CN108770361A - 轻水反应堆燃料棒的包壳 - Google Patents

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Abstract

一种用于轻水反应堆的燃料棒包壳(4)，包括：芯(16)，其包括由纯钼或由钼基合金组成的基体；和外保护层(18)，所述外保护层(18)选自：‑沉积在所述芯(16)的外表面上的铬基涂布(20)，所述铬基涂布(20)包括由纯铬或由铬基合金组成的至少一个铬基涂布层(24)；‑通过将铬从芯(16)的外表面扩散到芯(16)中而获得的铬基扩散层(22)；‑一系列的通过将铬从芯(16)的外表面扩散到芯(16)中而获得的铬基扩散层(22)和由沉积在所述芯(16)的外表面上的铬或铬基合金组成的铬基涂布(20)。

Description

轻水反应堆燃料棒的包壳
【技术领域】
本发明涉及用于轻水反应堆的核燃料棒的包壳管(“cladding tube”)。
【背景技术】
旨在用于轻水反应堆(LWR)的核燃料棒的包壳管通常由锆基合金制成。这种合金在核反应堆的正常操作条件下实现高度可靠的性能。但是，在严重事故情况下，特别是在没有安全注入的情况下发生冷却剂的损失事故时，它们可能具有很差的表现。事实上，在高压蒸汽条件下，锆合金包壳会经历快速氧化或腐蚀，产生强烈的热量和氢气。在高温下，特别是在事故条件下可能发生的高于800℃的温度下，锆合金包壳可能进一步遭受其抗张强度和蠕变强度的降低，这可能造成变形甚至燃料棒的爆裂，这会影响反应堆芯的可冷却性。
专利申请US2015/0063522公开了包括由钼或钼基合金组成的芯的核燃料棒包壳。包壳进一步包括形成在芯的外表面上并由锆基合金或由包含不锈钢的铝组成的保护涂布。通过诸如物理气相沉积(PVD)、惰性气体喷雾、真空等离子喷涂、高速氧燃料(HVOF)或高速空气燃料(HVAF)之类的涂覆处理将保护涂布沉积在芯的外表面上。
这种燃料棒包壳并不完全令人满意。
实际上，涂布对抗腐蚀的防护表现取决于其组成以及其微观结构。特别地，在燃料组件寿命期间，在包壳表面的每个位置处涂布的组成应当在特定范围内并且保持在该特定范围内。
如US2015/0063522中所公开的，使用诸如HVOF、HAVF、PVD、惰性气体喷雾或真空等离子喷涂之类的沉积方法，用于沉积由锆基合金或由包含不锈钢的铝组成的保护涂布，并不能保证实现允许令人满意的抗腐蚀保护的化学组成和微观结构。
特别是，当使用这种沉积方法，利用锆基合金或包含不锈钢的铝来涂覆部件时，难以保证涂布组合物在包壳的整个表面上以及在整个沉积处理期间的均匀性。
作为替换，US2015/0063522还公开了通过机械共同还原(例如通过共挤出、共研磨或共同拉伸)来制造包壳管。然而，使用这种方法，难以在包壳的所有层中获得想要的微观结构。
实际上，对于芯材料和外部保护材料两者而言，机械和热处理条件一般不能被优化。
由于以下原因，使用锆基合金或包含不锈钢的铝，用于保护钼芯以防腐蚀进一步不令人满意。
在核反应堆操作期间从包含不锈钢涂布的铝的氧化得到的氧化铝缓慢地溶解在300℃以上的水中。在正常的操作条件下，这将导致包含不锈钢涂布的铝的表面处的铝含量下降，并且因此导致腐蚀保护的损失。另外，氧化铝在照射下膨胀，可能导致保护涂布中的裂纹并因此也导致腐蚀保护的损失。
