SE525455C2 - Förfarande, användning och anordning beträffande kapslingsrör för kärnbränsle samt bränslepatron för en nukleär kokarvattenreaktor - Google Patents
Förfarande, användning och anordning beträffande kapslingsrör för kärnbränsle samt bränslepatron för en nukleär kokarvattenreaktorInfo
- Publication number
- SE525455C2 SE525455C2 SE0201744A SE0201744A SE525455C2 SE 525455 C2 SE525455 C2 SE 525455C2 SE 0201744 A SE0201744 A SE 0201744A SE 0201744 A SE0201744 A SE 0201744A SE 525455 C2 SE525455 C2 SE 525455C2
- Authority
- SE
- Sweden
- Prior art keywords
- component
- tube
- nuclear
- inner component
- ppm
- Prior art date
Links
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 31
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 26
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 23
- 239000003758 nuclear fuel Substances 0.000 title claims abstract description 11
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 claims abstract description 29
- 238000005253 cladding Methods 0.000 claims abstract description 15
- 238000009835 boiling Methods 0.000 claims abstract description 14
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 229910001093 Zr alloy Inorganic materials 0.000 claims description 23
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 18
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 claims description 16
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 12
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 12
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 8
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 6
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims description 4
- 229940125773 compound 10 Drugs 0.000 claims 1
- ZLVXBBHTMQJRSX-VMGNSXQWSA-N jdtic Chemical compound C1([C@]2(C)CCN(C[C@@H]2C)C[C@H](C(C)C)NC(=O)[C@@H]2NCC3=CC(O)=CC=C3C2)=CC=CC(O)=C1 ZLVXBBHTMQJRSX-VMGNSXQWSA-N 0.000 claims 1
- 150000004678 hydrides Chemical class 0.000 description 10
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 9
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 8
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 7
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 5
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 5
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 5
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 3
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001257 Nb alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C16/00—Alloys based on zirconium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
- C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
- C22F1/16—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of other metals or alloys based thereon
- C22F1/18—High-melting or refractory metals or alloys based thereon
- C22F1/186—High-melting or refractory metals or alloys based thereon of zirconium or alloys based thereon
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C21/00—Apparatus or processes specially adapted to the manufacture of reactors or parts thereof
- G21C21/02—Manufacture of fuel elements or breeder elements contained in non-active casings
-
- G—PHYSICS
- 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
- G21C3/06—Casings; Jackets
- G21C3/07—Casings; Jackets characterised by their material, e.g. alloys
-
- G—PHYSICS
- 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
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
- Fuel-Injection Apparatus (AREA)
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Description
f "l " Q (IT -lïä (_51 U"l o o o J oc i I Det finns huvudsakligen två typer av moderna lättvattenreakto- rer: kokarvattenreaktorer (BWR) och tryckvattenreaktorer (PWR). l dessa typer av reaktorer råder olika förhållanden vilka ställer olika krav på de delar som ingår i reaktorerna. l en PWR kyls bränslestavarna i huvudsak av vatten som är i vätskefas under högt tryck. l en BWR är trycket lägre och vattnet som ky- ler bränslestavarna föràngas så att bränslestavarna omges av både vatten i vätskefas och i ångfas. Vidare har bränslepatro- nerna olika konstruktion i en BWR och en PWR. I en viss typ av BWR sträcker sig bränslestavarna i en bränslepatron hela vägen mellan en topplatta och en bottenplatta som håller ihop bränsle- pattronen. l en PWR, à andra sidan, hålls bränslestavarna vanli- gen pà plats med hjälp av spridare och när ej ända fram till topplattan och bottenplattan.
När en bränslestav används i en nukleär reaktor utsätts den för neutronstrålning. Detta leder till att kapslingsröret tenderar till att växa med tiden. l vissa typer av BWR har kapslingsröret en- dast en begränsad möjlighet att expandera i längdled. Kapsling- röret kan därför böja sig under drift. Detta kan leda till skador.
Det bör därför undvikas att kapslingsröret tillväxer i en högre grad. Moderna kapslingsrör som tillverkas i lämpliga zirkonium- legeringar och utsätts för speciella värmebehandlingar under tillverkningen, har ofta en relativt liten tendens att växa när de utsätts för neutronstrålning. Tendensen att växa kan minskas bl. a. genom att kapslingsröret vid tillverkningen utsätts för en av- slutande rekristallisationsglödgning.
Genom lämpligt val av ämne för kapslingröret och lämpligt fram- ställningsförfarande kan kapslingröret erhålla lämpliga egenska- per beträffande t.ex. hårdhet och duktilitet. Eftersom betingel- serna är olika i en BWR och en PWR framställs kapslingrören i med olika egenskaper beroende pá för vilken typ av reaktor de tillverkas. x., l i o (_21 .lä (Il U'l I den miljö där kapslingrören används kan de utsättas för olika korrosiva angrepp. Dessa angrepp kan komma från utsidan eller insidan. Angreppen från insidan har ofta sin grund i påverkan av det kärnbränslematerial som finns där, så kallat kuts-kapslings- växelverkan (PCI). Om en spricka uppstår genom kapslingsröret (en så kallad primär skada) så kan vatten tränga in genom sprickan och sprida sig längs rörets insida. Detta kan leda till nya korrosiva angrepp från rörets insida, så kallade sekundära skador. Ett kapslingsrör av zirkonium kan även reagera med' väte så att hydrider bildas i kapslingsröret. Dessa hydrider kan bildas från rörets insida, speciellt om en spricka uppstått så att vatten har trängt in i röret. Dessa hydrider gör röret sprödare och sannolikheten för sprickbildning ökar. Speciellt hydrider som sträcker sig i radiell riktning genom röret utgör en ökad risk för sprickbildning. Sådana radiella hydrider kan därför påskynda eventuella sekundära skador och sprickbildningar.
