JP2009282026A - 多層燃料チャネルおよび多層燃料チャネルの加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 原子炉のための実施例に従った燃料チャネル（４００）は、多層構造の細長い空洞のボディを有する。
【解決手段】 多層構造は、コア層（１０４）と、コア層に金属組織学的に結合された少なくとも一つのクラッド層（１０２）とを含んでもよい。コア層（１０４）および少なくとも一つのクラッド層（１０２）は、異なる組成を有した合金である場合がある。例えば、コア層（１０４）は、少なくとも一つのクラッド層（１０２）に比べて、対照射成長耐性および／または対照射クリープ耐性を有し、また少なくとも一つのクラッド層（１０２）は、コア層（１０４）よりも、対水素吸蔵および／または腐食に対するより高い耐性を有していてもよい。従って、燃料チャネル（４００）の歪曲は減少または抑制するので、制御ブレードの動きの妨げを減少または抑制する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、原子炉炉心で使用される燃料チャネルおよび燃料チャネルの加工方法に関する。

従来の沸騰水型原子炉（BWR）は、炉心内に複数のセルを有している。各セルは、四つの燃料チャネルを有し、各燃料チャネルは複数の燃料棒を含む。燃料チャネルおよび内部の燃料棒は、燃料集合体を構成する。従来の燃料チャネルは、細長い形状を有した四角い空洞である。チャネル側面は均一の厚みの形状または厚さと薄さとを有する形状を有するかのいずれかである。また、従来の燃料チャネルは単合金で形成される。

制御ブレードは十字型で、炉心の反応率を調節する目的のためにセル内において燃料チャネルの隣接面の間で移動可能に配置されている。一つのセルに一つの制御ブレードが存在する。結果として、各燃料チャネルは制御ブレードに隣接した二つの側面と制御ブレードに隣接しない二つの側面とを有する。制御ブレードは、自身の分裂を受けることなく中性子を吸収することが可能な物質から成る。例えば、制御ブレードの構成は、ホウ素、ハフニウム、銀、インジウム、カドミウム、または中性子に対して十分な高捕獲断面積を有するその他の要素、を含む。従って、制御ブレードが燃料チャネルの隣接面の間で動かされたとき、制御ブレードは炉心内での分裂反応に寄与する中性子を吸収する。一方で、制御ブレードが不適切に動かされたとき、炉心内での分裂反応により多くの中性子が寄与することが可能になる。

しかしながら、一定期間の後、燃料チャネルは、差分照射成長、差分水素吸蔵、および／または照射クリープにより歪んでくる。差分照射成長は、フルエンス勾配により引き起こされ、フルエンス勾配湾曲をもたらす。差分水素吸蔵は、制御ブレードに隣接するチャネル側面上のシャドー腐食を原因とする差分腐食の作用および燃料チャネルに吸収される腐食プロセスから遊離した水素率である。これはシャドー腐食誘発湾曲をもたらす。照射クリープは、バルジクリープをもたらすチャネル面全域に渡る圧力低下により引き起こされる。結果として、燃料チャネルの歪曲（例えば湾曲）は制御ブレードの動きにより妨げられる場合がある。チャネル／制御ブレード障害は、制御ブレード位置、原子炉構造要素の増加燃料棒、および減速スクラム速度の不確実性を引き起こす場合がある。チャネル／制御ブレード障害が深刻な場合、制御ブレードは操作不可能とされ、完全に挿入されたままにされる。従って原子炉プラントの出力を低下させる。

本発明の実施例は、原子炉構成要素のための多層物質、その多層物質により形成された燃料チャネル、および燃料チャネルの加工方法に関する。

原子炉構成要素の実施例に従った多層物質は、コア層およびコア層に金属組織学的に結合された少なくもと一つのクラッド層を含んでもよい。コア層および少なくとも一つのクラッド層は、異なる機能を提供する異なる要素を有した合金であってもよい。例えばコア層は、少なくとも一つのクラッド層より照射成長および／または照射クリープに対して著しくはるかに耐性を有する場合があり、また少なくとも一つのクラッド層はコア層と比較して、水素吸蔵および／または侵食に対して更に耐性を有する場合がある。

原子炉構成要素の実施例に従った燃料チャネルは、多層を有した細長い空洞のボディを有していてもよい。多層構造は、コア層およびコア層に金属組織学的に結合された少なくとも一つのクラッド層を含む場合がある。コア層および少なくとも一つのクラッド層は、異なる機能を提供する異なる要素を有した合金であってもよい。例えばコア層は、少なくとも一つのクラッド層より照射成長および／または照射クリープに対して著しくはるかに耐性を有する場合があり、また少なくとも一つのクラッド層はコア層と比較して、水素吸蔵および／または侵食に対して更に耐性を有する場合がある。