锆就其本身而言与高温蒸汽发生放热反应以产生大量的氢气和热量。因此，与传统的锆基包壳相比，锆基合金保护层在严重事故条件下，并不会增加操作裕度。
因此，利用US2015/0063522中公开的保护涂布，存在氧化和腐蚀不再受到有效保护的钼芯层的风险，这可能最终造成包壳完整性的损失。
【发明内容】
本发明的一个目的是提供在正常和事故条件下具有改善的表现的燃料棒包壳管。
为此，本发明涉及一种用于轻水反应堆的燃料棒包壳，其包括：
芯，其包括由纯钼或由钼基合金组成的基体；和
外保护层，所述外保护层选自：
-沉积在所述芯的外表面上的铬基涂布，所述铬基涂布包括由纯铬或由铬基合金组成的至少一个铬基涂布层；
-通过将铬从芯的外表面扩散到芯中而获得的铬基扩散层；
-一系列的通过将铬从芯的外表面扩散到芯中而获得的铬基扩散层和由沉积在所述芯的外表面上的铬或铬基合金组成的铬基涂布。
根据燃料棒包壳的具体实施例：
-芯进一步包括分散在纯钼或钼基合金的基体内的颗粒；
-芯由纯钼或钼基合金的基体组成；
-钼基合金包括至少85％重量的钼；
-铬基扩散层是通过使用包括金属铬并且有利地至少15％重量的金属铬的粉末混合物通过包埋渗来进行铬化处理而获得的，或者是通过化学气相沉积来进行铬化处理而获得的；
-铬基涂布是通过物理气相沉积或通过化学气相沉积而获得的；
-铬基扩散层是通过对沉积在芯的外表面上的铬基涂布进行热处理而获得的；
-外保护层具有包括在2μm与100μm之间的厚度；
-燃料棒包壳进一步包括内保护层，所述内保护层选自：
-沉积在芯的内表面上的铬基涂布，所述铬基涂布由纯铬或由铬基合金组成；
-通过将铬从芯的内表面扩散到芯中而获得的铬基扩散层。
本发明进一步涉及一种包括如上限定的燃料棒包壳的燃料棒。
本发明进一步涉及一种用于生产如上限定的燃料棒包壳的方法，包括以下步骤：
-提供包括由纯钼或由钼基合金组成的基体的芯；和
-形成外保护层，形成外保护层的步骤包括以下步骤中的至少一个：
-在所述芯的外表面上沉积由纯铬或由铬基合金组成的铬基涂布，所述沉积步骤包括沉积至少一个铬基涂布层；和/或
-通过将铬从芯的外表面扩散到芯中而形成铬基扩散层。
根据用于生产燃料棒包壳的方法的特定实施例：
-形成铬基扩散层的步骤包括通过使用包括金属铬并且有利地包括至少15％重量的金属铬的粉末混合物通过包埋渗而进行铬化处理；
-所述粉末混合物进一步包括一种或多种扩散元素以改善抗腐蚀性；
-形成铬基扩散层的步骤包括通过化学气相沉积进行铬化处理；
-沉积铬基涂布的步骤包括通过化学气相沉积或通过物理气相沉积来沉积铬基涂布中的至少一个铬基涂布层；
-铬基涂布由若干个叠置的铬基涂布层组成，并且沉积铬基涂布的步骤包括通过化学气相沉积或通过物理气相沉积来沉积铬基涂布中的每个铬基涂布层；
-在形成铬基扩散层之前，在芯的外表面上沉积铬基涂布中的至少一个铬基涂布层，并且形成铬基扩散层的步骤包括热处理铬基涂布中的所述至少一个铬基涂布层，热处理有利地是在至少900℃的温度下执行的；
-沉积铬基涂布的步骤包括沉积若干个涂布层，沉积涂布层的步骤中的至少一些步骤包括使所述涂布层经受热处理以使得来自所述涂布层的铬扩散到下面的涂布层中和/或扩散到芯中，扩散到芯中可能与形成铬基扩散层的步骤同时发生。
【附图说明】
通过阅读仅以示例的方式并参照附图而给出的以下的描述，将更好地理解本发明和其优点，其中：
-图1是根据本发明的轻水反应堆的燃料棒的示意性纵向截面图；
-图2是根据一个实施例的燃料棒包壳的横截面图；