De komplicerade kemiska, mekaniska och metallurgiska förhål- landen som råder i en nukleär reaktor har lett till att en mycket stor mängd förslag till materialval och framställningsförfaranden av kapslingsrör har framlagts. Även små förändringar i leger- ingssamansättningar eller tillverkningsparametrar kan ha stor bytydelse för kapslingsrörets egenskaper.
Eftersom olika betingelser råder på insidan och utsidan av kapslingsröret så framställs kapslingsrör ibland med olika sam- mansättning i olika skikt. Det ovan nämnda dokumentet EP 0 674 800 B1 beskriver således framställning av ett kapslingsrör som har en yttre komponent som år tillverkad av exempelvis nå- gon av de vanligt förekommande legeringarna Zircaloy 2 och _ Zircaloy 4. Kapslingsröret har en inre komponent- en så kallad liner - som enligt ett utföringsexempel består huvudsakligen av Zr med legeringsämnena 0,25% Sn, 310 ppm Fe och 430 ppm" O. Kapslingsröret framställs enligt ett speciellt förfarande med väl utvalda värmebehandlingar. Kapslingsröret utsätts för en slutglödgning vid 570°C under 1,5 h, vilket innebär en fullstän- i. "l r 3 (TI .lä cr- u-r dig rekristallisationsglödgning (cRXA). Det framställda kapslingsröret har visat sig ha en god resistens mot korrosion även om vatten råkar tränga in till kapslingsrörets insida.
Ett annat exempel på ett kapslingsrör framgår av US-A-4 933 136. Detta dokument beskriver ett kapslingsrör bestående av en yttre komponent av Zircaloy 2 eller Zircaloy 4 och en inre kom- ponent som enligt ett utföringsexempel huvudsakligen bestàr av Zr med 0,19-0,20 viktprocent Sn, 0,19 viktprocent Fe och 615- 721 ppm 0. Dokumentet beskriver framställning av röret med olika valsningar och värmebehandlingar. Som slutglödgning be- skrivs i dokumentet tre alternativ. Enligt det första alternativet sker en fullständig rekristallisation (cRXA) i både den yttre och inre komponenten. Enligt ett andra alternativ sker en cRXA i den inre komponenten men endast en avspänningsglödgning (SRA), dvs ingen märkbar rekristallisation, i den yttre komponenten.
Enligt ett tredje alternativ sker partiell rekristallisation (pRXA) i den inre komponenten och en SRA i den yttre komponenten.
För kapslingsrör som är uppbyggda med två skikt och som är avsedda för att användas i en BWR utförs vanligen en avslutan- de glödgning som leder till en cRXA i bägge skikten. Därigenom kan en god resistens mot skador orsakade av PCI uppnås sam- tidigt som kapslingsröret har god duktilitet och även erhåller en struktur som motverkar tillväxt orsakad av neutronstrålning.
SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Ett syfte med föreliggande uppfinning är att åstadkomma ett förfarande för framställning av ett kapslingsrör förkärnbränsle för en nukleär kokarvattenreaktor, vilket kapslingsrör har en god resistens mot skador orsakade av PCI samtidigt som risken för bildandet av radiella hydrider är liten. Ett ytterligare syfte är att uppnå dessa fördelar samtidigt som tendensen till. tillväxt på grund av neutronbestrålning hålls på en låg nivå. Ytterligare _ 0 00000 4.11 f 3 (IT -lß UÜ C11 0 0 I Q n: 0 o syften och fördelar av uppfinningen kommer att framgå av det följande.
Dessa syften uppnås med ett förfarande av det slag som har be- skrivits i det första stycket ovan och som dessutom känneteck- nas av att efter det att kapslingsröret har bildats enligt ovan, och efter eventuella valsningar med däremellan förekommande vär- mebehandlingar, så slutglödgas kapslingsröret vid en tempera- tur och under en tid så att den inre komponenten väsentligen helt rekristalliseras och så att den yttre komponenten delvis re- kristalliseras men till en lägre grad än den inre komponenten.
