JPS6031089A - 核燃料複合被覆管 - Google Patents
核燃料複合被覆管Info
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- JPS6031089A JPS6031089A JP58138852A JP13885283A JPS6031089A JP S6031089 A JPS6031089 A JP S6031089A JP 58138852 A JP58138852 A JP 58138852A JP 13885283 A JP13885283 A JP 13885283A JP S6031089 A JPS6031089 A JP S6031089A
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- composite
- zirconium
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- 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
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- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (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】
〔発明の技術分野〕
本発明は、核燃料ペレットを装填する被覆管構造に係シ
、特に内面に純ジルコニウムのライナ一層を設は次核燃
料複合被覆管およびその製造方法の改良に関するもので
ある。
、特に内面に純ジルコニウムのライナ一層を設は次核燃
料複合被覆管およびその製造方法の改良に関するもので
ある。
従来、酸化ウランおるいは酸化プルトニウムを含有した
核燃料ペレットを、ジルコニウム合金で被覆した核燃料
要素において、被覆管の破損事故は主に水素が原因でお
ると考えられていた。この水素は核燃料ペレットを製造
する際に除去されずに潜在していた水分が分解して生成
されるものと考えられ、従来は水素ゲッターを被覆管内
に装填することによシ水素の発生を軽減させる方策が採
られていた。しかし核燃料開発の研究が進むにつれて、
水素脆化による破損の他に、燃料の核分裂生成物である
沃素ガスあるいはセシウムガスによる被覆管の応力腐蝕
割れも、被覆管破損の大きな原因であることが分うてき
た。
核燃料ペレットを、ジルコニウム合金で被覆した核燃料
要素において、被覆管の破損事故は主に水素が原因でお
ると考えられていた。この水素は核燃料ペレットを製造
する際に除去されずに潜在していた水分が分解して生成
されるものと考えられ、従来は水素ゲッターを被覆管内
に装填することによシ水素の発生を軽減させる方策が採
られていた。しかし核燃料開発の研究が進むにつれて、
水素脆化による破損の他に、燃料の核分裂生成物である
沃素ガスあるいはセシウムガスによる被覆管の応力腐蝕
割れも、被覆管破損の大きな原因であることが分うてき
た。
このような応力腐蝕割れの防止策として、従来は原子炉
運転初期に出力上昇速度を落して運転し、被覆管に急激
な応力が加わらない様に運転している。
運転初期に出力上昇速度を落して運転し、被覆管に急激
な応力が加わらない様に運転している。
しかしながら、近年、原子力発電の比重が高まるにつれ
て、原子炉の経済的高率運転が切望され、急速立上シ、
負荷変動の追従など過酷な運転条件下でも、核燃料ペレ
ットと、被覆管との機械的な相互作用を低減させ、核分
裂生成物による被覆管の応力腐蝕割れを低減させる構造
が研究されている。
て、原子炉の経済的高率運転が切望され、急速立上シ、
負荷変動の追従など過酷な運転条件下でも、核燃料ペレ
ットと、被覆管との機械的な相互作用を低減させ、核分
裂生成物による被覆管の応力腐蝕割れを低減させる構造
が研究されている。
例えばベルイー特許第８３５４８１号明細書中には、外
管の内側にクッション作用をなす純ジルコニウムをライ
ナ一層として設けて、核燃料ペレットとの機械的な相互
作用を緩和させる構造が示されている。またベルイー特
許第８７０３４２号明細書中には、ライナ一層をスポン
ジジルコニウムの如き酸素濃度の高い純ジルコニウム層
で形成することが記載されている。
管の内側にクッション作用をなす純ジルコニウムをライ
ナ一層として設けて、核燃料ペレットとの機械的な相互
作用を緩和させる構造が示されている。またベルイー特