-图3是利用纯铬涂覆的纯钼的层的显微照片；以及
-图4是在腐蚀测试期间获得的实验图。
【具体实施方式】
图1图示了用于轻水反应堆的核燃料棒2的示例。这种燃料棒特别是旨在用于压水反应堆(PWR)或沸水反应堆(BWR)。
核燃料棒2包括以具有圆形横截面的管的形式的包壳4，管是由在其下端处的下插塞6封闭的，并且是由在其上端处的上插塞8封闭的。核燃料棒2包含核燃料，例如以堆叠在包壳4中并抵靠下插塞6的一系列丸粒10的形式。保持弹簧12被放置在包壳4的上部区段中以便抵靠在上插塞8上和上部丸粒10上。
如图2中示出的那样，燃料棒包壳4包括芯16和在芯16的外侧上的外保护层18。
芯16包括由纯钼或由钼基合金组成的基体。
在这种情境中，纯钼应当被理解为包括至少99％重量的钼的金属。
钼基合金是具有大于50％重量的钼含量的合金。优选地，钼基合金具有至少85％重量的钼含量。
根据一实施例，芯16由基体组成，该基体由纯钼或由钼基合金的基体组成。换言之，芯16由如上限定的纯钼或钼基合金组成。
根据替换方案，芯16可以包括分散在基体中的附加的化合物，例如用于对芯16进行加强。
特别地，芯16可以包括分散在基体内的包括金属元素的氧化物、碳化物或氮化物的颗粒。这些颗粒例如具有包括在5nm到500nm之间的直径。金属元素可以是锆、铪、钛、铌、钽、硅、钇或其它稀土元素。
附加的化合物加强了由纯钼或钼基合金组成的基体。例如，在附加的化合物是氧化物的情况下，取决于基体是纯钼基体还是钼基合金基体，芯16由氧化物弥散强化钼或氧化物弥散强化钼基合金(也称为ODS Mo或ODS Mo合金)组成。
芯16例如具有包括在150μm与600μm之间的厚度。
外保护层18优选为具有小于或等于100μm的厚度薄层。例如，外保护层18具有包括在2μm与100μm之间的厚度。
优选地，外保护层18具有小于或等于50μm的厚度。例如，外保护层18具有包括在5μm与50μm之间的厚度。
外保护层18优选地形成燃料棒包壳4的最外层。因此它与燃料棒2的环境直接接触。
外保护层18选自：
-沉积在所述芯16的外表面上的铬基涂布20，所述铬基涂布20由纯铬或由铬基合金构成；
-通过将铬从芯16的外表面扩散到芯16中而获得的铬基扩散层22；
-一系列的通过将铬从芯16的外表面扩散到芯16中而获得的铬基扩散层22和由铬或由铬基合金组成的铬基涂布20。
在本发明的情境中，纯铬应被理解为包含至少99％重量的铬的金属。
铬基合金是具有大于50％重量的铬含量的合金。优选地，铬基合金具有大于或等于85％重量的铬含量。
铬基涂布20有利地具有小于或等于50μm的厚度，例如包括在2μm与50μm之间，并且优选包括在5μm与30μm之间。
在这些厚度内，铬基涂布20不会形成裂纹或裂缝。
铬基涂布20可以仅包括一个或若干个叠置的铬基涂布层24。
每个铬基涂布层24由铬或铬基合金组成。铬基涂布层24可具有相同的成分或不同的成分。
例如，每个铬基涂布层24具有小于或等于50μm的厚度，优选地包括在10nm和50μm之间。
铬基扩散层22从芯16的外表面延伸到芯16中。
在这种情境中，表述“铬基”旨在意指铬是扩散到芯16中的主要元素。
芯材料内的扩散层22的内部界限被定义为进入芯16的最大深度，在该深度处，核材料中的铬含量仍然等于至少2％重量。
