JPS60192292A - 燃料被覆管 - Google Patents
燃料被覆管Info
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- JPS60192292A JPS60192292A JP59047055A JP4705584A JPS60192292A JP S60192292 A JPS60192292 A JP S60192292A JP 59047055 A JP59047055 A JP 59047055A JP 4705584 A JP4705584 A JP 4705584A JP S60192292 A JPS60192292 A JP S60192292A
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Landscapes
- Rigid Pipes And Flexible Pipes (AREA)
- Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は、核燃料物質を装填する燃料被覆管の改良に関
するものである。
するものである。
燃料要素は、金属管である燃料被覆管の内部に核燃料物
質を装填して構成される。また、上記した燃料要素をチ
ャンネルボックス内に格子状に配列して燃料集合体を構
成し、燃料集合体を適当数組み合わせて核分裂連鎖反応
炉を構成する。
質を装填して構成される。また、上記した燃料要素をチ
ャンネルボックス内に格子状に配列して燃料集合体を構
成し、燃料集合体を適当数組み合わせて核分裂連鎖反応
炉を構成する。
怖
しかして、核燃料分質を装填する燃料被覆管の使用目的
は主に２つあるが、その１つは、核燃料と冷却材（また
は減速材）とが直接接触して起こる化学反応の防止にあ
る。また、他の１つは、一部が気体である放射性核分裂
生成物の漏出防止にある。
は主に２つあるが、その１つは、核燃料と冷却材（また
は減速材）とが直接接触して起こる化学反応の防止にあ
る。また、他の１つは、一部が気体である放射性核分裂
生成物の漏出防止にある。
燃料被覆管に使用されるジルコニウムあるいはジルコニ
ウム合金は、小さな中性子吸収断面積を有し、原子炉冷
却材および減速材として使用される水蒸気の存在下でき
わめて安定した性状（延性）を示す。
ウム合金は、小さな中性子吸収断面積を有し、原子炉冷
却材および減速材として使用される水蒸気の存在下でき
わめて安定した性状（延性）を示す。
他方、燃料被覆管と燃料被覆管内の核燃料物質とに注目
してみると、ＵＯｇペレットと燃料被覆管との間には、
１００μｍ程度の隙間が設けられているが、この隙間は
、ＵＯ２ぺＶットと燃料被覆管とが接近して被覆管の温
度が高くなるのを防止し、かつＵ ＯｚぺＶットが被覆
管に接触していわゆるＰ ＣＩ（ｐｅｌｌｅｔ−ｃｌａ
ｄ １ｎｔｅｒａｃｌｉｏｎ：ペレット被覆相互作用）
が起こるのを防止するためのものである。原子炉核燃料
の燃焼初期、ＵＯ２ペレットと燃料被覆管との間の隙間
は正常に保たれているが、長期にわたって燃焼が継続す
ると、被覆管がクリープ変形を起こし、ＵＯＺペレット
と被覆管との間の間隙が正常に維持できなくなり１、こ
のような場合に被覆管の破損を生じることがある。特に
、照射下のクリープ速度は、非照射下のクリープ速度の
３倍にも達するため、上記した燃料被覆管のクリープ速
度を低減させることは、核燃料の健全性を維持する上で
極めて重要である。
してみると、ＵＯｇペレットと燃料被覆管との間には、
１００μｍ程度の隙間が設けられているが、この隙間は
、ＵＯ２ぺＶットと燃料被覆管とが接近して被覆管の温
度が高くなるのを防止し、かつＵ ＯｚぺＶットが被覆
管に接触していわゆるＰ ＣＩ（ｐｅｌｌｅｔ−ｃｌａ
ｄ １ｎｔｅｒａｃｌｉｏｎ：ペレット被覆相互作用）
が起こるのを防止するためのものである。原子炉核燃料
の燃焼初期、ＵＯ２ペレットと燃料被覆管との間の隙間
は正常に保たれているが、長期にわたって燃焼が継続す
ると、被覆管がクリープ変形を起こし、ＵＯＺペレット
と被覆管との間の間隙が正常に維持できなくなり１、こ