許第８７０３４２号明細書中には、ライナ一層をスポン
ジジルコニウムの如き酸素濃度の高い純ジルコニウム層
で形成することが記載されている。
このような複合被覆管ＩＯ構造は、第１図および第２図
に示すように、ジルコニウム合金で形成された外管２の
内側に純ジルコニウムで形成されたライナ一層３が一体
に接合されている。
に示すように、ジルコニウム合金で形成された外管２の
内側に純ジルコニウムで形成されたライナ一層３が一体
に接合されている。
この複合被覆管１の内部には、ペレット状に形成された
、例えば酸化ウラン、あるいは酸化プルトニウムなどの
核燃料ペレット４が複数個積層充填され、更にこの核燃
料ペレット４は、前記複合被覆管ＩＯ上部端栓５に一端
が当接したスプリング６によシ固定されている。
、例えば酸化ウラン、あるいは酸化プルトニウムなどの
核燃料ペレット４が複数個積層充填され、更にこの核燃
料ペレット４は、前記複合被覆管ＩＯ上部端栓５に一端
が当接したスプリング６によシ固定されている。
このようなライナ一層を設けた核燃料複合被覆管の製造
方法としては、例えにジルコニウム合金製の中空ビレッ
トに、ライナ一層剤の純ジルコニウム製スリーブを挿着
した後、これを熱間押出し等によシ同時に押出し成型し
て複合管全製造する。更にこの複合管をピルガ−背紋夛
機などの装置により複数回の・母スを施す冷間加工によ
ｐ所定の内径および肉厚まで縮小して複合被覆管を製造
する。この冷間加工の各ノ々スの合間において通常はジ
ルコニウム合金をほぼ完全に再結晶化させるのに十分な
温度と時間、例えは５８０℃で２時間、熱処理して複合
管の焼なましが行われる。
方法としては、例えにジルコニウム合金製の中空ビレッ
トに、ライナ一層剤の純ジルコニウム製スリーブを挿着
した後、これを熱間押出し等によシ同時に押出し成型し
て複合管全製造する。更にこの複合管をピルガ−背紋夛
機などの装置により複数回の・母スを施す冷間加工によ
ｐ所定の内径および肉厚まで縮小して複合被覆管を製造
する。この冷間加工の各ノ々スの合間において通常はジ
ルコニウム合金をほぼ完全に再結晶化させるのに十分な
温度と時間、例えは５８０℃で２時間、熱処理して複合
管の焼なましが行われる。
ところが、本発明者等は、複合被覆管の純ジルコニウム
よシなるライナ一層を透過電子顕微鏡によシ観察しだと
ころ、その内部に水素化物が局在していることを確認し
た。まに引張試験後の破面を走査電子顕微鏡により観察
したところ、全体は延性破面であルなから直径約２０μ
ｍの大きさの脆性破面が散見された。これは最終焼鈍の
冷却時に含有していた水素が水素化物となって局在した
まめと考えられる。これは外管となるジルコニウム合金
には観られなかった現象で、特にライナ一層の純ジルコ
ニウム部で大きな水素化物が生成され易く、この水素化
物の５− 局在が脆化の原因となり、応力腐蝕割れを発生する虞れ
がおる。
よシなるライナ一層を透過電子顕微鏡によシ観察しだと
ころ、その内部に水素化物が局在していることを確認し
た。まに引張試験後の破面を走査電子顕微鏡により観察
したところ、全体は延性破面であルなから直径約２０μ
ｍの大きさの脆性破面が散見された。これは最終焼鈍の
冷却時に含有していた水素が水素化物となって局在した
まめと考えられる。これは外管となるジルコニウム合金
には観られなかった現象で、特にライナ一層の純ジルコ
ニウム部で大きな水素化物が生成され易く、この水素化
物の５− 局在が脆化の原因となり、応力腐蝕割れを発生する虞れ
がおる。
本発明は、かかる点に鑑み、水素化物の発生メカニズム
を研究した結果、最終の熱処理における冷却速度を規定
することにより水素化物を微細に分散させて脆化の原因
を取ル除き、応力腐蝕割れを低減させた核燃料複合被覆
管およびその製造方法を提供するものである・ 〔発明の概要〕 本発明はジルコニウム合金からなる外管の内側に、純ジ
ルコニウムをライナ一層として設け、両者が冶金的に接
ｅされ喪核燃料複合被覆管において、前記外管となるジ
ルコニウム合金と、９（ｆ−管となる純ジルコニウムと
も水素化物が微細に分散していることを特徴とする核燃
料複合被覆管を第１の要旨とするものである。
を研究した結果、最終の熱処理における冷却速度を規定
することにより水素化物を微細に分散させて脆化の原因
を取ル除き、応力腐蝕割れを低減させた核燃料複合被覆
管およびその製造方法を提供するものである・ 〔発明の概要〕 本発明はジルコニウム合金からなる外管の内側に、純ジ
ルコニウムをライナ一層として設け、両者が冶金的に接