优选地，铬基扩散层22具有小于或等于50μm的厚度或深度，例如包括在5μm与30μm之间，甚至更优选地包括在10μm与30μm之间。
在图2中示出的实施例中，外保护层18包括铬基扩散层22和铬基涂布20。铬基涂布20径向上向外延伸至铬基扩散层22。铬基涂布20界定包壳4的外表面。
在图2中示出的实施例中，燃料棒包壳4进一步包括内保护层26。该内保护层26形成在芯16的内侧上。
内保护层26保护芯16的内表面免受腐蚀，该腐蚀可能是由如下原因造成的：由于例如制造缺陷(焊接...)或燃料棒2的使用中故障(微动磨损，碎屑磨损......)而在反应堆运行期间水进入包壳4。
内保护层26还保护芯16的内表面免受由燃料丸粒10的裂变材料(UO2，PUO2)释放的氧所引起的氧化。
内保护层26还保护芯16的内表面免于在制造燃料棒2期间由燃料丸料10装载到包壳4中而引起的磨损。
内保护层26优选为具有厚度小于50μm的薄层。例如，内保护层26具有小于或等于50μm的厚度，优选地包括在5μm和50μm之间。
内保护层26是含铬层。
其有利地是通过将铬从芯16的内表面扩散到芯16中而获得的铬基扩散层。该扩散层从芯16的内表面延伸到芯16中。
芯材料内的扩散层26的内部界限被定义为进入芯16的最大深度，在该最大深度处核材料中的铬含量仍然等于至少2％重量。
根据一个替换方案，内保护层26是形成在芯16的内表面上的涂布。有利地，该涂布由纯铬或由铬基合金组成。
现在将解释一种用于制造如上所述的燃料棒包壳4的方法。
该方法包括：
-提供包括由纯钼或由钼基合金组成的基体的芯16；和
-在所述芯16上形成外保护层18，所述外保护层18选自上述的外保护层18。
更特别地，形成外保护层18的步骤包括以下步骤中的一个或多个步骤：
-在芯16的外表面上沉积由纯铬或由铬基合金组成的铬基涂布20，和/或
-通过将铬从芯16的外表面扩散到芯16中而形成铬基扩散层22。
如随后将会看到的那样，这些步骤不一定是按照其中它们在上面出现的次序而执行。
更特别地，沉积铬基涂布20的步骤有利地包括物理气相沉积(也称为PVD)或化学气相沉积(也称为CVD)步骤。
物理气相沉积是有利的，因为其实施起来是迅速的并且允许在中等温度下(例如包括在50℃至700℃之间)产生该涂布。
优选地，使用溅射作为物理气相沉积方法。在溅射期间，在高压下被加速的惰性气体离子撞击靶材，因此从靶材中喷射出原子，喷射出的原子于是形成金属蒸汽，该金属蒸汽在基底表面上凝结以形成涂布。
甚至更优选地，使用高功率脉冲磁控管溅射物理气相沉积技术来将铬基涂布20沉积到芯16的外表面上。
在这种技术中，形成磁控管的一组永磁体定位于靶材下方以便增加靶材附近的离子密度。磁控管效应帮助以较低的压力来维持放电，由此改善溅射质量。
高功率脉冲磁控管溅射物理气相沉积技术是本领域技术人员已知的，并且在本专利申请中将不会进一步详细描述。
技术人员能够使用他的常识来确定将允许获得想要的涂布成分和操作条件(主要是压力和极化)的靶材的成分。
使用高功率脉冲磁控管溅射物理气相沉积技术，用于沉积铬基涂布20是有利的，因为其使得能够沉积薄的、致密的、高度附着力的涂布，因此提供对下面的(多个)层或下面的芯16的改进的保护。
在其中沉积铬基涂布20的步骤是化学气相沉积步骤(CVD)的情况下，CVD有利地使用钼、氢或锌蒸气作为还原剂来执行。
