JPS59184882A - 原子炉用燃料棒 - Google Patents

原子炉用燃料棒

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JPS59184882A
JPS59184882A JP59060537A JP6053784A JPS59184882A JP S59184882 A JPS59184882 A JP S59184882A JP 59060537 A JP59060537 A JP 59060537A JP 6053784 A JP6053784 A JP 6053784A JP S59184882 A JPS59184882 A JP S59184882A
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Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は内面に実質的にジルコニウムからなる層が装着
されているジルコニウム基合金製の原子炉用燃料棒に関
する。
原子炉燃料用被覆管としては通常商品名ジルカロイとし
て知られているジルコニウム基合金製の薄肉管が使用さ
れている。これらの合金は、スズ、鉄、ニッケル、クロ
ムＪ３よび酸素などの合金物質を含有している。これら
の合金は中性子照射を受けると黒用硬化する。照川硬化
すると材料は脆化し、応力腐食によって誘起される燃料
棒の損傷に対する感受性が著しく増大り−る。このよう
な事態の発生を阻止するため、被覆管の内面にジルコニ
ウムの層を設けることが知られている。この目的のため
にジルコニウムを使用するのが適している理由は、ジル
コニウムが中性子照射を受（づた場合に硬化に対する抵
抗性が良好なことと、ジルコニウム自体か比較的軟質材
料である事実によるものである。それ故、被覆管の内面
上のジルコニウム層は塑性変形することができ従って原
子炉運転中の出力変化の際に生ずる応力から被覆管を保
護することができる。
米国特許第４．３００，４９２号によれば、内層には不
純物含有量が重量で少くとも１０００Ｄｐｎ＋（１００
万部当りの部数）、最高でも５０００　ｐｒｌｍのジル
コニウムが使用されている。
複数種の不純物中、２００−　’１２００ｐｐｍ　ハ酸
素で、これは商用の原子炉級スポンジジルコニウム中の
酸素含有量に相当するものである。その他の不純物の含
有間は商用の原子炉級スポンジジルコニウム中のそれぞ
れに許容される通常の限界ｍ内にあり、アルミニウムに
ついては７５ｐｐｍ以下、ホウ素については０．４ｐｌ
）ｎｌ以下、カドミウムについては０．４ｐｐｍ以下、
炭素については２７０ｐｐｍ以下、クロムについては２
００ｐｐｍｌス下、コバルトについては２０　ｐｐｍ以
下、銅については５０　ｐｐｍ以下、ハフニウムについ
ては１１００８ｉ１以下、水素については２５ｐ１１ｍ
以下、鉄については１５００１）ｌ）ｍ以下、マグネシ
ウムについては２０ｐｐｍ以下、マンガンについては５
０ｐｐｍ以下、モリブデンについては５０ｐｐｍ以下、
ニッケルについては７０　ｐｐｍ以下、ニオブについて
は１１００ｐｐ以下、窒素については８０ｐｐｍ以下、
けい素については１２０１）ｌ）ｍ以下、スズについて
は５０ｐｐｍ以下、タングステンについては１０Ｑｐｐ
ｍ以下、チタンについては５０ｐｐｍ以下、ウランにつ
いては３．５ｐｐｍ以下を意味する。
米国特許第４，３７２，８１７号によれば、内層には不
純物含有量が１０００　ｐｐｍ以下、好適には５００　
ｐｐｍ以下のジルコニウムを使用覆ることが知られてい
る。各種不純物の中、酸素の含有量は約２００１１１）
ｍ以下の水準に耗持される。
特願昭５６−１０２３３４号から、内層には０．１−３
重量％のモリブデン及び／又は０．０３−１重量％の炭
素及び／又はＯ，，０３−１重量％のリン及び／又は０
．０３−１重量％のけい素を含有するジルコニウムを使
うことが知られている。ジルコニウムは、さらに、商用
の原子炉級スポンジジルコニウムに含まれている前記の
不純物を含有してもよい。上記特許出願に於て、モリブ
デン、炭素、リン又は【プい素！添加するのは、金属間
化合物、炭化物、リン化物、けい化物の如き安定相をジ
ルコニウム基質内に遊離粒子の形態で析出させるためで
あると考えられている。
この析出物は管の製造に関連する結晶粒の成長を阻止し
、その結果このような添加元素を添加しない場合より一
層微小な粒子を有する組織がジルコニウム中に得られる
。このような異なった微粒組織は応力腐食に対する抵抗
を上昇させるのに有効である。
応ノｊ腐食に対づる良好な抵抗性を得るには、ジルコニ
ウム中の他の物質の含有量を極めて低い水準に維持する
が、或いは他の物質の添加は安定な化合物の析出物がジ
ルコニウム基質内に遊離粒子の形態で得られるように行
わねばならないとかねてから考えられていた。
本発明によれば、スズはジルコ三つム基質中に遊離粒子
の析出物を生じないで基質中に固溶すると言う事実にも
ががねらす、比較的高含有量のスズを使用することによ
り応力腐食に対づ−るすぐれた抵抗性を得ることができ
ることが判った。比較的高含有量のスズを添加すると、
高温度の水及び水蒸気の腐食作用に対するジルコニウム
の抵抗性を上昇させることは特に重要な事実である。こ
の特性は腐食性水素の生成を鈍化する作用を伴い、従っ
て高含有量の水素が生成して局部的水素化の結果として
の被覆管の機械的特性の劣化を起すことがなくなる。
本発明によれば、被覆管の内面」二の実質的にジルコニ
ウムから成る層は０．１〜１重量％のスズを含有してい
る。ジル：コニウム中の他の物質の合計量は重量で０．
５％以下である。これらの物質は、原子炉級のスポンジ
ジルコニウム中に通常含有されている不純物から成り、
前に述べた含有量にて存在していることが好ましい。
実質的にジルコニウムから成る層の厚さは０．００５−
０．８ｍｍ、適当な厚さとしＴ　ハ０．０４−０．３２
ｍｍで、好適には０．０５−Ｑ、ｉｍｍである。また、
この層の厚さは被膜管の肉厚の５−７！Ｉ　０％が適当
で、５−１５％の範囲であるのが好ましい。
実質的にジルコニウムから成る層が内側に配置されてい
るジルコニウム基台金は、ジルコニウム−スス合金例え
ばジルカロイ２及びジルカロイ４なる商品名で知られて
いるジルコニウム基合金から成っているのが好ましく、
これら合金の合金物質の含有量はスズについては１．２
−１．７％、鉄については０．０７−０．２’４％、ク
ロムについては０．０５−０４１５％、ニッケルについ
てはＯ−０，０８％、酸素については０．０９−０．１
６％の限度内にあり、残部はジルコニウム及び原子炉級
ジルコニウム中に通常存在する不純物である。ジルカロ
イ２は、１．２−１．７％のスズと、０．０７−０．２
’Ｏ％ノ鉄ト、０．０５−０．１５％のクロムと、０．
０３−０．０８％のニッケルと０．０９−０．１６％の
ＰＭを含有量る。ジルカロイ４は、１．２−’１．７％
のスズと、ｏ、１８−０．２４％の鉄と、０．０７−０
．１３％のクロムと０．０９−０．１６％の酸素を含有
する。ここに述べたパーセントは全て重量パーセントで
ある。燃利俸中の核燃２′３１は二酸化ウランから成る
のが好ましい。
添付の図面を参照して、水元１１１ｊの実施例について
本発明の詳細な説明するが、図面は２ｆ（発明による軽
水形動力炉用燃わ１棒のＷｉ面図である。
０．５＠足部のスズを水門＃ｌ広中で既に述べた組成を
有する９９．５重用部の原子炉級スポンジジルコニウム
と混合した。この混合物を溶解して、肉厚が１．２５ｎ
＋ｍで外径が４４　＋＋＋ｍの管を製造したつこの管を
肉厚が１０ｍｍで内径が４５　ｍｍのジルカロイ２製の
管内に装着した。この両方の質を両端面で一体に溶接し
た。このようにしで得られた複合管を加熱せずに押出し
た。押出した製品を約６５０　’Ｃの何回かの中間再結
晶焼なましと、最終圧延後約５２５°Ｃの最終焼なまし
とを含む数段階で冷間圧延して、図に示すように０．７
３ｍｍの肉厚と１０．６５ｍｍの内径とを有するジルカ
ロイ２から成る層１と、０．０７ｍｍの肉厚を右づる合
金化したスズを含むジルコニウムの層２とから成る管状
製品が得られた。図面には核燃料も示されているが、そ
れは前記被覆管の軸線方向に相互に積み重ねられた二酸
化ウランの円柱状ペレット３から成っている。
原子炉の操業条件を模した腐食試験の間、本発明によっ
て製造された被覆管の内層の重量増加は、この内層に相
当Ｊるが合金化されたススを全く含有しない内層が示づ
重量増加の３０％以下て゛あっＩこ。
本発明による燃１′８１棒は、冷却伺どして水を使用す
る原子炉に使用づることを本来意図したちのである。
【図面の簡単な説明】
図は、本発明による軽水形動力炉用燃料棒の断面図であ
る。 代理人　浅　　利　　　皓