原子炉用燃料チャネルの加工の実施例に従った方法は、クラッド物質とコア物質との結合を含んでもよい。コア物質および少なくとも一つのクラッド物質は、異なる機能を提供する異なる要素を有した合金であってもよい。例えばコア層は、少なくとも一つのクラッド層より照射成長および／または照射クリープに対して著しくはるかに耐性を有する場合があり、また少なくとも一つのクラッド層はコア層と比較して、水素吸蔵および／または侵食に対して更に耐性を有する場合がある。結合コアおよびクラッド物質は圧延されてもよく、圧延されたコアおよびクラッド物質は、燃料チャネルを形成するために変形されてもよい。

実施例の特性と利点は、添付の図と併せて詳細の説明の概説により更に明白になるであろう。添付の図は実施例を描写することを意図し、意図された請求の範囲を制限するために解釈されるものではない。添付の図は、明確に記載されない限り採寸のために描かれたと考慮されるべきではない。明確にするために、図の様々なサイズは誇大されている場合がある。

本開示の実施例に従った多層物質の断面図である。 本開示の実施例に従った他の多層物質の断面図である。 本開示の実施例に従った燃料チャネルの斜視図である。 本開示の実施例に従った他の燃料チャネルの斜視図である。 本開示の実施例に従った輪郭を持った燃料チャネルの斜視図である。 本開示の実施例に従った他の輪郭を持った燃料チャネルの斜視図である。 本開示の実施例に従った燃料チャネルのためのチャネルストリップ加工の方法のフローチャートである。 本開示の実施例に従った燃料チャネルのためのチャネルストリップ加工の他の方法のフローチャートである 本開示の実施例に従った燃料チャネルのためのチャネルストリップ加工の他の方法のフローチャートである。

100： 多層構造を有した複合物質（実施例１）
200： 多層構造を有した複合物質（実施例２）
102： クラッド層
104： コア層
300： 燃料チャネル（実施例１）
400： 燃料チャネル（実施例２）
500： 燃料チャネル（実施例３）
600： 燃料チャネル（実施例４）
fuel channel (Example 4)

当然のことながら、要素または層が、他の要素または層“の上に”、“に接合された”、“と結合された”、または“を覆った”と言及されたとき、それは他の要素または層の直接上に、接合された、結合された、または覆っている場合か、または介在する要素または層が存在してもよい。反対に、要素が他の要素または層“の直接上に”、“に直接接続された”、または“に直接結合された”とき、介在する要素または層は存在しない。詳細な説明を通じた要素を言及した番号も同じである。ここに使用されるように、“および／または”という表現は、一つかそれ以上の関連した記載されたアイテムのあらゆるおよび全ての組み合わせを含む。

当然のことながら、第一、第二、第三、などの表現が、様々な要素、成分、領域、層、および／または部分、を説明するためにここに使用されてもよい。これらの要素、成分、領域、層、および／または部分は、これらの表現を制限するものではないことは。これらの表現は一つの要素、成分、領域、層、または部分を他の領域、層、または部分から区別するためだけに使用される。従って、後述される第一要素、成分、領域、層、または部分は実施例の内容から逸脱することなく、第二要素、成分、領域、層、または部分を言及することができる。

空間に関連した表現（例えば、“真下”、“下部”、“下方”、“上”、“上部”など）は、図で描写されたような一つの要素または機能の関係と他の要素または特性とを説明する詳細な説明を容易にするためにここに使用されている。当然のことながら、空間に関連した表現は、図で描写された位置付けに付随して、使用時または稼動時の装置の異なった位置づけを網羅することを意図している。例えば、図の装置が裏返しになった場合、他の要素または機能の“下部”または“真下”と説明される要素は、他の要素または機能の“上”に位置づけられる。従って“下部”という表現は、上部と下部の両方向を網羅する場合がある。装置は、他の方法で方向を変えられてもよく（90度回転される、または他の方向）、ここに使用される空間に関連した記述子はそれに従って解釈される。

ここに使用される専門用語は、様々な実施形態を説明する目的のためだけであり、実施例を制限することを意図していない。ここに使用されるように、単数形の“一つの（ａ、ａｎ）”および“その（ｔｈｅ）”は、他の方法で文脈が明確に示唆しない限り、同じく複数形を含むことを意図する。更に当然のことながら、“から成る”および／または“成る”という表現が本明細書で使用されたとき、規定の機能、整数、ステップ、操作、要素、および／または成分の存在を特定するが、しかしながら一つかそれ以上の他の規定の機能、整数、ステップ、操作、要素、成分、および／またはグループの存在を排除しない。