有利地，CVD是在如下条件下执行的：在包含铬前体如卤化铬或铬金属有机化合物的环境中，以900℃-1200℃的范围中的温度，通过分批处理(batch treatment)进行若干小时，或在1000℃-1600℃的范围中通过连续处理进行至少几分钟。
化学气相沉积(CVD)是有利的，因为它允许同时在芯16的内表面和外表面上执行铬涂布。
在其中铬基涂布20包括若干个叠置的涂布层24的情况下，沉积铬基涂布20的步骤包括与铬基涂布20中存在的层24一样多的沉积涂布层24的步骤。
可选地，形成外保护层18的步骤进一步包括在沉积铬基涂布20之后，使所述铬基涂布20经受扩散热处理的步骤以便增强外保护层18的附着力。
该热处理有利地是在真空下或在惰性气体环境下以在900℃至1200℃范围中的温度并在包括在几分钟至若干小时之间内执行的。热处理可以分批或连续地执行。
铬化处理步骤，也称为“渗铬处理”，即形成铬基扩散层22的步骤包括例如通过包埋渗(“pack cementation”)而进行铬化处理的步骤。
通过包埋渗的铬化处理过程是使用包括金属铬的粉末混合物在高温下，并且特别是在900℃与1250℃之间的温度下执行的。
有利地，粉末混合物包括至少15％重量的金属铬，并且优选在15％重量至30％重量之间的金属铬。
包埋渗是通过将具有粉末混合物的芯16放置在同一热室中执行的。
在特定的处理时间期间(取决于待获得的扩散层的厚度)，在想要的处理温度下加热粉末混合物和其中包含的芯16时，扩散层将至少形成在芯16的外表面处。
包埋渗处理是在惰性或还原性环境(例如氩气或氢气)下执行的。
技术人员能够使用他的常识来确定粉末混合物的成分以及将允许获得想要的扩散层成分和厚度的处理时间。
例如，粉末混合物由源金属组成，源金属由铬、活化剂和惰性填料组成。在这种情况下，铬基扩散层22是通过仅使铬扩散通过芯16而获得的。
活化剂例如包括至少2％重量的Na或NH4 +卤化物。
惰性填料例如包括氧化铝或氧化锆。
活化剂和惰性填料可以各自仅由一种类型的活化剂或惰性填料组成，或者它们可以各自包含惰性填料或活化剂的混合物。
根据一实施例，粉末混合物由铬和活化剂组成，余量由惰性填料构成。
根据替换方案，扩散层是通过共同扩散而获得的。
在这种情况下，粉末混合物进一步包括一种或多种扩散元素，其可以是例如包括铌、钽、氮、稀土元素、硅或/和氧。
通过共同扩散来形成铬基扩散层22是有利的，因为与其中只有铬扩散到芯16中的情况相比，它允许获得更有效的扩散层。因此，其造成了甚至进一步改善的燃料棒包壳4的抗腐蚀性。
根据一个替换方案，铬化处理步骤，即形成铬基扩散层22的步骤包括通过化学气相沉积(CVD)来进行铬化处理的步骤。
例如，CVD是使用芯16中的钼作为还原剂而执行的。
有利地，CVD是在以下条件下执行的：在包含诸如卤化铬或铬金属有机化合物之类的铬前体环境下，在900℃-1200℃的范围中的温度下通过分批处理而进行数小时，或在1000℃-1600℃的范围中通过连续处理而进行至少几分钟。
在其中外保护层18同时包括铬基扩散层22和铬基涂布20二者的实施例中，用于制造包壳4的方法可以依次包括：
-由通过包埋渗或CVD而进行铬化处理来形成扩散层的步骤，和
-使用上述涂布沉积步骤中的任何一个来将铬基涂布20沉积到芯16的外表面上的步骤。
如上所述，该涂布沉积步骤可以可选地跟随有扩散热处理步骤，用于增强涂布的附着力。
在其中外保护层18包括扩散层22和铬基涂布20两者的实施例中，根据替换方案，可以通过从沉积在芯16的外表面上的铬基涂布20对铬进行扩散而获得铬基扩散层22。