Eftersom den inre komponenten är väsentligen fullständigt re- kristalliserad (cRXA), så har röret en mycket god resistens mot PCI-skador. Eftersom ytterkomponenten är partiellt rekristallise- rad (pRXA), så är denna komponent relativt duktil samtidigt som den ej tillväxer i alltför hög grad när den utsätts för neutron- strålning. Genom lämpligt materialval har det visat sig att vkapslingsrörets tillväxt är så liten så att det mycket väl lämpar sig för användning även i den typ av BWR där kapslingsröret endast har begränsat utrymme att växa. Eftersom den yttre komponenten endast är pRXA, så har det visat sig att eventuella hydrider som bildas tenderar att utsträcka sig huvudsakligen i tangentiell riktning under det att risken för radiella hydrider är låg. Därigenom uppnås förbättrad resistens mot sprickbildning.
Anledningen till att radiella hydrider undviks är förmodligen att vissa spänningar som härrör från rörets tillverkning bibehålles eftersom ytterskiktet ej är cRXA. Dessa spänningar leder till att tendensen till radiella hydrider minskar.
Med "väsentligen helt rekristalliserad” menas här att rekristalli- seringen är 100% (helt rekristalliserad) eller i det närmaste 100% (åtminstone rekristalliserat till 97% eller 98%). En analys av kapslingsröret kan således visa att rekristalliseringen i den inre komponenten ej är helt fullständig. Det föredras att den inre komponenten är helt rekristalliserad. c 00000 Det bör noteras att slutglödningen normalt är det sista värmebe- handlingssteget i tillverkningsförfarandet. Eventuellt kan en viss efterbehandling av kapslingsröret utföras, men en sådan efter- behandlingen skall vara sådan att den struktur som uppnås ge- nom slutglödgningen ej väsentligen förstörs.
Det bör även noteras att enligt ett föredraget utförande består kapslingsröret endast av den yttre komponenten och den inre komponenten (linern). Det finns således inga ytterligare skikt.
Sammansättningen på rörets ytteryta och inneryta 'kan dock skilja sig från sammansättningen i det inre av skikten, t.ex. på grund av de ämnen som röret har kommit i kontakt med. Röret kan t.ex. vara oxiderat genom att det befunnits i en omgivning av luft. Enligt ett alternativt utförande kan dock tänkas att röret innefattar ett eller flera ytterligare skikt förutom den yttre kom- ponenten och den inre komponenten.
Slutligen påpekas att när i detta dokument % eller ppm används i samband med halter av olika ämnen så avses, om inget annat sägs, viktandelar av respektive ämnen.
Enligt ett föredraget utförande av förfarandet enligt uppfinningen utföres slutglödgningen så att rekristallisationsgraden i den yttre komponenten är högre än 50%. Lämpligen är rekristallisations- graden i den inre komponenten väsentligen eller helt 100% och rekristallisationsgraden i den yttre komponenten är lämpligen mellan 50% och 96%, speciellt lämpat 60% till 90%, exempelvis mellan 70% och 90%. Det har visat sig att sådana rekristallisa- tionsgrader är speciellt lämpliga för att uppnå de beskrivna för- delarna när kapslingsröret används i en BWR. Lägre rekristalli- sationsgrad än 50% kan tänkas, men detta tenderar till att leda till att tillväxten hos kapslingsröret när det utsätts för neutron- strålning blir större.
O G 0 I 00 O I Enligt ännu ett föredraget utförande innehåller den inre kompo- nenten ej mer än 2000 ppm Fe och företrädesvis ej mer än 1500 ppm Fe och helst mindre än 1000 ppm Fe. Enligt ännu ett före- draget utförande innehåller den' inre komponenten ej mer än 1000 ppm O. Genom att hålla halterna av Fe och O làga uppnås en god resistens mot PCI. Det bör noteras att den inre kompo- nenten kan tillverkas i rent Zr (förutom möjliga föroreningar) och behöver således ej nödvändigtvis vara en legering.
Enligt ett föredraget urförande har den yttre komponenten en sammansättning som helt eller väsentligen är enligt Zircaloy 2 eller Zircaloy 4. Dessa material är vanliga i samband med kapslingsrör och har visat sig ha många goda egenskaper. Det bör dock noteras att den yttre komponenten ej behöver vara Zir- caloy 2 eller Zircaloy 4. Även andra legeringar kan användas.
T.ex. olika Zr-baserade legeringar som innehåller Nb.
Enligt ett föredraget utförande innehåller den inre komponenten mellan 0,1 och 0,7 viktprocent Sn, företrädesvis mellan 0,1 till 0,4 viktprocent Sn, 400 till 1500 ppm Fe, mindre än 600 ppm O (t.ex. 300 ppm till 500 ppm O) och resten Zr förutom förorening- ar av en halt som ej överstiger vad som normalt accepteras i Zr eller Zr-legeringar för tillämpningar i nukleära reaktorer. En så- dan legering har visat sig ha mycket bra egenskaper samtidigt som den har en lämplig rekristallisationstemperatur för att kunna uppnå väsentligen cRXA i den inre komponenten samtidigt som pRXA uppnås i den yttre komponenten. Exempel på vad som betraktas som acceptabla föroreningar i detta sammanhang finns angivet t.ex. i ovan nämnda dokument EP 0 674 800 B1, spalt 5.