複数の実施例が、実施例の理想的な実施形態（および中間体構造）の概略図である断面図に関して、ここに説明されている。そのようなものとして、結果として図の形状からの変形例、例えば製造技術および／または公差、は予期されている。従って、実施例はここに描かれている領域の形状に制限されると解釈されるべきではなく、しかしながら、例えば製造から派生する形状の逸脱を含む。例えば、矩形として描かれた挿入領域は、挿入領域から挿入されていない領域までの二元変化よりはむしろ、端において一般的に丸いまたはカーブした特長および／または埋没物集合の勾配を有する。同様に、注入により生成された埋設された領域は、埋設された領域と注入が介して行われる表面との間の領域にいくつかの注入を引き起こす場合がある。従って、図に描かれた領域は、事実上の概略であり、またそれらの形状は装置の領域の実際の形状を描いたものではないことを意図しており、実施例の範囲を制限することを意図していない。

他の方法で定義されない限り、ここで使用される全ての表現（技術的および科学的表現を含む）は、実施例が属する当業者によって一般的に理解されているのと同様な意味を有する。更に当然のことながら、一般的に使用されている辞書により定義されるのを含む表現は、従来の技術の構成におけるそれらの意味と一致する意味を有すると解釈されるべきであり、ここにそのように明確に定義されない限り、理想的なまたは過度の正式な意味に解釈されるものではない。

沸騰水型原子炉（BWR）のための実施例に従った原子炉構成要素は、多層構造を有した複合物質から成ってもよい。図１を参照すると、複合物質１００の多層構造は、コア層１０４上に配置されたクラッド層１０２を含むことができる。コア層１０４は第一合金から成ってもよく、クラッド層１０２は第二合金から成ってもよい。第一および第二合金は、異なった組成物からなることができる。また、クラッド層１０２は、コア層１０４に金属組織学的に結合されてもよい。更に、コア層１０４およびクラッド層１０２は、異なった物質的特性（例えば、照射成長、水素吸蔵、腐食、および／または照射クリープへの抵抗）を有することが可能である。

従って、コア層１０４およびクラッド層１０２は、コア層１０４およびクラッド層１０２両方の有益な特性を有利に十分に引き出す複合物質を得るためにそのような方法で結合されてもよい。例えば、コア層１０４は、クラッド層１０２に比べて照射成長および／または照射クリープに対してより優れた耐性を有する場合があり、またクラッド層１０２は、コア層１０４に比べて腐食および／または水素吸蔵に対してより優れた耐性を有する場合がある。コア層１０４が照射成長および／または照射クリープに対してクラッド層１０２より遙かに高い耐性があると有利である。コア層１０４が、照射成長および／または照射クリープに対してクラッド層１０２より約５０％の耐性がある場合、コア層１０４は遙かに高い耐性があると考慮される。逆に、クラッド層１０２が、腐食および／または水素吸蔵に対してコア層１０４より少なくとも約５０％の耐性がある場合、クラッド層１０２にとって有用である。その結果、コア層１０４はフルエンス勾配湾曲しにくく、一方でクラッド層１０２はシャドー腐食誘導湾曲しにくい。

第一合金は、ニオビウム（Ｎｂ）を含むジルコニウム（Ｚｒ）合金であってもよい。例えば、第一合金はＮＳＦ合金である場合がある。ＮＳＦ合金は、ジルコニウム（Ｚｒ）を必須に調合した、約０．６−１．４％のニオビウム（Ｎｂ）、約０．２−０．５％の鉄（Ｆｅ）、および約０．５−１．０％のスズ（Ｓｎ）の組成物（重量パーセント）を有してもよい。例えば、ＮＳＦ合金は、ジルコニウム（Ｚｒ）を必須に調合した、約１．０％のニオビウム、約０．３５％の鉄、および約１．０％のスズの組成物（重量パーセント）を有してもよい。

第二合金は、スズ（Ｓｎ）、鉄（Ｆｅ）、およびクロム（Ｃｒ）を含むジルコニウム（Ｚｒ）合金であってもよい。第二合金は、ジルコニウム（Ｚｒ）を必須に調合した、約０．４−２．０％のスズ（Ｓｎ）、約０．１−０．６％の鉄（Ｆｅ）、および約０．０１−１．２％のクロム（Ｃｒ）の組成物（重量パーセント）を有してもよい。

第二合金は、ジルカロイ−４合金であってもよい。ジルカロイ−４合金は、ジルコニウム（Ｚｒ）を必須に調合した、約１．２−１．７％のスズ（Ｓｎ）、約０．１２−０．２１％の鉄（Ｆｅ）、および約０．０５−０．１５％のクロム（Ｃｒ）の組成物（重量パーセント）を有してもよい。例えばジルカロイ−４合金は、ジルコニウムを必須に調合した、約１．４５％のスズ、約０．２１％の鉄、および約０．１％のクロムの組成物（重量パーセント）を有してもよい。