在这种情况下，用于制造包壳4的方法可以依次包括：
-将铬基涂布20的至少部分以及例如铬基涂布20的一个铬基层24沉积到芯16的外表面上；和
-形成铬基扩散层22。
根据该替换方案，形成铬基扩散层22的步骤是对铬基涂布20的至少一个部分并且更特别是铬基涂布20的至少一个铬基层24进行热处理的步骤。
该热处理有利地在高于900℃，更特别是包括在950℃和1200℃之间的温度下进行的。该热处理的执行的持续时间取决于要形成的铬基扩散层22的厚度和/或执行铬基涂布20部分的或全部的扩散的决定。
在该热处理期间，在其中铬基涂布20由铬基合金构成的情况下，除了铬之外，在这种情况下，来自铬基合金的其它合金元素中的一种或多种附加的元素可以扩散到芯16中。
在其中铬基涂布20包括多于一个铬基涂布层24的情况下，沉积铬基涂布24层的步骤中的至少一些步骤包括使所述铬基涂布层24经受热处理，以使得来自所述铬基涂布层24的铬扩散到下面的涂布层24和/或芯16中。
例如，沉积铬基涂布24的每个步骤都包括这样的热处理。
在其中将扩散热处理应用于沉积在芯16的外表面上的第一涂布层24的情况下，该热处理子步骤可以与通过从铬基涂布20对铬进行扩散而形成扩散层22的步骤同时发生。
连续的涂布24的成分可以是相同的或者可以是不同的。
例如，可以确定铬基涂布20的最内涂布层24的成分，以优化扩散条件或铬从最内涂布层到芯16中的扩散速率或长度，同时确定最外涂布层24的成分以优化涂布的防腐蚀特性。
根据有利的实施例，铬基扩散层2是使用上面公开的用于生产这种扩散层的处理参数，通过CVD铬化处理方法2而形成的。然后使用上面公开的用于生产这种涂布的处理参数，通过CVD在芯16的外表面上形成铬基涂布20。最后，使用上面公开的处理参数在铬基涂布20上执行用于增强涂布附着力的热处理。
CVD是有利的，因为它允许连续地执行用于生产铬基扩散层22的热化学处理(铬化处理)，用于生产铬基涂布20的涂覆处理以及在同一炉中的最终的热处理而没有任何材料的处理。
该方法可以进一步包括在芯16的内表面处形成内保护层26的步骤。
该步骤有利地包括将铬从内表面扩散到芯16中。
例如，该扩散是通过如上所公开的包埋渗方法而获得的。
有利地，该扩散是使用上面公开的铬化处理过程参数通过化学气相沉积而获得的。
在其中形成铬基扩散层22的步骤包括通过CVD来形成扩散层的情况下，形成铬基扩散层22的步骤和形成内保护层26的步骤可以是通过一个单个CVD步骤而同时地执行的。
根据替换方案，内保护层26是由在芯16的内表面上形成的纯铬或铬基合金组成的涂布。在这种情况下，形成内保护层26的步骤包括在芯16的内表面上沉积所述涂布的步骤，优选通过CVD。特别地，CVD是使用上面公开的用于在芯16的外表面上沉积CVD涂布的条件而执行。
本发明人在包括由纯钼组成的基底的样品上生产了由纯铬组成的5μm厚的涂布。图3是在涂布与钼基底之间的交界处拍摄的该样品的显微照片。
在415℃蒸汽中在给定时间段内执行了氧化测试，并测量作为时间函数的重量增量Wg。将由常规的未涂覆的锆合金组成的样品作为对照。
图4的曲线图显示了作为氧化时间的函数的氧化期间样品的重量改变Wg。
如从该图中可以看出的那样，对于根据本发明的样品而言没能观察到显著量的腐蚀，而对于对照样品而言发生了大量的腐蚀。