*Lämpligen har den inre komponenten en tjocklek sä att den ut- gör mellan 3% och 30%, företrädes vis mellan 5% och 20%, och helst omkring 10% av kapslingsrörets totala tjocklek. (n i* 3 (_71 4> 01 G1 Iol n o.': Enligt ett lämpligt utförande utförs slutglödgningen vid en tem- peratur på mellan 485°C och 550°C under 1h till 6h, företrädes- vis under 2h till 4h.
Såsom har nämnts inledningsvis avser uppfinningen även en användning. Därvid används ett kapslingsrör framställtenligt förfarandet enligt något av föregående utföranden i en bränsle- patron för en nukleär kokarvattenreaktor. Därmed uppnås de ovan beskrivna fördelarna med ett sådant kapslingsrör.
Uppfinningen avser även ett kapslingsrör i sig, lämpat för att in- nehålla kärnbränsle och för att användas i en nukleär kokarvat- tenreaktor. Detta kapslingsrör innefattar: en yttre cylindrisk komponent huvudsakligen innehållande zirkonium, en inre cylindrisk komponent som åtminstone huvudsakli- gen innehåller zirkonium och som är metallurgiskt förbunden med den yttre komponenten, varvid materialsammansättningar- na hos den inre komponenten och den yttre komponenten skiljer sig åt och är sådana att den inre komponenten har en lägre re- kristallisationstemperatur än den yttre komponenten. Den inre komponenten har en väsentligen helt rekristalliserad struktur och den yttre komponenten har en struktur så att den är delvis rekristalliserad men ej i lika hög grad som den inre komponen- ten.
Ett sådant kapslingsrör kan framställas enligt ovan beskrivet förfarande. Med detta kapslingsrör uppnås de ovan beskrivna fördelarna. Fördelaktiga utföringsformer av detta kapslingsrör framgår av de beroende patentkraven nedan. Med dessa utfö- ringsformer uppnås de ovan beskrivna fördelarna.
Slutligen avser uppfinningen även en bränslepatron för en nuk- leär kokarvattenreaktor. Denna bränslepatron innefattar: ett höljerör, och '20 I U I U Q no oo o ett flertal kapslingsrör enligt uppfinningen fyllda med kärn- bränsle lämpligt för sådana kapslingsrör för en kokarvattenre- aktor, varvid nämnda flertal kapslingsrör är anordnade innanför nämnda höljerör.
KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA Fig 1 visar schematiskt en bränslepatron.
Fig 2 visar schematiskt ett tvärsnitt genom ett kapslingsrör enligt uppfinningen. ^ BESKRIVNING AV UTFÖRINGSEXEMPEL AV UPPFINNINGEN Fig 1 visar schematiskt en i sig känd bränslepatron för en BWR.
Bränslepatron innefattar ett höljerör 2 (som här endast visas till höger i figuren). Innanför höljeröret 2 är ett antal bränslestavar 3 anordnade. Bränslestavarna 3 sträcker sig från en topplatta 5 till en bottenplatta 6. Bränslestavarna 3 består av kapslingsrör som innehåller kutsar med kärnbränslematerial. I figuren är ett antal kutsar 4 symboliskt visade. Upptill är bränslestavarna" 3 försed- da med ändpluggar 8. Bränslestavarna 3 anligger mot topplat- tans undersida med hjälp av skruvfjädrar 9. Ett flertal spridare 7 är anordnade för att hålla bränslestavarna 3 pà avstånd fràn varandra. ' När enbränslepatron av exempelvis den beskrivna typen förses med ett flertal kapslingsrör enligt föreliggande uppfinning så ut- gör den således en bränslepatron enligt uppfinningen. Det bör noteras att det finns olika typer av bränslepatroner för BWR.
Exempelvis finns det bränslepatroner för BWR utan en topplatta.
Vidare innefattar bränslepatroner för BWR ofta även så kallade dellånga stavar. Föreliggande uppfinning är givetvis tillämpbar för olika typer av bränslepatroner för BWR.
Fig 2 visar schematiskt ett tvärsnitt genom ett kapslingsrör enligt uppfinningen. Tvärsnittet visar kapslingsröret starkt förstorat. l realiteten är kapslingsröret av en dimension och en längd som är lämpliga för användande i en BWR. Kapslingsröret innefattar en yttre cylindrisk komponent 10 och en inre cylindrisk kompo- nent 20. Den inre komponenten 20 kan kallas för en liner. Bàde den yttre 10 och inre 20 komponenten innehåller huvudsakligen Zr. Den inre komponenten 20 är metallurgiskt förbunden 'med den yttre komponenten 10. Materialsammansättningarna hos den inre 20 och den yttre 10 komponenten skiljer sig ät och är sådana att den inre komponenten 20 har en lägre rekristallisa- tionstemperatur än den yttre komponenten 10. Den inre kompo- nenten 20 har en helt rekristalliserad struktur eller åtminstone en väsentligen helt rekristalliserad struktur. Den yttre kompo- nenten 10 har en struktur sá att den är delvis rekristalliserad men ej i lika hög grad som den inre komponenten 20. Rekristal- lisationsgraden i den yttre komponenten 10 är lämpligen mellan 50% och 96%, företrädesvis mellan 70% och 90%.
