JPS60239695A - 核燃料棒 - Google Patents

核燃料棒

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JPS60239695A
JPS60239695A JP60095701A JP9570185A JPS60239695A JP S60239695 A JPS60239695 A JP S60239695A JP 60095701 A JP60095701 A JP 60095701A JP 9570185 A JP9570185 A JP 9570185A JP S60239695 A JPS60239695 A JP S60239695A
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JP
Japan
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cladding
coating
nickel
fuel
fuel rod
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JP60095701A
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ハリー・マツクス・フエラーリ
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Westinghouse Electric Corp
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Westinghouse Electric Corp
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    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C3/00—Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
    • G21C3/02—Fuel elements
    • G21C3/04—Constructional details
    • G21C3/16—Details of the construction within the casing
    • G21C3/20—Details of the construction within the casing with coating on fuel or on inside of casing; with non-active interlayer between casing and active material with multiple casings or multiple active layers
    • 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
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  • Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic 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。

Description

【発明の詳細な説明】 原子炉系統からの電気エネルギーの製造に際して、原子
炉は、蒸気を発生させ、その後電気を発生させるための
熱を供与する。原子炉内には、二酸化ウランのペレット
又は二酸化ウランと二酸化プルトニウムとの混合物のよ
うな核燃料を収納した核燃料棒が存在している。これら
の燃料棒は、燃料ペレットを収容した金属製の管状の外
殻体、即ち被覆体であり、該被覆体はその内部もしくは
外部への漏洩を防止するために、構造の健全性が保たれ
ていなければならない。従来の軽水炉( LWR )の
燃料棒構造及び支持構造物の数例は、T.A,ロバーツ
著、「原子力発電システムの構造材」、プレナム・プレ
ス、ニューヨーク(1981年)、56〜61頁に記載
されており、この文献を参照してその一部が本明細書に
組み込まれている。
現用されている普通の形式の被覆体は、ジルコニウムを
主成分とする合金、例えばジルカロイ−2、ジルカロイ
−4又はジルコニウムと二オブ2.5重量%との合金か
らなる被覆体である。
他の形式の被覆体も提案されている。これらの提案には
、燃料棒を収容している原子炉の運転中に核燃料から放
出される成分による有害な作用から被覆体を保護するた
めに、種々の被膜又は障壁手段を内壁に備えた、ジルコ
ニウムを主成分とする材料の被覆体が含まれる。被覆体
の全表面をカバーするこれらの被膜ないしは障壁手段の
例として、米国特許第4,022,622号明細書には
、別の固着されていないライナに組合された被覆体が記
載されており、とのライナは、ステンレス鋼、銅、銅合
金、ニッケル又はニッケル合金からできており、被覆体
と燃料物質との間に配設さ・れている。クロムもしくは
クロム合金製の拡散障壁も、被覆体と金属製ライナとの
間に配設されている。米国特許第4,045,288号
明細書には、ジルコニウムもしくはジルコニウム合金の
基体を含む複合燃料要素被覆体が記載され、この基体は
、壁厚の1〜4%を占めているニオブ、アルミニウム、
銅、ニッケル、ステンレス鋼及び鉄製の金属障壁と、こ
の障壁の内面に冶金学的に接着されたステンレス鋼又は
