JPS6166183A - 核燃料要素の被覆管 - Google Patents
核燃料要素の被覆管Info
- Publication number
- JPS6166183A JPS6166183A JP59187961A JP18796184A JPS6166183A JP S6166183 A JPS6166183 A JP S6166183A JP 59187961 A JP59187961 A JP 59187961A JP 18796184 A JP18796184 A JP 18796184A JP S6166183 A JPS6166183 A JP S6166183A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cladding
- cladding tube
- nuclear fuel
- biaxial stress
- fuel element
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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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)
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〕
本発明は核燃料要素の被覆管に係シ、特に２軸応力状態
における破断伸びを良好とするのに好適な核燃料要素の
被覆管に関するものである。
における破断伸びを良好とするのに好適な核燃料要素の
被覆管に関するものである。
現在、設計、製造および運転がなされている原子炉にお
いては、通常、核燃料物質を耐食性、非反応性で熱伝導
性にすぐれた被覆管内に封入した核燃料要素を使用して
いる。この核燃料要素を冷却材流れチャンネル内に一定
間隔に格子状に集合して組み立てて燃料集合体を形成し
、この燃料集合体を適当数組み合わせて核分裂反応が可
能な核分裂連鎖反応集合体または炉心を形成し、この炉
心を冷却材が流通する原子炉容器内に入れである。
いては、通常、核燃料物質を耐食性、非反応性で熱伝導
性にすぐれた被覆管内に封入した核燃料要素を使用して
いる。この核燃料要素を冷却材流れチャンネル内に一定
間隔に格子状に集合して組み立てて燃料集合体を形成し
、この燃料集合体を適当数組み合わせて核分裂反応が可
能な核分裂連鎖反応集合体または炉心を形成し、この炉
心を冷却材が流通する原子炉容器内に入れである。
被覆管は幾つかの目的で使用され、その第１の目的は、
核燃料と冷却材または減速材との接触および化学反応を
防止することにある。第２の目的は、一部が気体である
放射性核分裂生成物が燃料から冷却材または減速材ある
いは冷却材と減速材の双方が存在する場合にはその双方
中に漏れ出るのを防止することにある。
核燃料と冷却材または減速材との接触および化学反応を
防止することにある。第２の目的は、一部が気体である
放射性核分裂生成物が燃料から冷却材または減速材ある
いは冷却材と減速材の双方が存在する場合にはその双方
中に漏れ出るのを防止することにある。
普通の被覆管材料は、ステンレス鋼、ジルコニウムおよ
びその合金等である。これらの被覆管の破断、すなわち
、漏れ、密封性の喪失が生じると、冷却材または減速材
およびそれが関連する系が放射性長寿命生成物でプラン
トの運転を妨げる程度に汚染される恐れがおる。
びその合金等である。これらの被覆管の破断、すなわち
、漏れ、密封性の喪失が生じると、冷却材または減速材
およびそれが関連する系が放射性長寿命生成物でプラン
トの運転を妨げる程度に汚染される恐れがおる。
ジルコニウムおよびその合金は、平常条件下では優秀な
被覆管材料である。その理由は、ジルコニウムおよびそ
の合金は小さい中性子吸収断面を有し、さらに、約４０
０Ｃ以下の温度では、原子炉冷却材および減速材として
普通に使用される水蒸気の存在下で強く、シかも、延性
を有し、極めて安定で、かつ、非反応性であるからであ
る。
被覆管材料である。その理由は、ジルコニウムおよびそ