Den yttre komponenten 10 kan bestà av Zircaloy 2 eller Zircaloy 4 eller annan lämplig legering baserad på Zr. Den inre kompo- nenten 20 kan bestà av rent Zr eller en Zr-legering, som därvid lämpligen är läglegerad sä att den har en lägre rekristallisa- tionstemperatur än den yttre komponenten 10. Den inre kompo- nenten 20 kan bestà av 0,1 till 0,4 viktprocent Sn, 400 till 1500 ppm Fe, mindre än 600 ppm O och resten Zr förutom förore- ningar av en halt som ej överstiger vad som normalt accepteras i Zr eller Zr-legeringar för tillämpningar i nukleära reaktorer.
Tjockleken av den inre komponenten 20 kan exempelvis vara _ % av kapslíngsrörets totala tjocklek.
Uppfinningen avser även ett förfarande för att framställa ett kapslingsrör för kärnbränsle för en nukleär kokarvattenreaktor.
Förfarandet enligt uppfinningen kan genomföras på följande sätt.
I CCI I (fi F* J (JT .PB “i 01 11 Ett rör bildas som innefattar en yttre cylindrisk komponent 10, som exempelvis kan bestå av Zircaloy 2, och en inre cylindrisk komponent 20 som är metallurgiskt förbunden med den yttre komponenten 10. Den inre komponenten 20 är också baserad på Zr och har en materialsammansättning så att den har en lägre rekristallisationstemperatur än den yttre komponenten 10. Den inre komponenten 20 kan innehålla t.ex. 0,25 viktprocent Sn, cirka 500 ppm Fe, mindre än 600 ppm O och resten Zr förutom föroreningar av -en halt som ej överstiger vad som normalt ac- cepteras i Zr eller Zr-legeringar för tillämpningar i nukleära re- aktorer. Detta rör kan bildas på olika sätt, t.ex. såsom beskrivs i EP 0 674 800 B1. När de två komponenterna 10,20 har fogats samman utföres lämpligen ett antal valsningssteg med mellan- liggande värmebehandlingar.
Efter det att kapslingsröret har 'bildats enligt ovan och efter eventuella valsningar med däremellan förekommande värmebe- handlingar så slutglödgas kapslingsröret vid en temperatur och under en tid så att den inre komponenten 20 väsentligen helt rekristalliseras och så att den yttre komponenten 10 delvis re- kristalliseras men till en lägre grad än den inre komponenten 20.
Lämpligen utföres slutglödgning så att rekristallisationsgraden i den yttre komponenten 10 är högre än 50% men mindre än 96%.
Lämplig tid och temperatur för slutglödgningen beror påsam- mansättningen av legeringarna. Temperatur och tid skall därför väljas så att de önskade rekristallisationsgraderna uppnås i komponenterna. l t.ex. Zircaloy 2 kan Sn-halten variera mellan 1,2 och 1,7 vikt- procent. Om den yttre komponenten innehåller exempelvis 1,3 viktprocent Sn, så har en slutglödning vid en temperatur på mellan 485°C och 515°C under 3h visat sig leda till ett gott re- sultat. Om Sn-halten i den yttre komponenten är 1,5 viktprocent, så utförs lämpligen slutglödning vid mellan 505°C och 520°C under3h. (n i* _) (It . .ß Ut (f: 12 Den inre komponenten 20 kan exempelvis ha en tjocklek så att den utgör cirka 10% av kapslingsrörets totala tjocklek.
Ett kapslingsrör framställt enligt förfarandet kan lämpligen an- vändas i en bränslepatron i en nukleär BWR.
Ovan angivna kapslingsrör och förfarande ger endast exempel _ pà lämpliga material. Såsom påpekats ovan kan andra material komma ifråga, t.ex. en Zr-Nb legering för den yttre komponenten och eventuellt rent Zr för den inre komponenten.
Uppfinningen är ej begränsad till ovan angivna exempelutan kan varieras inom ramen för efterföljande patentkrav.
Claims (20)
1. Ett förfarande för att framställa ett kapslingsrör för kärn- bränsle för en nukleär kokarvattenreaktor, vilket förfarande in- nefattar följande steg: bildande av ett rör som innefattar en yttre cylindrisk kom- ponent (10) huvudsakligen innehållande zirkonium och en inre cylindrisk komponent (20) metallurgiskt förbunden med den yttre komponenten (10), varvid även den inre komponenten '(20) åt- minstone huvudsakligen innehåller zirkonium, varvid material- sammansättningarna hos den inre komponenten (20) och den yttre komponenten (10) är valda så att de skiljer sig från var- andra och så att den inre komponenten (20) har en lägre re- kristallisationstemperatur än den yttre komponenten (10), k_á_n; netecknat av att efter det att kapslingsröret har bildats enligt ovan och efter eventuella valsningar med däremellan förekommande värmebe- handlingar så slutglödgas kapslingsröret vid en temperatur och under en tid så att den inre komponenten (20) väsentligen helt rekristalliseras och så att den yttre komponenten (10) delvis re- kristalliseras men till en lägre grad än den inre komponenten (20), varvid nämnda slutglödgning utföres så att rekristallisa- tionsgraden i den yttre komponenten (10) är högre än 50%.