ジルコニウム又はジルコニウム合金製の内層とを備えて
いる。米国特許第4.01.756号及び第4.137
,131号明細書は、金属例えばニッケルの被膜をジル
コニウム又はジルコニウム合金製の物品上に無電極沈着
させる方法を開示し、米国継続出願S、N、725,8
24号(出願日、1976年9月23日)のために放棄
された先願である米国特許出願S、N、522769号
(出願田1974年11月11日)に論及している。こ
の先願tζは、ジルコニウムを主成分とする外側層と、
銅、ニッケル、鉄又は鉄合金の内面上の層とから成る複
合被覆体が示されている。
これらの特許及び特許願の明細書には、被覆材に付随し
たいろいろの問題と、これらの問題を克服するための対
策とが論じられている。
燃料棒の被覆体において存在する成る特別の問題は、被
覆体に破断又は穿孔を生じさせるに至るような、被覆体
内面上の水素化物ブリスタ(膨れ)の形成である。前掲
の米国特許第4.022.662号明細書に示されてい
るように、シールされた燃料棒中の残留水又は他の水素
化性不純物と被覆体との間の緩速反応によって水素ガス
が発生することがある。被覆体内面の局所的な水素化は
、成る条件の下では、被覆体を損傷させつる単一の大き
な水素化物のブリスタを生成させることがある。局所的
な水素化物ブリスタは、被覆体の内面に意図的にか又は
非意図的に形成された酸化ジルコニウムの被膜lこ、非
常に少数の個所(通常は1か所)ζこおいて引かき傷そ
の他の欠陥が発生し、この欠陥が局所化された水素化物
のシンク(溜め)として作用する場合に形成される。
水素化物のブリスタを防止することを目的として、水素
化物の形成物を除去するための燃料棒の真空脱ガス(こ
れは困難な作業であり、コスト高になる)、例えば米国
特許第4.279.700号明細書に記載されているよ
うに、燃料棒の上端でゲッターを使用すること、並びに
、水分を全て除くために燃料ペレットを大規模に乾燥さ
せて乾燥状態に保持すること(この操作も、困難でコス
ト高になる)などが、従来から試みられている。
本発明の目的は、水素化物ブリスタの形成を阻止する経
済的で有効な燃料棒被覆体を提供することにある。
従って、本発明により、ジルコニウム合金から形成され
た管状被覆体を有し、該管状被覆体は、核燃料を収容し
、該核燃料を該管状被覆体中に気密にシールするための
端部シール手段を備えている、核燃料棒であって、該管
状被覆体の内面の面積の1〜40係をカバーするように
、該内面上に、金属ニッケルもしくはニッケル基ジルコ
ニウム合金の薄い被膜が、燃料棒の内部からの水素化物
を移転させるための、該薄い被膜の複数の部位を造るよ
うに配設されたことをl特徴とする燃料棒が提供される
。
この薄い被膜は、好ましくは、0.01〜5 ミクロン
の厚みをもち、好ましくは、厚み0゜01〜2゜5ミク
ロンのニッケル金属被膜である。
次に添付図面に示した本発明の好ましい実施例について
詳述する。
第1図を参照すると、原子炉の燃料集合体に使用するた
めの燃料棒1は、ジルコニウムを主成分とする長い金属
製の管状の被覆体6を備えており、被覆体3は、上部端
栓5及び下部端栓7を有し、密閉室9を形成している。
プレスされ焼結された燃料ペレット11は、密閉室9内
に配設され、ばね13又は他の付勢手段により下部端栓
7に向かって押伺けられている。燃料ペレット11は、
最初は、ジルコニウムを主成分とする金属製の被覆体乙
の内径よりも小径であるため、間隙スペースが形成され
る。このスペース15は、燃料棒を示した第1図のn−
n線機断面図である第2図に示されている。
第2図に示すように、燃料ペレット11の径方向位置を
制御する試みはなされてなく、各々の燃料ペレット11
は、実際に、被覆体乙の内面21と点接触又は線接触し
ている。また使用時には、間隙スペース15の寸法は、
被覆材のクリープと燃料ペレット11のスエリング六に
よって減少し、間隙スペース15は、燃料棒1の内部の
多くの領域又は実質的に全部の領域において、消失する
傾向にある。密閉室9は、通常は、ヘリウム雰囲気によ
って満たされ、酸化ジルコニウムの保護被膜17(意図
的に生成させたものでも、燃料棒中の酸素含有成分から
生成したものでもよい)は、被覆体乙の内面21上に存
在している。
ジルコニウムを主成分とする金属製の管状被覆体3は、
被覆体乙に水素化物を移転させるための多数の部位を造
るための薄い金属ニッケルの被膜を、被覆体6の内面の
一部分に備えている。燃料ペレット11を収納した金属
製の被覆体6を含む燃料棒1は、第3図に示すように、
内面21の一部に亘って薄い金属ニッケルの被膜27を
有し、好ましくは、これらの領域において、被覆体6上
の酸化ジルコニウムの保護被膜17を好ましくは中断さ
せ、又はできるだけ多く押しのける。図では、ニッケル
被膜27をよりよく示すために、燃料ペレット11は割
愛されている。
ニッケル被膜27は、被覆体3に水素化物を移転させる
ための部位を造るために、被覆体3の内面21の面積の
わずか約1〜40%に亘って、好ましくは、内面21の
面積のわずか約10〜20係に亘って、間欠的に形成さ
れている。内面21の約1%以下にニッケル被膜27を
存在させたのでは、被覆体乙の長さに沿って水素化物を
移転させるための十分な部位が得られないし、内面21
の約40%以上に亘ってニッケル被膜27を存在させた
場合には、ニッケルの無駄になると共に、中性子が不必
要に吸収され、燃料棒1からのエネルギー出力の効率が
減少する傾向を生ずる。
本明細書において、「ニッケル被膜」という用語は、ニ
ッケル伺着厚さが小さいことから、内面21上にニッケ
