JP2013142602A - 原子炉燃料集合体のチャンネルボックス及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、従来のチャンネルボックスと比較して、より一層の安全性及び信頼性を有する原子炉燃料集合体のチャンネルボックスを提供することを課題とする。
【解決手段】本発明の原子炉燃料集合体Ｆａのチャンネルボックス１は、ジルコニウム合金（ジルカロイ）からなる板状部材１１をコの字状に屈曲させると共に、この屈曲した板状部材１１からなる２部材を、筒状体（角筒体）を形成するように、２部材からなる当該板状部材１１の端縁部１３同士を突き合わせてその合せ目１４を摩擦攪拌接合したことを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、原子炉燃料集合体のチャンネルボックス及びその製造方法に関する。

一般に、原子炉内に装荷される原子炉燃料集合体は、複数行、複数列となるように配列される燃料棒と、これらの燃料棒を支持する上部タイプレート、下部タイプレート及びスペーサと、これらによって支持された燃料棒を内部に収納するチャンネルボックスとを備えて構成されている。
従来、原子炉燃料集合体のチャンネルボックスとしては、ジルカロイからなる角型円筒部材であって、ジルカロイ圧延板を溶接して形成されたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平０９−１９７０８１号公報

ところで、高融点を示すジルカロイを溶接（例えば、プラズマ溶接、ＴＩＧ溶接等）によって接合すると、たとえ不活性ガス雰囲気下で溶接を行ったとしても、接合部に水素が取り込まれることを本発明者らは確認した。このことは、溶接雰囲気に含まれる微量の水分が高温の溶接熱によって分解して水素を発生し、この水素が溶接部（接合部）に取り込まれたものと考えられる。一方、例えばＢＷＲ（Boiling Water Reactor）型の原子炉で使用される原子炉燃料集合体のチャンネルボックスは、原子炉の運転中に高温高圧水に曝されると共に、そのジルカロイは、水素と強い親和性を有するため炉内の環境下で経時的に水素を徐徐に吸収していく。
しかしながら、ジルカロイは、過剰に水素を吸収するとジルコニウムの水素化物を形成して脆化（水素脆化）する。したがって、チャンネルボックスの接合部における水素含有量を低減して、炉内滞在時間の延びる高燃焼用の原子炉燃料集合体のチャンネルボックスとして、より一層の安全性及び信頼性を有するものが望まれる。

そこで、本発明の課題は、従来のチャンネルボックスと比較して、高燃焼化に適した、より一層の安全性及び信頼性を有する原子炉燃料集合体のチャンネルボックス及びその製造方法を提供することにある。

前記課題を解決する本発明は、ジルコニウム合金からなる板状部材を屈曲させて筒状体を形成するように当該板状部材の端縁部同士を突き合わせた合せ目を摩擦攪拌接合したことを特徴とする原子炉燃料集合体のチャンネルボックスである。

また、前記課題を解決する本発明は、ジルコニウム合金からなる板状部材を屈曲させると共に、この板状部材の端縁部を互いに突き合わせて筒状体を形成する工程と、前記板状部材の前記端縁部の突き合わせにより前記筒状体に形成される合せ目を摩擦攪拌接合する工程と、を有することを特徴とする原子炉燃料集合体のチャンネルボックスの製造方法である。

本発明によれば、従来のチャンネルボックスと比較して、高燃焼化に適した、より一層の安全性及び信頼性を有する原子炉燃料集合体のチャンネルボックス及びその製造方法を提供することができる。

本発明の実施形態に係るチャンネルボックスを有する原子炉燃料集合体の斜視図である。 図１のII−II断面に対応するチャンネルボックスの断面図である。 本発明の実施形態に係るチャンネルボックスの製造方法の説明図であり、屈曲させたジルカロイ圧延板を摩擦攪拌接合する様子を模式的に示すものである。 本発明の実施形態に係るチャンネルボックスの製造方法の説明図であり、屈曲させたジルカロイ圧延板を、図３に示す接合ツールと異なる接合ツールを使用して摩擦攪拌接合する様子を模式的に示すものである。 本発明の実施形態に係るチャンネルボックスの製造方法の説明図であり、屈曲させたジルカロイ圧延板を、複数の接合ツールを使用して摩擦攪拌接合する様子を模式的に示すものである。 本発明の他の実施形態に係るチャンネルボックスの断面図であり、図２における断面に対応する断面を示すものである。 本発明の他の実施形態に係るチャンネルボックスの製造方法に使用するチャンネルボックス材料の断面図であり、図２における断面に対応する断面を示すものである。