根据本发明的燃料棒包壳4是特别有利的。
实际上，包括由纯钼或钼合金组成的基体的芯16造成燃料包壳在高温下的改进的机械性能，因此在严重事故条件下维持燃料组件的可冷却的几何形状。
更进一步地，具有如上定义的外保护层18，导致包壳的非常好的抗腐蚀性，并改善正常和事故条件下的腐蚀表现。特别是，它保护钼在正常操作条件下免受腐蚀，在该操作条件下包壳浸入冷却剂中。在这些条件下，未受保护的钼或钼合金表现出高度的腐蚀动力学并形成非保护性的氧化物。
由于钼的高熔点温度(对于纯钼而言约2623℃)、其高温下的机械特性以及其在高温蒸汽中的氧化动力学，用于LWR燃料棒包壳管4的受铬保护的钼或钼基合金的使用提供了至少与正常操作中的当前的锆基包壳相同的防腐蚀表现以及在严重的事故条件下增加的裕度(增加的应对时间)。
与锆合金涂布或包含钢层的铝相比(诸如US2015/0063522中所公开的)，外保护层18进一步提供改善的事故容限。实际上，因为铬-钼共晶体在1820℃的温度下发生，该温度高于铁-钼共晶体(约1400℃)或锆-钼共晶体(约1550℃)，所以对于比US2015/0063522中公开的涂布更高的温度而言，根据本发明的铬基外层将保持其完整性，因此降低在严重事故条件下以及特别是在没有任何安全注入的情况下冷却剂损失类型事故中可以达到的高于1550℃的温度下钼基芯的腐蚀的风险，。
此外，与存在的解决方案相比，由根据本发明的保护层18、26提供的防腐蚀保护仅取决于层18、26中的铬的含量并且不取决于层18、26的成分和/或微观结构。此外，通过由反应堆冷却剂对保护层18,26的金属铬的氧化而引起的氧化铬在正常和事故操作条件下并不与燃料组件的其它材料发生反应，并且不经受快速的氧化或腐蚀，并因此在高压蒸汽条件下不产生氢气。
提供包括铬基扩散层22的外保护层18提供了如下进一步的优点：将增加的抗腐蚀性直接引入到芯16中。因此，可以显著地减少诸如可能从涂覆处理造成的局部制造缺陷之类的问题。
如果包壳4包括保护内层26，则包壳4的抗腐蚀性被更进一步地提高，保护内层26保护包壳免受由于可能已经进入包壳管中的水所致的腐蚀，水已经进入包壳管例如是由于其有缺陷的水密性或燃料棒的机械故障。
最后，提供包括若干个叠置的涂布层的外保护层18，并且当它们被沉积时对这些层进行热处理减少了与制造或界面缺陷有关的风险。

Claims (18)

1.一种用于轻水反应堆的燃料棒包壳(4)，包括：
芯(16)，其包括由纯钼或由钼基合金组成的基体；和
外保护层(18)，所述外保护层(18)选自：
-沉积在所述芯(16)的外表面上的铬基涂布(20)，所述铬基涂布(20)包括由纯铬或由铬基合金组成的至少一个铬基涂布层(24)；
-通过将铬从芯(16)的外表面扩散到芯(16)中而获得的铬基扩散层(22)；
-一系列的通过将铬从芯(16)的外表面扩散到芯(16)中而获得的铬基扩散层(22)和由沉积在所述芯(16)的外表面上的铬或铬基合金组成的铬基涂布(20)。
2.根据权利要求1所述的燃料棒包壳(4)，其中芯(16)进一步包括分散在纯钼或钼基合金的基体内的颗粒。
3.根据权利要求1所述的燃料棒包壳(4)，其中芯(16)由纯钼或钼基合金的基体组成。
4.根据前述权利要求中任一项所述的燃料棒包壳(4)，其中钼基合金包含至少85％重量的钼。