第二合金はまた、ＶＢ合金であってもよい。ＶＢ合金は、ジルコニウム（Ｚｒ）を必須に調合した、約０．４−０．６％のスズ（Ｓｎ）、約０．４−０．６％の鉄（Ｆｅ）、および約０．８−１．２％のクロム（Ｃｒ）の組成物（重量パーセント）を有してもよい。例えばＶＢ合金は、ジルコニウム（Ｚｒ）を必須に調合した、約０．５％のスズ、約０．５％の鉄、および約１．０％のクロムの組成物（重量パーセント）を有してもよい。

図２を参照すると、他の複合物質２００の多層構造は、二つのクラッド層１０２の間に配置されたコア層１０４を含んでもよい。コア層１０４は第一合金から形成され、クラッド層１０２は第二合金から形成されてもよい。第一および第二合金は、異なる組成を有する場合がある。また、クラッド層１０２は、コア層１０４に金属組織学的に結合されてもよい。更に、コア層１０４およびクラッド層１０２は、異なった物質的特性（例えば、照射成長、水素吸蔵、腐食、および／または照射クリープへの抵抗）を有していてもよい。

従って、コア層１０４およびクラッド層１０２は、コア層１０４およびクラッド層１０２両方の有益な特性を有利に十分に引き出す複合物質を得るように結合されてもよい。例えば、コア層１０４は、クラッド層１０２に比べて照射成長および／または照射クリープに対してより優れた耐性を有する場合があり、またクラッド層１０２は、コア層１０４に比べて腐食および／または水素吸蔵に対してより優れた耐性を有する場合がある。コア層１０４が照射成長および／または照射クリープに対してクラッド層１０２より遙かに高い耐性があることは有利である。コア層１０４が、照射成長および／または照射クリープに対してクラッド層１０２より約５０％の耐性がある場合、コア層１０４は遙かに高い耐性があると考慮される。逆に、クラッド層１０２が、腐食および／または水素吸蔵に対してコア層１０４より少なくとも約５０％の耐性がある場合、クラッド層１０２にとって有用である。その結果、コア層１０４はフルエンス勾配湾曲しにくく、一方でクラッド層１０２はシャドー腐食誘導湾曲しにくい。

第一合金は、ニオビウム（Ｎｂ）を含むジルコニウム（Ｚｒ）合金であってもよい。例えば、第一合金はＮＳＦ合金である場合がある。ＮＳＦ合金は、ジルコニウム（Ｚｒ）を必須に調合した、約０．６−１．４％のニオビウム（Ｎｂ）、約０．２−０．５％の鉄（Ｆｅ）、および約０．５−１．０％のスズ（Ｓｎ）の組成物（重量パーセント）を有してもよい。例えば、ＮＳＦ合金は、ジルコニウム（Ｚｒ）を必須に調合した、約１．０％のニオビウム、約０．３５％の鉄、および約１．０％のスズの組成物（重量パーセント）を有してもよい。

第二合金は、スズ（Ｓｎ）、鉄（Ｆｅ）、およびクロム（Ｃｒ）を含むジルコニウム（Ｚｒ）合金であってもよい。第二合金は、ジルコニウム（Ｚｒ）を必須に調合した、約０．４−２．０％のスズ（Ｓｎ）、約０．１−０．６％の鉄（Ｆｅ）、および約０．０１−１．２％のクロム（Ｃｒ）の組成物（重量パーセント）を有してもよい。

第二合金は、ジルカロイ−４合金であってもよい。ジルカロイ−４合金は、ジルコニウム（Ｚｒ）を必須に調合した、約１．２−１．７％のスズ（Ｓｎ）、約０．１２−０．２１％の鉄（Ｆｅ）、および約０．０５−０．１５％のクロム（Ｃｒ）の組成物（重量パーセント）を有してもよい。例えばジルカロイ−４合金は、ジルコニウムを必須に調合した、約１．４５％のスズ、約０．２１％の鉄、および約０．１％のクロムの組成物（重量パーセント）を有してもよい。

第二合金はまた、ＶＢ合金であってもよい。ＶＢ合金は、ジルコニウム（Ｚｒ）を必須に調合した、約０．４−０．６％のスズ（Ｓｎ）、約０．４−０．６％の鉄（Ｆｅ）、および約０．８−１．２％のクロム（Ｃｒ）の組成物（重量パーセント）を有してもよい。例えばＶＢ合金は、ジルコニウム（Ｚｒ）を必須に調合した、約０．５％のスズ、約０．５％の鉄、および約１．０％のクロムの組成物（重量パーセント）を有してもよい。