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
本実施形態においては、原子力プラント（例えば、原子力発電所）における沸騰水型軽水炉（ＢＷＲ、Boiling Water Reactor）に使用される原子炉燃料集合体のチャンネルボックスを例にとって説明する。ちなみに、図示しないが、原子炉の運転時には、複数の原子炉燃料集合体が炉心支持板及び上部格子板によって原子炉圧力容器内で支持されることとなる。図１は、本実施形態に係るチャンネルボックスを有する原子炉燃料集合体の斜視図である。

図１に示すように、原子炉燃料集合体Ｆａ（以下、単に「燃料集合体Ｆａ」ということがある）は、その外形が上下方向に長い略角柱形状を呈しており、複数行、複数列となるように配列される燃料棒（図示省略）と、これらの燃料棒を支持する上部タイプレート２ａ、下部タイプレート２ｂ及びスペーサ（図示省略）と、これらによって支持された燃料棒を内部に収納するチャンネルボックス１とを備えて構成されている。図１中、符号２ｃは、上部タイプレート２ａと一体に設けられたハンドルであり、符号１２は、チャンネルボックス１の後記する接合部である。
なお、図示しないが、チャンネルボックス１内には、燃料棒と並行に１本又は複数本のウォーターロッドが配置されることとなる。

次に参照する図２は、図１のII−II断面に対応するチャンネルボックスの断面図である。
図２に示すように、本実施形態に係るチャンネルボックス１は、断面視で略正方形の外形（輪郭）を有する筒状体（角筒体）である。さらに詳しく説明すると、このチャンネルボックス１は、ジルコニウム合金（ジルカロイ）からなる板状部材１１を屈曲させて筒状体を形成するように当該板状部材１１の端縁部１３同士を突き合わせた合せ目１４（図２中、仮想線（点線）で表す）を、後記するように摩擦攪拌接合したものである。具体的には、板状部材１１を断面視で略コの字状となるように屈曲させた２部材が、角筒体を形成するように当該板状部材１１の端縁部１３同士が突き合わせられ、その合せ目が摩擦攪拌接合されたものである。ちなみに、図２に仮想線（点線）で表す合せ目１４は、摩擦攪拌接合によって接合部１２が形成されることで消失する。
なお、本実施形態でのチャンネルボックス１の接合部１２は、略正方形の対向し合う辺のそれぞれ略中央部に形成されている。

ジルコニウム合金としては、ジルコニウムを９５質量％以上含むジルコニウム基合金が望ましい。さらに望ましいジルコニウム基合金としては、ジルカロイ−２（ＡＳＴＭ Ｂ
３５０ Ｒ６０８０２）、ジルカロイ−４（ＡＳＴＭ Ｂ ３５０ Ｒ６０８０４）、Ｚｒ−２．５Ｎｂ（ＡＳＴＭ Ｂ ３５０ Ｒ６０９０１）が挙げられる。

さらに具体的には、Ｆｅを０．１８〜０．２４質量％、Ｃｒを０．０７〜０．１３質量％、Ｓｎを１．２０〜１．７０質量％、Ｚｒを９５．０〜９８．５質量％、及び残部としての不可避不純物を含むジルコニウム基合金、Ｆｅを０．０７〜０．２０質量％、Ｃｒを０．０５〜０．１５質量％、Ｎｉを０．０３〜０．０８質量％、Ｓｎを１．２０〜１．７０質量％、Ｚｒを９５．０〜９８．５質量％、及び残部としての不可避不純物を含むジルコニウム基合金、及びＮｂを２．４０〜２．８０質量％、Ｏを０．０９〜０．１３質量％、Ｚｒを９５．０〜９７．０質量％、及び残部としての不可避不純物を含むジルコニウム基合金が望ましい。
本実施形態でのジルコニウム基合金に含まれる不可避不純物としては、例えば、Ｃ、Ｈｆ、Ｓｉ等が挙げられる。

また、本実施形態に係るチャンネルボックス１においては、板状部材１１の水素含有率（Ｃ１）と接合部１２の水素含有率（Ｃ２）との差（Ｃ２−Ｃ１）が、２質量ｐｐｍ以下であるものが望ましい。ちなみに、板状部材１１及び接合部１２における水素含有率は、例えば、不活性ガス融解赤外線吸収法等の既知の分析方法により測定することができる。
ちなみに、本実施形態での水素含有率は、拡散水素及び固溶水素の合計量で求めた値である。