の合金は小さい中性子吸収断面を有し、さらに、約４０
０Ｃ以下の温度では、原子炉冷却材および減速材として
普通に使用される水蒸気の存在下で強く、シかも、延性
を有し、極めて安定で、かつ、非反応性であるからであ
る。
しかし、被覆管には内圧、引張力のほかに核燃料ペレッ
トと被覆管との相互作用（ＰＣＩ）による外力が働らく
。このような外力か作用すると、被覆管には２軸応力が
発生する。２軸応力状態では一般に１軸応力状態に比べ
て延性（破断ひすみ）が低下し、２軸応力度が大きいほ
どその傾向が著しい。また、特開昭５０−１１１４９６
号公報に示しであるように、一般に中性子照射により延
性が低下する。現行では、核燃料要素の被覆管は比較的
中性子の照射量が小さいため、２軸応力状態下であって
もほとんど被覆管の破損が起らないが、高燃焼度燃料で
は中性子の照射量が増加するだめ、被覆管がぜい化し、
さらに、ＦＰガス放出のため内圧が増加し、２軸応力度
も高くなって被覆管が破損する危険性がある。したがっ
て、このような過酷な条件下であっても十分な延性を有
する被覆管の開発が急務である。
トと被覆管との相互作用（ＰＣＩ）による外力が働らく
。このような外力か作用すると、被覆管には２軸応力が
発生する。２軸応力状態では一般に１軸応力状態に比べ
て延性（破断ひすみ）が低下し、２軸応力度が大きいほ
どその傾向が著しい。また、特開昭５０−１１１４９６
号公報に示しであるように、一般に中性子照射により延
性が低下する。現行では、核燃料要素の被覆管は比較的
中性子の照射量が小さいため、２軸応力状態下であって
もほとんど被覆管の破損が起らないが、高燃焼度燃料で
は中性子の照射量が増加するだめ、被覆管がぜい化し、
さらに、ＦＰガス放出のため内圧が増加し、２軸応力度
も高くなって被覆管が破損する危険性がある。したがっ
て、このような過酷な条件下であっても十分な延性を有
する被覆管の開発が急務である。
ｌす）
〔発明の目的〕
本発明は上記に鑑みてなされたもので、その目的とする
ところは、従来と同等の強度および耐食性を有し、しか
も、２軸応力状態における延性に優れた核燃料要素の被
覆管を提供することにある。
ところは、従来と同等の強度および耐食性を有し、しか
も、２軸応力状態における延性に優れた核燃料要素の被
覆管を提供することにある。
本発明の特徴は、被覆管材料の六方晶のＣ軸方向と被覆
管半径方向とのなす角度が５０〜８０゜の被覆管材料を
用いて構成した点にある。
管半径方向とのなす角度が５０〜８０゜の被覆管材料を
用いて構成した点にある。
以下本発明を第１図〜第３図を用いて詳細に説明する。
一般に金属材料の延性は、２軸応力度が増すと低下する
。延性（破断ひすみ６ｇ）と２軸応力度（σ、−／σｂ
ａａ 、σｂ〜〉σ、−〉Ｏ）および異方性（異方性指
数Ｆ、Ｇ、Ｈ＞Ｏ，Ｉ＝Ｊ＝に＝０とする）の関係は次
式で表わされることがわかっている。
。延性（破断ひすみ６ｇ）と２軸応力度（σ、−／σｂ
ａａ 、σｂ〜〉σ、−〉Ｏ）および異方性（異方性指
数Ｆ、Ｇ、Ｈ＞Ｏ，Ｉ＝Ｊ＝に＝０とする）の関係は次
式で表わされることがわかっている。
ここに、ｎ；加工硬化係数
ｂＯｌｔＩ。；それぞれ介在物あるいは第２相粒子の大
きさおよび間隔 Ｃ，Ｃ＝２Ｆ” （Ｆ＋２Ｈ） Ａ、Ａ＝２Ｆ’＋Ｈ σ、−２σ、−；それぞれ主引張応カ フ ；異方性材料の有効応力 （１）式より１軸応力状態における破断ひずみ（ｅｆσ
、−〇）と２軸応力状態における破断ひずみ（Ｔ１σ、
−７０４ｍ）との比η（＝７１σｍ −０／” ｆσ、
〜／σ％ｍ）は次のようになる。
きさおよび間隔 Ｃ，Ｃ＝２Ｆ” （Ｆ＋２Ｈ） Ａ、Ａ＝２Ｆ’＋Ｈ σ、−２σ、−；それぞれ主引張応カ フ ；異方性材料の有効応力 （１）式より１軸応力状態における破断ひずみ（ｅｆσ
、−〇）と２軸応力状態における破断ひずみ（Ｔ１σ、
−７０４ｍ）との比η（＝７１σｍ −０／” ｆσ、
〜／σ％ｍ）は次のようになる。
通常のジルカロイ−２被覆管の加工硬化係数ｎの値は０
．１２である。この値を（２）式に代入し、異方性指数
をパラメータにしてηと２軸応力度の関係を図示すると