のような場合に被覆管の破損を生じることがある。特に
、照射下のクリープ速度は、非照射下のクリープ速度の
３倍にも達するため、上記した燃料被覆管のクリープ速
度を低減させることは、核燃料の健全性を維持する上で
極めて重要である。
本発明は、以上の点を考慮してなされたものであって、
その目ｄとするところは、従来の燃料被覆管と同等の耐
食性を有する一方、機械的強度が大きく、クリープひず
みの小さな燃料被覆管を提供しようとするものである。
その目ｄとするところは、従来の燃料被覆管と同等の耐
食性を有する一方、機械的強度が大きく、クリープひず
みの小さな燃料被覆管を提供しようとするものである。
すなわち、本発明は、原子炉運転中の形状変化ひいては
ＰＣＩが起こりに＜＜、長期間の使用に耐え得る、健全
な燃料被覆管を提供することを目的とするものである。
ＰＣＩが起こりに＜＜、長期間の使用に耐え得る、健全
な燃料被覆管を提供することを目的とするものである。
上記目的を達成するため、本発明は、ジルコニウムもし
くはジルコニウム合金からなる金属管内部に核燃料物質
を装填する構造の燃料要素において、上記金属管のマト
リックス中に非金属繊維を添加してなることを特徴とす
るものである。
くはジルコニウム合金からなる金属管内部に核燃料物質
を装填する構造の燃料要素において、上記金属管のマト
リックス中に非金属繊維を添加してなることを特徴とす
るものである。
以下、本発明を、下記の実施例にもとづいて詳細に説明
する。
する。
本発明に係る燃料被覆管は、既述のごとく、ジルコニウ
ムもしくはジルコニウム合金からなる金属管のマトリッ
クス中に非金属繊維を添加してなるものであるが、上記
組成よシなる非金属繊維添加の繊維強化複合材料に外力
が加わった場合、その外力は、非金属繊維が負担し、マ
トリックスは、当該マトリックスに加わった外力を繊維
に伝達する機能を有する。
ムもしくはジルコニウム合金からなる金属管のマトリッ
クス中に非金属繊維を添加してなるものであるが、上記
組成よシなる非金属繊維添加の繊維強化複合材料に外力
が加わった場合、その外力は、非金属繊維が負担し、マ
トリックスは、当該マトリックスに加わった外力を繊維
に伝達する機能を有する。
なお、繊維強化複合材料には、タングステン（Ｗ）、モ
リブデン（Ｍｏ）、ベリリウム（Ｂｅ）などの金属系の
繊維をマトリックス中に分散させたものと、ｋｋｏｓウ
ィスカ、ＢｅＯウィスカ、ＳｉＣウィスカなどの非金属
系の繊維をマトリックス中に分散させたものがあるが、
金属系の繊維は、マトリックスと反応を起こし、高温下
において相変化を生じて、機械的性質が大きく変化する
・のに対し、非金属系の繊維は、マトリックスとの反応
や溶解が少なく、高温下でも機械的性質がそれほど損な
われない。
リブデン（Ｍｏ）、ベリリウム（Ｂｅ）などの金属系の
繊維をマトリックス中に分散させたものと、ｋｋｏｓウ
ィスカ、ＢｅＯウィスカ、ＳｉＣウィスカなどの非金属
系の繊維をマトリックス中に分散させたものがあるが、
金属系の繊維は、マトリックスと反応を起こし、高温下
において相変化を生じて、機械的性質が大きく変化する
・のに対し、非金属系の繊維は、マトリックスとの反応
や溶解が少なく、高温下でも機械的性質がそれほど損な
われない。
ところで、繊維強化複合材料に外力が加わると、繊維ｆ
とマトリックスｍとに等しいひずみが発生する。したが
って、各要素のヤング率をＥｔ、・Ｅ、、、強度をσｆ
、σヨ、体積含有率をＶｔ。
とマトリックスｍとに等しいひずみが発生する。したが
って、各要素のヤング率をＥｔ、・Ｅ、、、強度をσｆ
、σヨ、体積含有率をＶｔ。
■、とすると、複合材料の強度σ、は、次のように表わ
される。
される。
σ。＝σｔＶ１＋σｍ Ｖ、、＝σｔＶｔ＋σ、、（ｔ
−Ｖｆ）・・・（１）まだ、ヤング率Ｅ、は、次のよう
に表わされる。
−Ｖｆ）・・・（１）まだ、ヤング率Ｅ、は、次のよう
に表わされる。
Ｅ、 ＝Ｂｔ Ｖｒ ＋Ｅ−（Ｉ Ｖｔ ） ・・・・
・・（２）一方、ジルコニウムおよびジルコニウム合金
のクリープ特性は、時間とともにクリープ速度が小さく
なっていく過程（１次クリープ）と、その後クリープ速