ルを付着させることを表現スルために用いられている。
ニッケル被膜27の内面21上の厚みは、0.01〜5
ミクロン、好ましくは0.01〜2゜5ミクロンである
。基膜27の厚みが0.01ミクロンよりも小さい場合
には、水素化物を十分に移転させるに足るニッケルが供
給されないし、被膜27の厚みを約5ミクロンよりも大
きくすると、経済的に非効率的になると共に、核燃料か
ら中性子を吸収する逼剰なニッケルが不必要に供与され
るため、燃料棒1の効率が低下する。
ニッケル被膜27は、小さなニッケル球又はニッケル被
覆球(ショット)を被覆体6の内面に打チつけるショッ
トピーニンク、被覆体6の内径に等しい直径の柔軟なニ
ッケル球を管状被覆体乙に通すこと、又は、被膜27が
形成された領域において酸化ジルコニウムの保護被膜を
好ましくは・〉断させるか押しのけるかして、被覆体6
の内面21上に薄いニッケル被膜を付与するような、他
の任意の方法によって形成する。
ジルコニウム−ニッケル基合金の小さな球(ショット)
を−例して用いて、ジルコニウム−ニッケル基合金被膜
を同様に形成してもよい。
被覆体6に水素化物を確実に移転させるためには、薄い
ニッケル被膜27は、存在している酸化ジルコニウムの
保護被膜17を中断させるか又は押しのけると共に、実
際上可能な限り、内面21土に一様に分散されているべ
きである。
被覆体3の内面の全長に沿った完全に一様な分布は実現
できないが、ニッケル被膜27は、燃料棒1の内部から
の水素源にも拘らず水素化物の移転の十分な部位を与え
るように、内面27に沿って実質的に一様な面積部分を
カバーするように分布されているべきである。
この実施例に用いられる金属製の被覆体6は、ジルコニ
ウムを主成分とする合金、例えばジルカロイ−2もしく
はジルカロイ−4である。更に、ジルコニウム層をジル
コニウム合金の内面上に、実質的に一様な層として形成
し、複合被覆体としてもよい。燃料ペレット11は、慣
用されるように二酸化ウランでも、二酸化ウランー二酸
化プルトニウム混合物でもよい。所望なら、可燃性毒物
例えばほう素を燃料棒1に含有させてもよく、この可燃
性毒物は、燃料ペレット11に混入しても、その上に被
覆してもよい。
ニッケル被膜27は、ジルコニウムを主成分とする被覆
体3上に水素化物のブリスタが生ずることを防止するだ
けでなく、燃料棒1の上部に廉価なゲッターを形成する
うえにも有用である。
【図面の簡単な説明】
第1図は、複数の二酸化ウランペレットを収容した燃料
棒の縦断面図、第2図は、第1図のn−u線に沿って切
断した横断面図であり、第1図の燃料棒を拡大して示す
図、第6図は、第1図に示した燃料棒の一部分を拡大し
て示した斜視図であり、間欠的に且つ実質的に一様に分
布されたニッケル被膜を露呈させるために燃料部分を取
除いて示す図である。 1・・核燃料棒、6・・被覆体、5,7・・端栓(端部
シール手段)、11・・燃料ペレット(核燃料)、21
・・内面、27・・被膜。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. ジルコニウム合金から形成された管状被覆体を有し、該
    管状被覆体は、核燃料を収容し、該核燃料を該管状被覆
    体中に気密にシールするための端部シール手段を備えて
    いる、核燃料棒において、該管状被覆体の内面の面積の
    1〜40チをカバーするように、該内面上に、金属ニッ
    ケルモジくはニッケル基ジルコニウム合金の薄い被膜が
    、核燃料棒の内部からの水素化物を移転させるための、
    該薄い被膜の複数の部位を造るように配設されたことを
    特徴とする核燃料棒。
JP60095701A 1984-05-07 1985-05-07 核燃料棒 Granted JPS60239695A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US607871 1984-05-07
US06/607,871 US4659545A (en) 1984-05-07 1984-05-07 Hydride blister-resistant zirconium-based nuclear fuel rod cladding

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS60239695A true JPS60239695A (ja) 1985-11-28
JPH0462359B2 JPH0462359B2 (ja) 1992-10-06

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ID=24434066

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP60095701A Granted JPS60239695A (ja) 1984-05-07 1985-05-07 核燃料棒

Country Status (6)

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US (1) US4659545A (ja)
EP (1) EP0161539B1 (ja)
JP (1) JPS60239695A (ja)
KR (1) KR930005573B1 (ja)
DE (1) DE3566317D1 (ja)
ES (1) ES8702024A1 (ja)

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