第１図のようになる。第１図の曲線ａは異方性指数Ｆ
（＝Ｇ）、Ｈがいずれも１０等方性材料の場合で、曲線
すは異方性指数Ｆ（＝Ｇ）、ＨがそれぞれＯ１３，１，
０の場合である。第１図から明らかなように、異方性指
数Ｆ （＝Ｇ）が大きいほど、すなわち、等方性に近い
ほど２軸応力状態（σ、−／σｂ−）ｏ ）’における
・ηｑ値が大・きくなる。すなわち、被覆管の変形が等
方性′に近いほど２軸応力状態における破断ひすみ（延
性）が大きくなる。
．１２である。この値を（２）式に代入し、異方性指数
をパラメータにしてηと２軸応力度の関係を図示すると
第１図のようになる。第１図の曲線ａは異方性指数Ｆ
（＝Ｇ）、Ｈがいずれも１０等方性材料の場合で、曲線
すは異方性指数Ｆ（＝Ｇ）、ＨがそれぞれＯ１３，１，
０の場合である。第１図から明らかなように、異方性指
数Ｆ （＝Ｇ）が大きいほど、すなわち、等方性に近い
ほど２軸応力状態（σ、−／σｂ−）ｏ ）’における
・ηｑ値が大・きくなる。すなわち、被覆管の変形が等
方性′に近いほど２軸応力状態における破断ひすみ（延
性）が大きくなる。
度θ（第２図参照）と異方性指数Ｆ、Ｇ、Ｈとの関係を
示したものである。
示したものである。
第１表よりＦとＧはＨ＝１．０に対して小さく、また、
ＦさＧであり、かつ、θが大きいほどＦ（またはＧ）は
１．０に近付くことがわかる。すなわち、θが大きいほ
ど等方性材料に近い変形特性を示す。
ＦさＧであり、かつ、θが大きいほどＦ（またはＧ）は
１．０に近付くことがわかる。すなわち、θが大きいほ
ど等方性材料に近い変形特性を示す。
上述のことをまとめると、異方性指数ＦおよびＧが大き
いほど２軸応力状態における破断ひすみ（延性）が犬き
くなる。一方、ＦおよびＧの値は六方晶のＣ軸方向と被
覆管の半径方向とのなす角度θが大きいほど大きくなる
。したがって、２軸応力状態における破断ひずみの大き
い被覆管を得るためには、角度θの値を大きくすればよ
い。
いほど２軸応力状態における破断ひすみ（延性）が犬き
くなる。一方、ＦおよびＧの値は六方晶のＣ軸方向と被
覆管の半径方向とのなす角度θが大きいほど大きくなる
。したがって、２軸応力状態における破断ひずみの大き
い被覆管を得るためには、角度θの値を大きくすればよ
い。
以下本発明の実施例について説明する。本実施例におい
ては、まず、ジルカロイ−２被覆管における六方晶のＣ
軸方向と被覆管の半径方向とのなす角度θがほぼ３０，
４０，５０，６０．７０および８０°の６種類の被覆管
を試作し、それの２軸引張試験（内圧バースト試験、２
軸応力度σ、−／σｂ、、＝ ０．５ ）を３００Ｃで
行い、強度および破断ひずみを測定した。第３図はその
結果を示す線図で、角度θと内圧強さくｍｐ ａ ＞お
よび破断ひすみ（％χとの関係を示しである。第３図に
おいて、曲線Ｃは被覆管の破断ひすみ（％）を、曲線ｄ
は被覆管の内圧強さくＭＰａ）を示し、Ａ点は従来の被
覆管の破断ひすみ（％）、Ｂ点は従来の被覆管の内圧強
さを示す。第３図より、θが大きくなるにしたがい破断
ひずみが増加するが、θが５０°以上では増加傾向が飽
和し、また、θが変っても内圧強さ、すなわち、強度の
値がほとんど変らないことがわかる。
ては、まず、ジルカロイ−２被覆管における六方晶のＣ
軸方向と被覆管の半径方向とのなす角度θがほぼ３０，
４０，５０，６０．７０および８０°の６種類の被覆管
を試作し、それの２軸引張試験（内圧バースト試験、２
軸応力度σ、−／σｂ、、＝ ０．５ ）を３００Ｃで
行い、強度および破断ひずみを測定した。第３図はその
結果を示す線図で、角度θと内圧強さくｍｐ ａ ＞お
よび破断ひすみ（％χとの関係を示しである。第３図に
おいて、曲線Ｃは被覆管の破断ひすみ（％）を、曲線ｄ
は被覆管の内圧強さくＭＰａ）を示し、Ａ点は従来の被
覆管の破断ひすみ（％）、Ｂ点は従来の被覆管の内圧強
さを示す。第３図より、θが大きくなるにしたがい破断
ひずみが増加するが、θが５０°以上では増加傾向が飽
和し、また、θが変っても内圧強さ、すなわち、強度の
値がほとんど変らないことがわかる。
しだがって、２軸応力下における被覆管の破断ひすみ、
すなわち、延性を改善するためには、六方晶のＣ軸方向