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）　ジルコニウム基合金製の被覆管と、前記被覆管
    内に収容された核燃料とを有する原子炉用燃料棒であっ
    て、前記被覆管はその内面が重量で０．１−１％のスズ
    を含有するジルコニウムの層で実張りされており、前記
    層中のジルコニウム内　３゜に存在する他の物質の合計
    含有量が＠格で０．５％以下であることを特徴とする原
    子炉用燃料棒。
  2. （２）　特５′Ｆ請求の範囲第１項に記載の原子炉用燃
    料棒において、前記他の物質が原子炉級スポンジシル］
    ニウム中に通常存在している不純物から成っている原子
    炉用燃料棒。
  3. （３）　特許請求の範囲第１項または第２項に記載の原
    子炉用燃料棒にｄ５いて、前記ジルコニウム具合金か重
    量で約１．２から約１．７％までのススと、約０．０７
    ％から約０．２４％までの鉄と、約０．０５％ｌ）ｔ　
    ｒら約０．１５％までのクロムと、約Ｏ％から約０．８
    ％までのニッケルと、約０．１０％から約０．１５％ま
    での酸素とを含有し、残部がジルコニウム及□び原子炉
    級スポンジジルコニウム中に通常存在づる不純物である
    原子炉用燃料棒。
  4. （４）　特許請求の範囲第１項または第２項に記載の原
    子炉用燃料棒において、前記核燃料か二酸化ウランから
    成っている原子炉用燃料棒。
JP59060537A 1983-03-30 1984-03-28 原子炉用燃料棒 Granted JPS59184882A (ja)

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