2. Förfarande enligt krav 1, varvid nämnda slutglödgning utfö- res så att rekristallisationsgraden i den inre komponenten (20) är väsentligen eller helt 100% och rekristallisationsgraden i den yttre komponenten (10) är mellan 50% och 96%.
3. Förfarande enligt något av föregående krav, varvid den inre komponenten (20) ej innehåller mer än 1500 ppm Fe.
4. Förfarande enligt något av föregående krav, varvid den inre komponenten (20) ej innehåller mer än 1000 ppm O. 1o 15 20 25 30 35 \_ '-1 J (_71 .S3 (JT CH 14
5. Förfarande enligt något av föregående krav, varvid den ytt- re komponenten (10) har en sammansättning som helt eller vä- sentligen är enligt Zircaloy 2 eller Zircaloy 4.
6. Förfarande enligt något av föregående krav, varvid den inre komponenten (20) innehåller mellan 0,1 och 0,7 viktprocent Sn.
7. Förfarande enligt krav 6, varvid den inre komponenten (20) innehåller 0,1 till 0,4 viktprocent Sn, 400 till 1500 ppm Fe, mind- re än 600 ppm O och resten Zr förutom föroreningar av en halt som ej överstiger vad som normalt accepteras i Zr eller Zr- legeringar för tillämpningar i nukleära reaktorer.
8. Förfarande enligt något av föregående krav, varvid den inre komponenten (20) har en tjocklek så att den utgör mellan 3% och 30% av kapslingsrörets totala tjocklek.
9. Förfarande enligt något av föregående krav, varvid slut- glödgningen utföres vid en temperatur på mellan 485°C och 550°C.
10. Förfarande enligt något av föregående krav, varvid slut- glödgningen utföres under 1h till 6h.
11. Användning av ett kapslingsrör framställt enligt förfarandet enligt något av föregående krav i en bränslepatron för en nukle- är kokarvattenreaktor.
12. Ett kapslingsrör för kärnbränsle för en nukleär kokarvatten- reaktor, vilket kapslingsrör innefattar: en yttre cylindrisk komponent (10) huvudsakligen inne- hållande zirkonium, en inre cylindrisk komponent (20) som åtminstone huvud- sakligen innehåller zirkonium och som är metallurgiskt förbun- den med den yttre komponenten (10), varvid materialsamman- 10 15 20 25 30 35 I! l f-u' S 2. 2'% å I O O O 0 oo 15 sättningarna hos den inre komponenten (20) och den yttre kom- ponenten (10) skiljer sig åt och är sådana att den inre kompo- nenten (20) har en lägre rekristallisationstemperatur än den ytt- re komponenten (10), kännetecknat av att den inre komponenten (20) har en väsentligen helt rekristallise- rad struktur och den yttre komponenten (10) har en struktur så att den är delvis rekristalliserad men ej i lika hög grad som den inre komponenten (10), varvid rekristallisationsgraden i den yttre komponenten (10) är högre än 50%.
13. Ett kapslingsrör enligt krav 12, varvid rekristallisationsgra- den i den inre komponenten (20) är väsentligen eller helt 100% och rekristallisationsgraden i den yttre komponenten (10) är mellan 50% och 96%.
14. Ett kapslingsrör enligt något av kraven 12-13, varvid den inre komponenten (20) ej innehåller mer än 1500 ppm Fe.
15. Ett kapslingsrör enligt något av kraven 12-14, varvid den inre komponenten (20) ej innehåller mer än 1000 ppm O.
16. Ett kapslingsrör enligt något av kraven 12-15, varvid den yttre komponenten (20) har en sammansättning som helt eller väsentligen är enligt Zircaloy 2 eller Zircaloy 4.
17. Ett kapslingsrör enligt något av kraven 12-16, varvid den inre komponenten (20) innehåller mellan 0,1 och 0,7 viktprocent Sn.
18. Ett kapslingsrör enligt krav 17, varvid den inre komponen- ten (20) innehåller 0,1 till 0,4 viktprocent Sn, 400 till 1500 ppm Fe, mindre än 600 ppm O och resten Zr förutom föroreningar av en halt som ej överstiger vad som normalt accepteras i Zr eller Zr-legeringar för tillämpningar i nukleära reaktorer. 10 16
19. Ett kapslingsrör enligt något av kraven 12-18, varvid den inre komponenten (20) har en tjocklek så att den utgör mellan 3% och 30% av kapslingsrörets totala tjocklek.
20. En bränslepatron för en nukleär kokarvattenreaktor, inne- fattande: ett höljerör (2), och ett flertal kapslingsrör enligt något av kraven 12-19 fyllda med kärnbränsle lämpligt för sådana kapslingsrör för en kokar- vattenreaktor, varvid nämnda flertal kapslingsrör är anordnade innanför nämnda höljerör (2).
