by a refrigerant, <0 of the hexagonal Zr of the alloy
001> heating and holding in the β-phase single-phase temperature region for a short time so that the orientation ratio (Fl value) of the crystal orientation in the longitudinal direction of the plate becomes 0.20 to 0.35; Orientation rate of the zirconium-based alloy plate in the longitudinal direction (F
A method for producing a low-irradiation growth burnable poison-containing zirconium-based alloy cylindrical member, comprising a method of reducing the variation in the heating temperature in order to reduce the variation in the l value).
可燃性毒物の板を介在させ、該三枚の板を熱間圧延して
圧着し、その後、冷間圧延とアニールとを適宜回数繰り
返した板をβ相温度領域に局部的に誘導加熱によって相
対的に移動させながら連続的に加熱するとともに該加熱
された部分を冷媒によって強制的に冷却する焼入れ処理
を施す可燃性毒物含有ジルコニウム基合金板の製造法に
あって、前記焼入れ処理を複数回施すことを特徴とする
可燃性毒物含有ジルコニウム基合金部材の製造法。24. A combustible poison plate is interposed between two zirconium-based alloy base plates, the three plates are hot-rolled and pressed, and then cold-rolling and annealing are repeated an appropriate number of times. A burnable poison-containing zirconium-based alloy plate which is continuously heated while being relatively moved locally by induction heating to a β-phase temperature region and which is subjected to a quenching treatment for forcibly cooling the heated portion with a refrigerant. The method for producing a zirconium-based alloy member containing a burnable poison, wherein the quenching treatment is performed a plurality of times.
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| JP20958296A JP3424452B2 (en) | 1996-08-08 | 1996-08-08 | Fuel assembly, fuel channel box used therefor, and method of manufacturing the same |
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