次に、本実施形態に係るチャンネルボックス１の製造方法について説明する。
図３は、本実施形態に係るチャンネルボックスの製造方法の説明図である。図３中、シールド１９は、その一部を切欠いた部分断面図となっている。なお、以下の説明での上下左右方向は、図３に示す上下左右方向を基準とする。

本実施形態に係るチャンネルボックス１（図２参照）の製造方法は、ジルコニウム合金からなる板状部材１１を屈曲させると共に、この板状部材１１の端縁部１３を互いに突き合わせて筒状体を形成する工程と、板状部材１１の端縁部１３の突き合わせにより筒状体に形成される合せ目１４を摩擦攪拌接合する工程と、を有する。

本実施形態に係る製造方法では、図３に示すように、まず、板状部材１１を断面視で略コの字状となるように屈曲させた２部材が用意される。
板状部材１１としては、前記したジルコニウム合金からなる圧延板が使用される。ちなみに、この圧延板の厚さとしては特に制限はないが、例えば２．０ｍｍ（８０ｍｉｌ）〜３．０ｍｍ（１２０ｍｉｌ）程度のものが好適に使用される。

次に、この製造方法では、それぞれ略コの字状に屈曲した２部材の、端縁部１３同士を互いに突き合わせて筒状体（角筒体）を形成する。
そして、略コの字状の２部材は、筒状体（角筒体）の形状を維持するように、言い換えれば、端縁部１３同士を互いに突き合わせた合せ目１４がずれないように、定盤１５上で支持される。この際、２箇所の合せ目１４は、定盤１５上で上下方向に重なるように配置される。

図３中、符号１６ａは、定盤１５上の筒状体（角筒体）が上方向に移動しないように拘束する拘束治具であり、符号１６ｂは、定盤１５上の筒状体（角筒体）が左右方向に移動しないように拘束する拘束治具である。符号１７ａは、拘束治具１６ａとの間で上側の合せ目１４がずれないように、この合せ目１４にあてがうバックプレートであり、符号１７ｂは、定盤１５との間で下側の合せ目１４がずれないように、この合せ目１４にあてがうバックプレートである。符号１８は、バックプレート１７ａ，１７ｂが互いに離反し、又は接近するようにこれらを移動させる伸縮機構である。つまり、伸縮機構１８で互いに離反するように移動するバックプレート１７ａ，１７ｂが、それぞれ拘束治具１６ａ及び定盤１５との間で、合せ目１４周りの２部材を押圧挟持する。そのことで、筒状体（角筒体）の合せ目１４は、ずれないように固定されることとなる。また、伸縮機構１８によりバックプレート１７ａ，１７ｂを互いに接近させ、拘束治具１６ａ，１６ｂを筒状体（角筒体）から取り外すことで、定盤１５上での筒状体（角筒体）の支持を解除することができるようになっている。

次に、この製造方法では、合せ目１４が摩擦攪拌接合される。図３中、符号２０は、摩擦攪拌接合の接合ツールであり、符号１９は、シールドである。
接合ツール２０としては、円柱状のシャンク部２０ａの下端部に形成されるショルダ部２０ｂとピン部２０ｃとを有する既知の形状のものを使用することができる。
ショルダ部２０ｂの直径は、板状部材１１の厚さの８倍〜２０倍程度のものが望ましい。

この接合ツール２０の材質は、Ｃｏを２５原子％以上含むＣｏ基合金からなるものが望ましい。さらに望ましい材質は、分散して析出したγ´析出相を含有する結晶粒と、相隣る前記結晶粒の間に挟まれた結晶粒界、及び析出相とを含み、前記析出相が、μ相、ラーベス相、及び炭化物相から選択される少なくとも１種類の相であるＣｏ基合金である。特に、γ´析出相がＣｏ_３（Ａｌ、Ｗ）、又は（Ｃｏ、Ｘ）_３（Ａｌ、Ｗ、Ｚ）の組成を有するものが、より望ましい。

そして、所定の回転速度で回転させた接合ツール２０を合せ目１４に沿うように、所定の移動速度で移動させることで２部材の摩擦攪拌接合が行われる。ちなみに、合せ目１４に対するピン部２０ｃの進入深さは、ショルダ部２０ｂが板状部材１１に接触した状態で、板状部材１１の厚さと同じか、それよりも０．１ｍｍ程度浅く設定することができる。

接合ツール２０の回転速度は、１５０〜４００ｒｐｍ程度が望ましく、接合ツール２０の移動速度は、５０〜４００ｍｍ／分程度が望ましい。このような回転速度及び移動速度の範囲内で摩擦攪拌接合を行うことで、接合部１２における水素の取り込みを著しく抑制することができる。