の傾き角θを５０°以上とすればよいが、９０°近くに
なると水素化物が被覆管の半径方向に向くので、延性が
低下することがわかっているので、本実施例においては
、角度θが５０〜８０°となるように、六方晶合金であ
るジルカロイ被覆管材料の集合組織を調整するようにし
て、等方性材料の組織に近い組織とし、被覆管の舅性異
方性を軽減し、従来と同等の強度と耐食性を有し、２軸
応力状態下における延長を改善するようにした。
すなわち、延性を改善するためには、六方晶のＣ軸方向
の傾き角θを５０°以上とすればよいが、９０°近くに
なると水素化物が被覆管の半径方向に向くので、延性が
低下することがわかっているので、本実施例においては
、角度θが５０〜８０°となるように、六方晶合金であ
るジルカロイ被覆管材料の集合組織を調整するようにし
て、等方性材料の組織に近い組織とし、被覆管の舅性異
方性を軽減し、従来と同等の強度と耐食性を有し、２軸
応力状態下における延長を改善するようにした。
以上説明したように、本発明によれば、ジルコニウムあ
るいはジルコニウム合金からなる一重ある二重被覆管を
従来と同等の強度および耐食性を有し、しかも、多軸応
力下における延性に優れたものとすることができ、ベレ
ットと被覆管との相互作用によシ多軸応力が被覆管に作
用する極めてきびしい条件下においても被覆管の破損を
防止できるという効果がある。
るいはジルコニウム合金からなる一重ある二重被覆管を
従来と同等の強度および耐食性を有し、しかも、多軸応
力下における延性に優れたものとすることができ、ベレ
ットと被覆管との相互作用によシ多軸応力が被覆管に作
用する極めてきびしい条件下においても被覆管の破損を
防止できるという効果がある。
第１図は１軸応力状態における破断ひずみと２軸応力状
態における破ＷｒｒＦずみとの比ηと２軸応力度との関
係を示す線図、第２図は被覆管の六方晶のＣ軸方向と被
覆管半径方向とのなす角度θの説明図、第３図は角度θ
と内圧強さおよび破断ひずみとの関係の実験結果を示す
線図である。
態における破ＷｒｒＦずみとの比ηと２軸応力度との関
係を示す線図、第２図は被覆管の六方晶のＣ軸方向と被
覆管半径方向とのなす角度θの説明図、第３図は角度θ
と内圧強さおよび破断ひずみとの関係の実験結果を示す
線図である。
Claims (1)
- １、ジルコニウムまたはジルコニウム合金からなる核燃
料要素の被覆管において、被覆管材料の六方晶のＣ軸方
向と被覆管半径方向とのなす角度が５０〜８０°の被覆
管材料を用いて構成してあることを特徴とする核燃料要
素の被覆管。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59187961A JPS6166183A (ja) | 1984-09-10 | 1984-09-10 | 核燃料要素の被覆管 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59187961A JPS6166183A (ja) | 1984-09-10 | 1984-09-10 | 核燃料要素の被覆管 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6166183A true JPS6166183A (ja) | 1986-04-04 |
Family
ID=16215187
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59187961A Pending JPS6166183A (ja) | 1984-09-10 | 1984-09-10 | 核燃料要素の被覆管 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6166183A (ja) |
-
1984
- 1984-09-10 JP JP59187961A patent/JPS6166183A/ja active Pending
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