度が一定になる過程（２次クリープ）とに分けられるが
、クリープひずみの大部分は、２次クリープによって発
生する。２次りリープ速度に、）は、材料のヤング率Ｅ
（Ｋｇ／♂）、温度Ｔ （Ｋ）、応力σ（ＫＬｉ／Ｈ”
）によって次のように表わされる。
・・（２）一方、ジルコニウムおよびジルコニウム合金
のクリープ特性は、時間とともにクリープ速度が小さく
なっていく過程（１次クリープ）と、その後クリープ速
度が一定になる過程（２次クリープ）とに分けられるが
、クリープひずみの大部分は、２次クリープによって発
生する。２次りリープ速度に、）は、材料のヤング率Ｅ
（Ｋｇ／♂）、温度Ｔ （Ｋ）、応力σ（ＫＬｉ／Ｈ”
）によって次のように表わされる。
ｘｅｘｐ（２，７２Ｘ１０’ ａ／Ｅ ） ＝（３）（
３）式から明らかなように、ヤング率Ｅが大きくなると
、はぼ指数関数的にクリープ速度は減少する。このため
、（２）式の複合側にしたがい、ジルコニウムあるいは
ジルコニウム合金中に、ジルコニウムよりもヤング率の
大きな非金属繊維を分散させることにより、クリープ速
度、すなわちクリープひずみを減少させることができる
。
３）式から明らかなように、ヤング率Ｅが大きくなると
、はぼ指数関数的にクリープ速度は減少する。このため
、（２）式の複合側にしたがい、ジルコニウムあるいは
ジルコニウム合金中に、ジルコニウムよりもヤング率の
大きな非金属繊維を分散させることにより、クリープ速
度、すなわちクリープひずみを減少させることができる
。
第１表にＡ ／４０ｓクイスカ、ＢｅＯウィスカ、８ｉ
Ｃウイスカならびにジルカロイ−２の張引強さとヤング
率とを示す。
Ｃウイスカならびにジルカロイ−２の張引強さとヤング
率とを示す。
第１表 各種非金属繊維の引張強さおよびヤング率（型
温） 第１表中、引張強さおよびヤング率の最も大きな非金属
繊維は、ＳｔＣウィスカであることが判る。
温） 第１表中、引張強さおよびヤング率の最も大きな非金属
繊維は、ＳｔＣウィスカであることが判る。
次に、ジルカロイ−２にＳｉＣウィスカを分散させた場
合の引張強さとクリープ速度との関係を第２表に示す。
合の引張強さとクリープ速度との関係を第２表に示す。
なお、第２表中、クリープ速度の減少割合を示す値は、
負荷応力が１０ Ｋｇ／ｍ”の場合を示した。
負荷応力が１０ Ｋｇ／ｍ”の場合を示した。
簀：タングステンを含まない場合に対する割合−２にＳ
ｉＣを添加しない場合に比べて大きく、他方・シルカ７
〒イー２に８ｉＣを分散させて得られた複合材料のクリ
ープ速度、すなわちクリープひずみは、ジルカロイ−２
にＳｉＣを添加しない場合に比べて減少していることが
判る。
ｉＣを添加しない場合に比べて大きく、他方・シルカ７
〒イー２に８ｉＣを分散させて得られた複合材料のクリ
ープ速度、すなわちクリープひずみは、ジルカロイ−２
にＳｉＣを添加しない場合に比べて減少していることが
判る。
ここで、本発明の試作例を下記する。
試作に際しては、従来のジルカロイ−２被覆管に８ｉＣ
ウイスカをそれぞれ２．５％、４％、６．５％、１０％
添加して複数本の燃料被覆管を作製した。被覆管の製造
方法は、現行仕様管と同じであシ、最終熱処理温度は４
８０Ｃとし、２時間真空焼鈍をおこなった。
ウイスカをそれぞれ２．５％、４％、６．５％、１０％
添加して複数本の燃料被覆管を作製した。被覆管の製造
方法は、現行仕様管と同じであシ、最終熱処理温度は４
８０Ｃとし、２時間真空焼鈍をおこなった。
第１図は本発明を実施して得られたＳ五〇ウィスカ強化
ジルカロイ−２被覆管の引張強さ特性（ａｏｏｃ雰囲気
中）を示す試験結果であって、図中、縦軸が引張強さを
、横軸がＳＩＣウィスカ含有量を示しており、ＳｉＣウ
ィスカ含有量が増加するにしたがい、引張強さも増加し
ていることが判る。
ジルカロイ−２被覆管の引張強さ特性（ａｏｏｃ雰囲気
中）を示す試験結果であって、図中、縦軸が引張強さを
、横軸がＳＩＣウィスカ含有量を示しており、ＳｉＣウ
ィスカ含有量が増加するにしたがい、引張強さも増加し
ていることが判る。
第２図は本発明を実施して得られたＳｉＣウィスカ強化
ジルカロイ−２被覆管のクリープひずみ特性（３００Ｃ