従って第一合金の一つかそれ以上の表面は、第二合金で覆われてもよい。例えば、第一合金は、一つの面を一つかそれ以上の第二合金層で覆われる。或いは、第一合金は二つかそれ以上の第二合金層の間に挟まれてもよい。複数の第二合金層が使用された場合には、第二合金層は同一または異なった組成を有する。第一および第二合金は、ジルコニウム（Ｚｒ）合金であってもよい。原子炉組成でのジルコニウムの使用は有利である。なぜなら、ジルコニウムは比較的低い中性子吸収断面積および比較的高圧／高温水環境において有利な腐食耐性があるからである。

第一合金層の厚さは、複合物質の厚さの大部分を形成する場合がある。例えば、第一合金層の厚みは、約１．２７−２．５４ｍｍ（約０．０５０−０．１００インチ）であってもよい。一方、第二合金層は比較的薄い。例えば、第二合金層は、約０．０７−０．１ｍｍ（約０．００３−０．００４インチ）である場合がある。しかしながら、用途により他の寸法が可能であることが注目されるべきである。第一および第二合金層は、金属組織学的に結合されていてもよい。

実施例に従った原子炉構成要素は、沸騰水型原子炉用の燃料チャネルを含んでもよい。実施例に従った燃料チャネルは、差分照射成長、差分水素吸蔵、および／または照射クリープにより引き起こされるチャネルの歪曲を軽減または防ぐことができる。燃料チャネルは、差分照射成長および／または照射クリープに比較的耐性のある第一合金で製造されてもよい。その結果、第一合金はフルエンス勾配歪みおよび／またはクリープバルジの発生を減らすまたは防ぐことができる。第一合金は、水素吸蔵および／または腐食に比較的耐性のある第二合金によって覆われてもよい。その結果、第二合金は、シャドー腐食誘発湾曲の発生を減らすまたは防ぐことができる。

図３を参照すると、燃料チャネル３００は、図１の複合物質１００から形成されてもよい。従って、燃料チャネル３００は、コア層１０４の外表面上にクラッド層１０２を含んでもよい。あるいは、コア層１０４の外表面は複数のクラッド層（図示せず）により覆われてもよい。

図４を参照すると、燃料チャネル４００は、図２の複合物質２００から形成されてもよい。従って、燃料チャネル４００は、コア層１０４の外表面上にクラッド層１０２を含んでもよいように、コア層１０４の内表面上にクラッド層１０２を含んでもよい。または、コア層１０４の内および／または外表面は、複数のクラッド層（図示せず）により覆われてもよい。

図５を参照すると、輪郭のある（厚い／薄い部分のある）燃料チャネル５００は、図１の複合物質１００から形成されてもよい。従って、燃料チャネル５００は、コア層１０４の外表面上にクラッド層１０２を含んでもよい。あるいは、コア層１０４の外表面は複数のクラッド層（図示せず）により覆われてもよい。

図６を参照すると、輪郭のある（厚い／薄い部分のある）燃料チャネル６００は、図２の複合物質２００から形成されてもよい。従って、燃料チャネル６００は、コア層１０４の外表面上にクラッド層１０２を含んでもよいように、コア層１０４の内表面上にクラッド層１０２を含んでもよい。あるいは、コア層１０４の内および／または外表面は、複数のクラッド層（図示せず）により覆われてもよい。

次に、燃料チャネルの加工方法の実施例が説明される。図７は、実施例に従った燃料チャネルのためのチャネルストリップの加工方法のフローチャートである。ステップＳ７０に示されるように、第一合金で形成されたコア物質は、第二合金で形成されたクラッド物質に接合される。例えば、第一合金で形成されたスラブと第二合金で形成されたジャケットとが供給されてもよい。第一および第二合金は異なった組成を有している。ジャケットが腐食および／または水素吸蔵に対して比較的耐性のある合金である一方で、スラブは照射成長および／または照射クリープに対して比較的耐性のある合金である。例えば、その合金は、上述された図１および図２で説明される。スラブはジャケットに挿入されてもよく、スラブをジャケット内に密封するために真空引きされてもよい。あるいは、第一合金で形成されたスラブに結合されるスラブの構造の中に第二合金が存在してもよいことは注目すべきである。例えば、第一合金スラブは、真空において第二合金スラブに電子ビーム（ｅ−ビーム）により溶接されてもよい。