ｅされ喪核燃料複合被覆管において、前記外管となるジ
ルコニウム合金と、９（ｆ−管となる純ジルコニウムと
も水素化物が微細に分散していることを特徴とする核燃
料複合被覆管を第１の要旨とするものである。
更に本発明は、ジルコニウム合金からなる外管の内側に
、ライナ一層となる純ジルコニウムスリーブを挿着して
複合し、この複合管を複数− 回のパスを順次経て、所定の内径および肉厚まで縮小す
る背紋シ工程における冷間加工の合間に、複合管の熱処
理を行って外管とライナ一層とを冶金的に接合し、最終
の背紋シ工程後の熱処理工程における降温に際し、急冷
して、含有する水素を微細に分散固溶させることを特徴
とする核燃料複合被覆管の製造方法を第２の要旨とする
ものである。
、ライナ一層となる純ジルコニウムスリーブを挿着して
複合し、この複合管を複数− 回のパスを順次経て、所定の内径および肉厚まで縮小す
る背紋シ工程における冷間加工の合間に、複合管の熱処
理を行って外管とライナ一層とを冶金的に接合し、最終
の背紋シ工程後の熱処理工程における降温に際し、急冷
して、含有する水素を微細に分散固溶させることを特徴
とする核燃料複合被覆管の製造方法を第２の要旨とする
ものである。
本発明において外管として用いるジルコニウム合金とし
ては、例えばツルカロイ−２、ジルカロイ−４などが挙
げられる。
ては、例えばツルカロイ−２、ジルカロイ−４などが挙
げられる。
本発明では、先ず外管となるジルコニウム合金の中空ビ
レット内にライナ一層となる純ジルコニウムスリーブを
挿着して複合した後、この複合管を熱間押出しして一体
に接合する。
レット内にライナ一層となる純ジルコニウムスリーブを
挿着して複合した後、この複合管を熱間押出しして一体
に接合する。
次にこの複合管を、背紋シ工程による複数回のパスを経
て冷間加工を行い、所定の内径および肉厚に成型する。
て冷間加工を行い、所定の内径および肉厚に成型する。
この冷間加工の各パスの合間に熱処理を行って外管とラ
イナ一層とを冶金的に接合すると共に、焼なましを行う
。この場合の熱処理条件としては、例えば５３８〜７０
４℃で１〜１５時間の加熱を行う。
イナ一層とを冶金的に接合すると共に、焼なましを行う
。この場合の熱処理条件としては、例えば５３８〜７０
４℃で１〜１５時間の加熱を行う。
このように最終の背紋ｐ工程を行って、仕上９寸法とな
った複合管に最終の熱処理を行なう。
った複合管に最終の熱処理を行なう。
この熱処理工程における降温の際に、ジルコニウム合金
や純ジルコニウム中に高温で固溶している水素が急冷す
ることにより微細に分散した水素化物として析出する。
や純ジルコニウム中に高温で固溶している水素が急冷す
ることにより微細に分散した水素化物として析出する。
この最終の熱処理工程における冷却速度は、焼なまし温
度から２００℃まで、２０℃／秒の急冷を行うと良い。
度から２００℃まで、２０℃／秒の急冷を行うと良い。
通常、ゾルコニウム合金および純ジルコニウム中には、
不純物として水素が２５ ｐｐｍ以下、殆んどの場合、
数ｐｐｍから十数ｐｐｍ混入しているが、焼なまし温度
である例えば６００℃から急冷した場合の冷却速度と、
析出する水素化物の最大長径との関係を示すと第３図の
グラフに示す様になる。このグラフから明らかなように
冷却速度が速くなる程、析出する水素化物の大白さは小
さくなシ、一様に分散することが分る。
不純物として水素が２５ ｐｐｍ以下、殆んどの場合、
数ｐｐｍから十数ｐｐｍ混入しているが、焼なまし温度
である例えば６００℃から急冷した場合の冷却速度と、
析出する水素化物の最大長径との関係を示すと第３図の
グラフに示す様になる。このグラフから明らかなように
冷却速度が速くなる程、析出する水素化物の大白さは小
さくなシ、一様に分散することが分る。
冷却速度が２０℃／秒未満では水素化物が１０μｍ以上
となり、この大きさの水素化物が局部的に集合すると、
ここが脆化の発生点となる虞れがある。
となり、この大きさの水素化物が局部的に集合すると、
ここが脆化の発生点となる虞れがある。
また本発明において急冷する温度範囲を焼なまし温度か
ら２００℃までに限定した理由は、２００℃未満の温度
では、急冷速度の変化によル水素化物の析出状態にあま
シ影響を及ぼさないからである。
ら２００℃までに限定した理由は、２００℃未満の温度
では、急冷速度の変化によル水素化物の析出状態にあま
シ影響を及ぼさないからである。
このようにして得られた本発明の核燃料複合被覆管は、
外管となるジルコニウム合金と、ライナ一層となる純ジ