5.根据前述权利要求中任一项所述的燃料棒包壳(4)，其中铬基扩散层(22)是通过使用包括金属铬并且有利地至少15％重量的金属铬的粉末混合物通过包埋渗来进行铬化处理而获得的，或者是通过化学气相沉积来进行铬化处理而获得的。
6.根据前述权利要求中任一项所述的燃料棒包壳(4)，其中铬基涂布(20)是通过物理气相沉积或通过化学气相沉积而获得的。
7.根据权利要求6所述的燃料棒包壳(4)，其中铬基扩散层(22)是通过对沉积在芯(16)的外表面上的铬基涂布(20)进行热处理而获得的。
8.根据前述权利要求中任一项所述的燃料棒包壳(4)，其中外保护层(18)具有包括在2μm与100μm之间的厚度。
9.根据前述权利要求中任一项所述的燃料棒包壳(4)，进一步包括内保护层(26)，所述内保护层(26)选自：
-沉积在芯(16)的内表面上的铬基涂布，所述铬基涂布(20)由纯铬或由铬基合金组成；
-通过将铬从芯(16)的内表面扩散到芯(16)中而获得的铬基扩散层。
10.一种包括根据前述权利要求中任一项所述的燃料棒包壳(4)的燃料棒(2)。
11.一种用于制造根据权利要求1至10中任一项所述的燃料棒包壳(4)的方法，其包括以下步骤：
-提供包括由纯钼或钼基合金组成的基体的芯(16)；和
-形成外保护层(18)，形成外保护层(18)的步骤包括以下步骤中的至少一个：
-在所述芯(16)的外表面上沉积由纯铬或由铬基合金组成的铬基涂布(20)，所述沉积步骤包括沉积至少一个铬基涂布层(24)；和/或
-通过将铬从芯(16)的外表面扩散到芯(16)中而形成铬基扩散层(22)。
12.根据权利要求11所述的方法，其中形成铬基扩散层(22)的步骤包括使用包括金属铬的粉末混合物并且有利地包括至少15％重量的金属铬的粉末混合物，通过包埋渗来进行铬化处理。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述粉末混合物进一步包括一个或多个扩散元素以改善抗腐蚀性。
14.根据权利要求11所述的方法，其中形成铬基扩散层(22)的步骤包括通过化学气相沉积来进行铬化处理。
15.根据权利要求11至14中任一项所述的方法，其中沉积铬基涂布(20)的步骤包括通过化学气相沉积(CVD)或通过物理气相沉积(PVD)来沉积铬基涂布(20)中的至少一个铬基涂布层(24)。
16.根据权利要求11至14中任一项所述的方法，其中铬基涂布(24)由若干个叠置的铬基涂布层(24)组成，并且沉积铬基涂布(20)的步骤包括通过化学气相沉积(CVD)或通过物理气相沉积(PVD)来沉积铬基涂布(20)中的每个铬基涂布层(24)。
17.根据权利要求11所述的方法，其中在形成铬基扩散层(22)之前，将铬基涂布(20)中的至少一个铬基涂布层(24)沉积在芯(16)的外表面上，并且形成铬基扩散层(22)的步骤包括对铬基涂布(20)的所述至少一个铬基涂布层(24)进行热处理，热处理有利地是在至少900℃的温度下执行的。
18.根据权利要求11所述的方法，其中沉积铬基涂布(20)的步骤包括沉积若干个涂布层(24)，沉积涂布层(24)的步骤中的至少一些步骤包括使所述涂布层(24)经受热处理，以使得来自所述涂布层(24)的铬扩散到下面的涂布层(24)中和/或扩散到芯(16)中，扩散到芯(16)中可能与形成铬基扩散层(22)的步骤同时发生。
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