ステップＳ７２において、結合合金物質は、第一厚み（例えば約２５．４ｍｍ：約１インチ）を得るために第一熱間圧延プロセスを受ける場合がある。第一熱間圧延プロセスは、あらゆる周知の熱間圧延プロセスであってもよい。ステップＳ７４を参照すると、熱間圧延合金物質は腐食への耐性を高めるために、ベータ焼入れ（β-quench）されてもよい。ベータ焼入れは、あらゆる周知のベータ焼入れプロセスであってもよい。例えば、熱間圧延合金物質は、ベータ焼入れ後に約９００度Ｃ以上の温度においてベータ熱処理されてもよい。

ステップＳ７６を参照すると、急冷合金物質は、第二厚み（例えば２５．４ｍｍ以下：１インチ以下）を得るために第二熱間圧延プロセスを受けてもよい。第二熱間圧延プロセスは、あらゆる周知の熱間圧延プロセスであってもよい。第二熱間圧延プロセスは、あらゆる周知のアニーリングプロセス（例えば再結晶アニーリング）の後であってもよい。ステップＳ７８を参照すると、熱間合金物質は、第三厚み（例えば約１．２７−２．７９４ｍｍ：０．０５０−０．１１０インチ）を得るためにあらゆる周知の冷却圧延プロセスを更に受けてもよい。冷却圧延プロセスは、あらゆる周知のアニーリングプロセスに続いてもよい。そのプロセスは、ベータ焼入れが約９００度Ｃ（例えば約５００−８００度Ｃ）より低い温度で行われた後が効果的である。

完成した多層物質は、比較的均一な厚みを有している場合がある。完成した多層物質は、燃料チャネルを形成するために変形され溶接されてもよい。例えば、完成した物質の二枚のシートは、縦方向に約９０度に曲げられてもよい。曲げられたシートは、四角い断面を有する細長い燃料チャネルを形成するために溶接されてもよい。

図８は、実施例に従った燃料チャネルのためのチャネルストリップを加工する他の方法のフローチャートである。ステップＳ８０に示されるように、第一合金で形成されたコア物質は、第二合金で形成されたクラッド物質に接合される。例えば、第一合金で形成されたスラブと第二合金で形成されたジャケットとが供給されてもよい。第一および第二合金は異なった組成を有している。ジャケットが腐食および／または水素吸蔵に対して比較的耐性のある合金である一方で、スラブは照射成長および／または照射クリープに対して比較的耐性のある合金である。例えば、その合金は、上述された図１および図２で説明される。スラブはジャケットに挿入されてもよく、スラブをジャケット内に密封するために真空引きされてもよい。あるいは、第一合金で形成されたスラブに結合されるスラブの構造の中に第二合金が存在する可能性があることは注目すべきである。例えば、第一合金スラブは、真空において第二合金スラブに電子ビーム（ｅ−ビーム）により溶接されてもよい。

ステップＳ８２において、結合合金物質は、第一厚み（例えば約２５．４ｍｍ：約１インチ）を得るために第一熱間圧延プロセスを受ける場合がある。第一熱間圧延プロセスは、あらゆる周知の熱間圧延プロセスであってもよい。ステップＳ８４を参照すると、熱間圧延合金物質は腐食への耐性を高めるために、ベータ焼入れされてもよい。ベータ焼入れは、あらゆる周知のベータ焼入れプロセスであってもよい。例えば、熱間圧延合金物質は、ベータ焼入れに従った約９００度Ｃ以上の温度においてベータ熱処理されてもよい。

ステップＳ８６を参照すると、急冷合金物質は、第二厚み（例えば約２５．４ｍｍ以下：約１インチ以下）を得るために第二熱間圧延プロセスを受けてもよい。第二熱間圧延プロセスは、あらゆる周知の熱間圧延プロセスであってもよい。第二熱間圧延プロセスは、あらゆる周知の再結晶（ＲＸ）アニーリングプロセスに続いてもよい。ステップＳ８８を参照すると、熱間合金物質は、第三厚み（例えば約１．５２４〜３．０４８ｍｍ：０．０６０−０．１２０インチ）を得るためにあらゆる周知の冷却圧延プロセスをさらに受けてもよい。冷却圧延プロセスは、あらゆる周知の再結晶アニーリングプロセスに続いてもよい。そのプロセスは、ベータ焼入れが約９００度Ｃより低い温度（例えば約５００−８００度Ｃ）で行われた後が効果的である。