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SE0201744A SE525455C2 (sv) | 2002-06-07 | 2002-06-07 | Förfarande, användning och anordning beträffande kapslingsrör för kärnbränsle samt bränslepatron för en nukleär kokarvattenreaktor |
| JP2004511567A JP4999270B2 (ja) | 2002-06-07 | 2003-06-04 | 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。 |
| EP03738813.9A EP1511874B1 (en) | 2002-06-07 | 2003-06-04 | Method, use and device concerning cladding tubes for nuclear fuel and a fuel assembly for a nuclear boiling water reactor |
| US10/517,020 US7715518B2 (en) | 2002-06-07 | 2003-06-04 | Method, use and device concerning cladding tubes for nuclear fuel and a fuel assembly for a nuclear boiling water reactor |
| AU2003246207A AU2003246207A1 (en) | 2002-06-07 | 2003-06-04 | Method, use and device concerning cladding tubes for nuclear fuel and a fuel assembly for a nuclear boiling water reactor |
| PCT/SE2003/000920 WO2003104510A1 (en) | 2002-06-07 | 2003-06-04 | Method, use and device concerning cladding tubes for nuclear fuel and a fuel assembly for a nuclear boiling water reactor |
| ES03738813.9T ES2543194T3 (es) | 2002-06-07 | 2003-06-04 | Método, uso y dispositivo referentes a tubos de vaina para combustible nuclear y conjunto de combustible para un reactor nuclear de agua en ebullición |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SE0201744A SE525455C2 (sv) | 2002-06-07 | 2002-06-07 | Förfarande, användning och anordning beträffande kapslingsrör för kärnbränsle samt bränslepatron för en nukleär kokarvattenreaktor |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| SE0201744D0 SE0201744D0 (sv) | 2002-06-07 |
| SE0201744L SE0201744L (sv) | 2003-12-08 |
| SE525455C2 true SE525455C2 (sv) | 2005-02-22 |
Family
ID=20288116
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SE0201744A SE525455C2 (sv) | 2002-06-07 | 2002-06-07 | Förfarande, användning och anordning beträffande kapslingsrör för kärnbränsle samt bränslepatron för en nukleär kokarvattenreaktor |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7715518B2 (sv) |
| EP (1) | EP1511874B1 (sv) |
| JP (1) | JP4999270B2 (sv) |
| AU (1) | AU2003246207A1 (sv) |
| ES (1) | ES2543194T3 (sv) |
| SE (1) | SE525455C2 (sv) |
| WO (1) | WO2003104510A1 (sv) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9284629B2 (en) | 2004-03-23 | 2016-03-15 | Westinghouse Electric Company Llc | Zirconium alloys with improved corrosion/creep resistance due to final heat treatments |
| US10221475B2 (en) | 2004-03-23 | 2019-03-05 | Westinghouse Electric Company Llc | Zirconium alloys with improved corrosion/creep resistance |
| SE530673C2 (sv) * | 2006-08-24 | 2008-08-05 | Westinghouse Electric Sweden | Vattenreaktorbränslekapslingsrör |
| US9459060B2 (en) | 2009-10-05 | 2016-10-04 | Colt's Manufacturing Ip Holding Company Llc | Modular firearm |
| CA2776379C (en) | 2009-10-05 | 2017-12-05 | Colt Defense, Llc | Modular automatic or semi-automatic rifle |
Family Cites Families (22)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4770847A (en) * | 1982-06-01 | 1988-09-13 | General Electric Company | Control of differential growth in nuclear reactor components by control of metallurgical conditions |
| JPS6031089A (ja) * | 1983-07-29 | 1985-02-16 | 株式会社東芝 | 核燃料複合被覆管 |
| JPS60165580A (ja) | 1984-02-08 | 1985-08-28 | 株式会社日立製作所 | 原子炉燃料用被覆管の製造法 |
| US4675153A (en) * | 1984-03-14 | 1987-06-23 | Westinghouse Electric Corp. | Zirconium alloy fuel cladding resistant to PCI crack propagation |
| US4933136A (en) * | 1985-03-08 | 1990-06-12 | Westinghouse Electric Corp. | Water reactor fuel cladding |
| US4775508A (en) * | 1985-03-08 | 1988-10-04 | Westinghouse Electric Corp. | Zirconium alloy fuel cladding resistant to PCI crack propagation |
| CN86101123A (zh) * | 1985-03-08 | 1987-01-21 | 西屋电气公司 | 水堆燃料包壳管 |
| US5073336A (en) * | 1989-05-25 | 1991-12-17 | General Electric Company | Corrosion resistant zirconium alloys containing copper, nickel and iron |
| US5245645A (en) * | 1991-02-04 | 1993-09-14 | Siemens Aktiengesellschaft | Structural part for a nuclear reactor fuel assembly and method for producing this structural part |