ルコニウムとも、析出している水素化物が１０μｍ以下
で微細に分散しているので、脆化の原因とならず、しか
もライナ一層のクツ７１７作用によシ、核燃料ペレット
と被覆管との機械的た相互作用を低減させ、核分裂生成
物による被覆管の応力腐蝕割れを低減させることができ
る。
外管となるジルコニウム合金と、ライナ一層となる純ジ
ルコニウムとも、析出している水素化物が１０μｍ以下
で微細に分散しているので、脆化の原因とならず、しか
もライナ一層のクツ７１７作用によシ、核燃料ペレット
と被覆管との機械的た相互作用を低減させ、核分裂生成
物による被覆管の応力腐蝕割れを低減させることができ
る。
外管となるジルコニウム合金中空ビレットと、９−
ライナ一層となる純ジルコニウムスリー２０表面を清浄
化した後、これを挿着して組合せる。
化した後、これを挿着して組合せる。
次に組合せ後の複合管の境界線をエレクトロビーム溶接
により真空中で溶接する。
により真空中で溶接する。
次にこの複合管を熱間押出し加工した後、ピルガ−背紋
ｐ機で冷間加工を繰シ返し、複数回の・母スを経て仕上
シ形状とした。この冷間加工の合間には５８０℃で２時
間の熱処理を行って焼なましを行った。
ｐ機で冷間加工を繰シ返し、複数回の・母スを経て仕上
シ形状とした。この冷間加工の合間には５８０℃で２時
間の熱処理を行って焼なましを行った。
このようにして、最終の冷間加工を終った複合管を６０
０℃で２時間、真空中で熱処理し、降温に際し冷却速度
５０℃／秒で２００℃まで急冷した。
０℃で２時間、真空中で熱処理し、降温に際し冷却速度
５０℃／秒で２００℃まで急冷した。
このようにして得られた複合被覆管のライナ一層の厚さ
は約７０±２０μｍであシ、またこのライナ一層の純ジ
ルコニウムを電子顕微鏡および光学顕微鏡で観察したと
ころ、水素化物は微細に一様に分散し、最長の水素化物
でも２μｍに至らなかりた。また引張試験を行い、その
破面を走査電子顕微鏡で観察したところ、脆性破面は認
められなかった。
は約７０±２０μｍであシ、またこのライナ一層の純ジ
ルコニウムを電子顕微鏡および光学顕微鏡で観察したと
ころ、水素化物は微細に一様に分散し、最長の水素化物
でも２μｍに至らなかりた。また引張試験を行い、その
破面を走査電子顕微鏡で観察したところ、脆性破面は認
められなかった。
また本発明と比較するために、最終の熱処理における冷
却速度を１０℃／秒とした複合被覆管を製造し、このラ
イナ一層の水素化物を観察したところ、約１４μｍ長さ
の針状水素化物が局部的に集合しているのが認められた
。またこれを引張試験したところ、その破面に約２０μ
ｍの範囲で脆性破面を示す場所が数ケ所見つかった。
却速度を１０℃／秒とした複合被覆管を製造し、このラ
イナ一層の水素化物を観察したところ、約１４μｍ長さ
の針状水素化物が局部的に集合しているのが認められた
。またこれを引張試験したところ、その破面に約２０μ
ｍの範囲で脆性破面を示す場所が数ケ所見つかった。
なお被覆管の外管となるジルコニウム合金部分での脆性
破面は本発明の実施例品、比較品とも認められなかった
・ 〔発明の効果〕 以上説明した如く、本発明に係る核燃料複合被覆管およ
びその製造方法によれば、最終の熱処理における冷却速
度を規定することによｐ水素化物を微細に分散させて脆
化の原因を取シ除き、応力腐蝕割れを低減して被覆管の
長寿命化を図ることができる。
破面は本発明の実施例品、比較品とも認められなかった
・ 〔発明の効果〕 以上説明した如く、本発明に係る核燃料複合被覆管およ
びその製造方法によれば、最終の熱処理における冷却速
度を規定することによｐ水素化物を微細に分散させて脆
化の原因を取シ除き、応力腐蝕割れを低減して被覆管の
長寿命化を図ることができる。
第１図は核燃料複合被覆管内に核燃料ペレットを装層し
た核燃料要素を示す縦断面口、第２図ｒｉ第１図の拡大
横断面図、第３図は冷却速度と析出する水素化物の最大
長径との関係を示すグラフである。 １・・・複合被覆管、２−・・外管、３・・・ライナー
１．４・・−核燃料ペレット、５・・・土部端栓、６・
・・スプリング。 出組人代理人 弁理士 鈴 江 武 彦第１図 第２図 第３図 ２０ ４０ ６０ ８０ １００ 々却悲（０Ｃ／秒）
た核燃料要素を示す縦断面口、第２図ｒｉ第１図の拡大
横断面図、第３図は冷却速度と析出する水素化物の最大
長径との関係を示すグラフである。 １・・・複合被覆管、２−・・外管、３・・・ライナー
１．４・・−核燃料ペレット、５・・・土部端栓、６・