ステップＳ８９を参照すると、冷却圧延合金物質は、厚い／薄い形状を得るために圧縮されてもよい。圧縮合金物質は、あらゆる周知の回復（例えば応力除去）アニーリングプロセスを受けてもよい。あるいは、厚片と薄片とは、別々に加工し（例えば、厚片と薄片を形成するために合金物質を圧延する）、厚い／薄い形状を有する溶接合金を得るために一緒に溶接されてもよい。厚い／薄い形状は、原子炉構成要素を構成している物質の量を減少あるいは最小にする目的に対して有用である。なぜなら、余剰物質は中性子の吸収に寄与する場合があるからである。厚い／薄い形状を得るために冷却圧延ジャケットおよびスラブを圧縮することは、機械加工と比べて、第二合金に形成されたクラッド層を除去することができる厚い／薄い形状を得るためにより良い結果を提供する可能性がある。

完成した多層物質は、燃料チャネルを形成するために変形され溶接される。例えば、完成した物質の二枚のシートは、縦方向に約９０度に曲げられてもよい。曲げられたシートは、四角い断面を有する細長い燃料チャネルを形成するために溶接されてもよい。物質の厚い／薄い形状により、燃料チャネルの側壁の中央部は、比較的薄く、一方で側壁の角は比較的厚くてもよい。

図９は、実施例に従った燃料チャネルのためのチャネルストリップを加工する他の方法のフローチャートである。ステップＳ９０に示されるように、第一合金で形成されたコア物質は、第二合金で形成されたクラッド物質に接合される。例えば、第一合金で形成されたスラブと第二合金で形成されたジャケットとが供給されてもよい。第一および第二合金は異なった組成を有している。ジャケットが腐食および／または水素吸蔵に対して比較的耐性のある合金である一方で、スラブは照射成長および／または照射クリープに対して比較的耐性のある合金である。例えば、その合金は、上述された図１および図２で説明される。スラブはジャケットに挿入されてもよく、スラブをジャケット内に密封するために真空引きされてもよい。あるいは、第一合金で形成されたスラブに結合されるスラブの構造の中に第二合金が存在してもよいことは注目すべきである。例えば、第一合金スラブは、真空において第二合金スラブに電子ビーム（ｅ−ビーム）により溶接されてもよい。

ステップＳ９２において、結合合金物質は、第一厚み（例えば約２５．４ｍｍ：約１インチ）を得るために第一熱間圧延プロセスを受ける場合がある。第一熱間圧延プロセスは、あらゆる周知の熱間圧延プロセスであってもよい。素Ｓ９４を参照すると、熱間圧延合金物質は腐食および照射成長への耐性を高めるために、ベータ焼入れ（quench）されてもよい。ベータ焼入れは、あらゆる周知のベータ焼入れプロセスであってもよい。例えば、熱間圧延合金物質は、ベータ焼入れに従った約９００度Ｃ以上の温度においてベータ熱処理されてもよい。

ステップＳ９６を参照すると、急冷合金物質は、第二厚み（例えば約２５．４ｍｍ以下：約１インチ以下）を得るために第二熱間圧延プロセスを受けてもよい。第二熱間圧延プロセスは、あらゆる周知の熱間圧延プロセスであってもよい。第二熱間圧延プロセスは、あらゆる周知の再結晶（ＲＸ）アニーリングプロセスに続いてもよい。ステップＳ９８を参照すると、熱間合金物質は、厚い／薄い形状を有する第三厚みを得るためにあらゆる周知の冷却圧延プロセスを受けてもよい。例えば、冷却圧延プロセスは、厚い／薄い形状を物質に型押しするために溝付のローラーで行われてもよい。冷却圧延プロセスは、あらゆる周知の再結晶アニーリングプロセスに続いてもよい。あるいは、厚片と薄片は、別々に加工し（例えば、厚片と薄片を形成するために合金物質を圧延する）、厚い／薄い形状を有する溶接合金を得るために一緒に溶接されてもよい。そのプロセスは、ベータ焼入れが約９００度Ｃより低い温度（例えば約５００−８００度Ｃ）で行われた後が効果的である。

完成した多層物質は、燃料チャネルを形成するために変形され溶接される。例えば、完成した物質の二枚のシートは、縦方向に約９０度に曲げられてもよい。曲げられたシートは、四角い断面を有する細長い燃料チャネルを形成するために溶接されてもよい。物質の厚い／薄い形状により、燃料チャネルの側壁の中央部は、比較的薄く、一方で側壁の角は比較的厚くてもよい。

実施例がここに開示されているが、他の変形例も可能であることは理解されるべきである。そのような変形例は、本開示の実施例の精神と範囲を逸脱するものとみなされてはならず、また当業者にとって明らかなそのようなすべての変更は添付の特許請求の範囲に含まれるものと意図する。

Claims (10)