雰囲気中、２５日間）を示す試験結果であって、図中、
縦軸がクリープひずみを、横軸がＳｉＣウィスカ含有量
を示してお’）、８ｓｃウイスカ含有量が増加するにし
たがい、クリープひずみは減少していることが判る。
ジルカロイ−２被覆管のクリープひずみ特性（３００Ｃ
雰囲気中、２５日間）を示す試験結果であって、図中、
縦軸がクリープひずみを、横軸がＳｉＣウィスカ含有量
を示してお’）、８ｓｃウイスカ含有量が増加するにし
たがい、クリープひずみは減少していることが判る。
以上詳述したように、本発明によれば、従来の燃料被覆
管と同等の耐食性を有する一方、機械的強度が大きく、
クリープひずみの小さな燃料被覆管、換言すると、原子
炉運転中の形状変化ひいてはＰＩＣが起こシに＜＜、長
期間の使用に耐え得る、健全な燃料被覆管を得ることが
できる。
管と同等の耐食性を有する一方、機械的強度が大きく、
クリープひずみの小さな燃料被覆管、換言すると、原子
炉運転中の形状変化ひいてはＰＩＣが起こシに＜＜、長
期間の使用に耐え得る、健全な燃料被覆管を得ることが
できる。
第１図は本発明に係る燃料被覆管の引張強さ特性線図、
第２図は本発明被覆管のクリープひずみ特性線図である
。 代理人 弁理士 高橋明夫
第２図は本発明被覆管のクリープひずみ特性線図である
。 代理人 弁理士 高橋明夫
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、 ジルコニウムもしくはジルコニウム合金からなる
金属管内部に核燃料物質を装填する構造の燃料要素にお
いて、上記金属管のマトリックス中に非金属繊維を添加
してなることを特徴とする燃料被覆管。 λ 特許請求の範囲第１項記載の発明において、金属管
に添加される非金属繊維がＳｉＣウィスカである燃料被
覆管。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59047055A JPS60192292A (ja) | 1984-03-14 | 1984-03-14 | 燃料被覆管 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59047055A JPS60192292A (ja) | 1984-03-14 | 1984-03-14 | 燃料被覆管 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60192292A true JPS60192292A (ja) | 1985-09-30 |
Family
ID=12764469
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59047055A Pending JPS60192292A (ja) | 1984-03-14 | 1984-03-14 | 燃料被覆管 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60192292A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2023552753A (ja) * | 2020-12-01 | 2023-12-19 | ウエスチングハウス・エレクトリック・カンパニー・エルエルシー | マイクロ原子炉で使用するベリリウム系（Ｂｅ、ＢｅＯまたはＢｅ２Ｃ）スリーブに取り囲まれた燃料ペレット／コンパクト |
-
1984
- 1984-03-14 JP JP59047055A patent/JPS60192292A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2023552753A (ja) * | 2020-12-01 | 2023-12-19 | ウエスチングハウス・エレクトリック・カンパニー・エルエルシー | マイクロ原子炉で使用するベリリウム系（Ｂｅ、ＢｅＯまたはＢｅ２Ｃ）スリーブに取り囲まれた燃料ペレット／コンパクト |
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