| US5245654A (en) * | 1991-10-10 | 1993-09-14 | Cermetek Microelectronics, Inc. | Solid state isolation device using opto-isolators |
| SE506174C2 (sv) | 1992-12-18 | 1997-11-17 | Asea Atom Ab | Metod att framställa kärnbränsleelement |
| US5519748A (en) | 1993-04-23 | 1996-05-21 | General Electric Company | Zircaloy tubing having high resistance to crack propagation |
| SE502866C2 (sv) * | 1993-06-30 | 1996-02-05 | Asea Atom Ab | Bränsleelement för tryckvattenreaktor vars ledrör är slutvärmebehandlade i två steg |
| SE503349C2 (sv) * | 1994-09-09 | 1996-05-28 | Asea Atom Ab | Kärnbränsleelement innefattande en kapsling med ett yttre skikt av Zr-Sn-Fe-legering |
| SE9601594D0 (sv) * | 1996-04-26 | 1996-04-26 | Asea Atom Ab | Fuel boxes and a method for manufacturing fuel boxes |
| US5642566A (en) * | 1996-06-01 | 1997-07-01 | Izumi Products Company | Electric powered cable cutter |
| US6005906A (en) * | 1996-06-12 | 1999-12-21 | Siemens Power Corporation | Corrosion and hydride resistant nuclear fuel rod |
| US6126762A (en) * | 1998-03-30 | 2000-10-03 | General Electric Company | Protective coarsening anneal for zirconium alloys |
| SE514678C2 (sv) * | 1998-11-12 | 2001-04-02 | Westinghouse Atom Ab | Förfarande för framställning av en komponent utsatt för förhöjd strålning i en korrosiv miljö |
| SE513185C2 (sv) * | 1998-12-11 | 2000-07-24 | Asea Atom Ab | Zirkoniumbaserad legering och komponent i en kärnenergianläggning |
| SE513293C2 (sv) * | 1998-12-18 | 2000-08-21 | Ericsson Telefon Ab L M | Fästanordning vid kontaktövergång |
| US6243433B1 (en) * | 1999-05-14 | 2001-06-05 | General Electic Co. | Cladding for use in nuclear reactors having improved resistance to stress corrosion cracking and corrosion |
-
2002
- 2002-06-07 SE SE0201744A patent/SE525455C2/sv not_active IP Right Cessation
-
2003
- 2003-06-04 ES ES03738813.9T patent/ES2543194T3/es not_active Expired - Lifetime
- 2003-06-04 US US10/517,020 patent/US7715518B2/en not_active Expired - Lifetime
- 2003-06-04 WO PCT/SE2003/000920 patent/WO2003104510A1/en not_active Ceased
- 2003-06-04 EP EP03738813.9A patent/EP1511874B1/en not_active Expired - Lifetime
- 2003-06-04 AU AU2003246207A patent/AU2003246207A1/en not_active Abandoned
- 2003-06-04 JP JP2004511567A patent/JP4999270B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20050265513A1 (en) | 2005-12-01 |
| EP1511874B1 (en) | 2015-04-29 |
| JP4999270B2 (ja) | 2012-08-15 |
| ES2543194T3 (es) | 2015-08-17 |
| WO2003104510A1 (en) | 2003-12-18 |
| SE0201744D0 (sv) | 2002-06-07 |
| JP2005529237A (ja) | 2005-09-29 |
| SE0201744L (sv) | 2003-12-08 |
| AU2003246207A1 (en) | 2003-12-22 |
| US7715518B2 (en) | 2010-05-11 |
| EP1511874A1 (en) | 2005-03-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4775508A (en) | Zirconium alloy fuel cladding resistant to PCI crack propagation | |
| EP0326896A1 (en) | Nuclear fuel element having oxidation resistant cladding | |
| JP4099493B2 (ja) | 耐クリープ性が優れたジルコニウム合金組成物 | |
| JP2846266B2 (ja) | 被覆管 | |
| US20090060115A1 (en) | Method, use and device concerning cladding tubes for nuclear fuel and a fuel assembly for a nuclear pressure water reactor | |
| JPH07504229A (ja) | 沸騰水型原子炉用燃料棒被覆管 | |
| JP2001066390A (ja) | 耐割れ性及び耐食性の改善された原子炉用被覆管 | |
| SE510112C2 (sv) | Bränslekapsel av en zirkoniumlegering och metod för att åstadkomma en sådan | |
| JP2011524007A (ja) | スペーサグリッド | |
| CN1128235C (zh) | 用作燃料棒包覆层的锆合金 | |
| US8320515B2 (en) | Water reactor fuel cladding tube | |
| EP0195155B1 (en) | Water reactor fuel cladding tubes | |
| SE525455C2 (sv) | Förfarande, användning och anordning beträffande kapslingsrör för kärnbränsle samt bränslepatron för en nukleär kokarvattenreaktor | |
| SE462307B (sv) | Kärnbränsleelement med kompositkapslingsbehallare samt kompositkapslingsbehallare med beklädnad av zirkoniumlegering | |
| JP2023525484A (ja) | 原子炉用の燃料棒のための被覆管、燃料棒及び燃料集合体 | |
| US4933136A (en) | Water reactor fuel cladding | |
| EP0194797B1 (en) | Water reactor fuel element cladding tube | |
| EP0195154B1 (en) | Water reactor fuel cladding tubes | |
| JPH024945A (ja) | 中性子照射下で高温高圧水にさらされるオーステナイト鋼及びその用途 | |
| JP2001073051A (ja) | 耐食性ジルコニウム基合金およびその管の製造方法 | |
| JP2000230993A (ja) | 燃料被覆管及びその製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| NUG | Patent has lapsed |