1. コア層（１０４）と、
   前記コア層（１０４）に金属組織学的に結合された少なくとも一つのクラッド層（１０２）と、を有し、
   前記コア層（１０４）および前記少なくとも一つのクラッド層（１０２）は異なった組成を有し、前記コア層（１０４）は照射成長に対して前記少なくとも一つのクラッド層（１０２）より遙かに高い耐性［ＧＴ２］を有し、前記少なくとも一つのクラッド層（１０２）はコア層（１０４）と比較してより増大した対水素吸蔵耐性を有することを特徴とする、原子炉構成要素のための多層物質（２００）。
2. 前記少なくとも一つのクラッド層（１０２）は二つのクラッド層（１０２）を含み、その二つのクラッド層（１０２）の間に前記コア層（１04）が挟まれていることを特徴とする請求項１に記載の多層物質。
3. 前記コア層（１０４）は、ニオビウムを含む第一ジルコニウム合金からなり、前記少なくとも一つのクラッド層（１０２）は、スズ、鉄、およびクロムを含む第二ジルコニウム合金からなることを特徴とする請求項１に記載の多層物質。
4. 前記第一合金は、ジルコニウムを必須に調合した、約０．６−１．４％重量パーセントのニオビウム、約０．２−０．５％重量パーセントの鉄、および約０．５−１．０％重量パーセントのスズ、の組成物を有し、
   前期第二合金は、ジルコニウムを必須に調合した、約０．４−２．０％重量パーセントのスズ、約０．１−０．６％重量パーセントの鉄、および約０．０１−１．２％重量パーセントのクロムを含む組成物を有する、ことを特徴とする請求項３に記載の多層物質。
5. 前記第一合金は、ジルコニウムを必須に調合した、約１．０％重量パーセントのニオビウム、約０．３５％の鉄、および約１．０％重量パーセントのスズ、の組成物を有し、
   前期第二合金は、ジルコニウムを必須に調合した、約１．４５％重量パーセントのスズ、約０．２１％重量パーセントの鉄、および約０．１％重量パーセントのクロム、の組成物を有する、
   ことを特徴とする請求項４に記載の多層物質。
6. 前記第一合金は、ジルコニウムを必須に調合した、約１．０％重量パーセントのニオビウム、約３．５％重量パーセントの鉄、および約１．０％重量パーセントのスズ、の組成物を有し、
   前期第二合金は、ジルコニウムを必須に調合した、約０．５％重量パーセントのスズ、約０．５％重量パーセントの鉄、および約１．０％重量パーセントのクロム、の組成物を有することを特徴とする請求項４に記載の多層物質。
7. 多層構造を有した細長い空洞体からなる原子炉用燃料チャネル（４００）であって、前記多層構造は、
   コア層（１０４）と、
   前記コア層（１０４）に金属組織学的に結合した少なくとも一つのクラッド層（１０２）とを含み、
   前記コア層（１０４）と前記少なくとも一つのクラッド層（１０２）は異なった組成を有し、前記コア層（１０４）は、前記少なくとも１つのクラッド層（１０２）よりも遙かに高い対照射成長耐性を有し、前記少なくとも１つのクラッド層（１０２）は前記コア層（１０４）と比較して増大した対水素吸蔵耐性を有する、ことを特徴とする原子炉用燃料チャネル（４００）。
8. コア物質と前記コア物質と異なる組成を有するクラッド物質であって、前記コア層は前記クラッド層よりもはるかに高い対照射成長耐性を有し、前記少なくとも１つのクラッド層は、前記コア層よりもより増大した対水素吸蔵耐性を有する性質の、前記コア物質を前記クラッド物質に接合させる工程と（Ｓ７０）、
   前記接合されたコア物質およびクラッド物質を圧延する工程と、
   前記圧延されたコア物質とクラッド物質を変形して燃料チャネルに形成する工程と、を備えることを特徴とする原子炉用燃料チャネルの製造方法。
9. 前記結合されたコア物質およびクラッド物質の圧延する工程は、
   第一熱間圧延プロセスを前記コア物質およびクラッド物質に行う工程と（Ｓ７２）、
   ベータ焼入れプロセスを行う工程と（Ｓ７４）、
   アニーリングに続いて第二熱間圧延プロセスを行う工程と（Ｓ７６）、
   アニーリングに続いて冷却圧延プロセスを行う工程と（Ｓ７８）、
   からなることを特徴とする請求項８に記載の燃料チャネルの加工方法。
10. 前記冷却圧延されたコア物質およびクラッド物質を圧延して、第一形状を有する第一部分と第二形状を有する第二部分とを有する結合物質を得る工程と、
    前記圧延物質の内部応力を軽減するための回復アニーリングプロセスを行う工程と、をさらに含み、
    前記第一形状は前記第二形状に比べて比較的厚く、前記第二形状は前記第一形状に比べて比較的薄いことを特徴とする請求項９に記載の原子炉用燃料チャネルの加工方法。