・・スプリング。 出組人代理人 弁理士 鈴 江 武 彦第１図 第２図 第３図 ２０ ４０ ６０ ８０ １００ 々却悲（０Ｃ／秒）
Claims (3)
- （１） ジルコニウム合金からなる外管の内側に、純ジ
ルコニウムをライナ一層として設け、両者が冶金的に接
合された核燃料複合被覆管において、前記外管となるゾ
ルコニウム合金と、ライナー管となる純ジルコニウムと
も、水素化物が微細に分散していることを特徴とする核
燃料複合被覆管。 - （２） ジルコニウム合金からなる外管の内側に、ライ
ナ一層となる純ジルコニウムスリーブを挿着して複合し
、この複合管を複数回のパスを順次経て、所定の内径お
よび肉厚まで縮小する背紋ｐ工程における冷間加工の合
間に、複合管の熱処理を行って、外管とライナ一層とを
冶金的に接合し、最終の管絞シ工程後の熱処理工程にお
ける降温に際し、急冷して含有する水素を微細に分散固
溶させることを特徴とする核燃料後１− 金被覆管の製造方法。 - （３）最終の熱処理工程における冷却速度が、焼なまし
温度から２００℃まで２０℃／秒以上の急冷を行うこと
を特徴とする特許請求の範囲第２項記載の核燃料複合被
覆管の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58138852A JPS6031089A (ja) | 1983-07-29 | 1983-07-29 | 核燃料複合被覆管 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58138852A JPS6031089A (ja) | 1983-07-29 | 1983-07-29 | 核燃料複合被覆管 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6031089A true JPS6031089A (ja) | 1985-02-16 |
| JPH0519670B2 JPH0519670B2 (ja) | 1993-03-17 |
Family
ID=15231664
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58138852A Granted JPS6031089A (ja) | 1983-07-29 | 1983-07-29 | 核燃料複合被覆管 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6031089A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6166184A (ja) * | 1984-09-10 | 1986-04-04 | 日本核燃料開発株式会社 | 核燃料被覆管 |
| JPS6318030A (ja) * | 1986-07-11 | 1988-01-25 | Nippon Nuclear Fuel Dev Co Ltd | ジルコニウム及びジルコニウム合金並びにその製造方法 |
| JP2005529237A (ja) * | 2002-06-07 | 2005-09-29 | ウェスティングハウス エレクトリック スウェーデン アーベー | 沸騰水型原子炉の核燃料と燃料集合体用被覆管に関する方法、用途、及び装置。 |
-
1983
- 1983-07-29 JP JP58138852A patent/JPS6031089A/ja active Granted
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6166184A (ja) * | 1984-09-10 | 1986-04-04 | 日本核燃料開発株式会社 | 核燃料被覆管 |
| JPS6318030A (ja) * | 1986-07-11 | 1988-01-25 | Nippon Nuclear Fuel Dev Co Ltd | ジルコニウム及びジルコニウム合金並びにその製造方法 |
| JP2005529237A (ja) * | 2002-06-07 | 2005-09-29 | ウェスティングハウス エレクトリック スウェーデン アーベー | 沸騰水型原子炉の核燃料と燃料集合体用被覆管に関する方法、用途、及び装置。 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0519670B2 (ja) | 1993-03-17 |
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