シールド１９は、中空の略ベル形状（略釣鐘形状）を呈している。このシールド１９は、接合ツール２０と共に水平移動が可能なように、接合ツール２０のチャック部（図示省略）近傍に所定のアーム（図示省略）を介して支持されている。

シールド１９の上部には、接合ツール２０のシャンク部２０ａが挿通される挿通孔１９ａが形成されている。また、シールド１９には、その内部に不活性ガスを導入する図示しないガス導入口が設けられている。そして、このガス導入口からシールド１９の内部に導入された不活性ガスは、板状部材１１に近接して臨む裾側開口１９ｂからシールド１９の外部に噴出するようになっている。つまり、接合ツール２０のピン部２０ｃが合せ目１４に進入して摩擦攪拌接合が行われる際には、この摩擦攪拌接合は、不活性ガス雰囲気下に行われるようになっている。この不活性ガスにより、接合部１２の酸化防止や、接合ツール２０の冷却を行うことが可能となる。
ちなみに、不活性ガスとしては、特に制限はなく、アルゴンガス、ヘリウムガス等が使用される。

そして、図３に示すように、上側の合せ目１４の摩擦攪拌接合が終了すると、図示は省略するが、定盤１５上で筒状体（角筒体）の天地が入れ替わるように、この筒状体（角筒体）を配置し直すと共に、前記したと同様に定盤１５上で支持し、天地の入れ替え前に下側であった合せ目１４を摩擦攪拌接合することで、本実施形態に係るチャンネルボックス１（図２参照）が得られる。

なお、このような摩擦攪拌接合によって、図２に示すチャンネルボックス１の接合部１２は、板状部材１１よりもわずかに水素含有率が大きくなる場合があるが、従来の溶接（例えば、プラズマ溶接、ＴＩＧ溶接等）によって形成される接合部の水素含有率よりも格段に小さいものとなる。ちなみに、本実施形態に係るチャンネルボックス１の製造方法によれば、前記したように、板状部材１１の水素含有率（Ｃ１）と接合部１２の水素含有率（Ｃ２）との差（Ｃ２−Ｃ１）を、後記の実施例で示すように、２質量ｐｐｍ以下とすることができ、さらには０質量ｐｐｍとすることもできる。

以上のような本実施形態によれば、従来の溶接で接合されて形成されるチャンネルボックス（例えば、特許文献１参照）よりも、その接合部１２における水素含有率を低減することができる。その結果、板状部材１１と接合部１２とにおける水素含有率の隔たりを一段と小さくすることができるので、原子炉内で高温高圧水に曝される使用環境での燃料集合体Ｆａの耐用管理（使用時間管理）を、より厳格に行うことができる。よって、本実施形態によれば、高燃焼化に適した、より一層の安全性及び信頼性を有するチャンネルボックス１及びその製造方法を提供することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、種々の形態で実施することができる。次に参照する図４は、前記実施形態での接合ツール２０（図３参照）と異なる接合ツールを使用して摩擦攪拌接合する様子を模式的に示すものである。

図４に示す他の実施形態では、前記実施形態での接合ツール２０（図３参照）に代えて、ボビン式接合ツール３０を使用した。
このボビン式接合ツール３０は、上側ショルダ３０ａが形成される大径部３１と、この大径部３１よりも小さい径のシリンダで形成される小径部３２と、下側ショルダ３０ｂが形成され、大径部３１に小径部３２を介して接続される大径部３３と、で構成され、大径部３１，３３及び小径部３２は、同軸に回転するようになっている。そして、このボビン式接合ツール３０は、大径部３１と大径部３３との間に、突き合せられた板状部材１１を挟みながら回転し、共に回転する小径部３２が合せ目１４に沿って移動することで、合せ目１４を摩擦攪拌接合するようになっている。ちなみに、大径部３１と大径部３３との間の距離（小径部３２の長さ）は、板状部材１１の厚さに一致させるか、又は板状部材１１の厚さよりもやや短くなっており、上側ショルダ３０ａ及び下側ショルダ３０ｂのそれぞれが、板状部材１１の表裏面のそれぞれに対して押圧ぎみに接触するようになっている。

なお、図４中、符号１５は、定盤であり、符号１６ｂは、定盤１５上の筒状体（角筒体）が左右方向に移動しないように拘束する拘束治具であり、符号１９は、シールドである。

ちなみに、この実施形態では、ボビン式接合ツール３０を使用することで、図３に示す、拘束治具１６ａ、バックプレート１７ａ，１７ｂ、及び伸縮機構１８を省略することができる。

次に参照する図５は、屈曲させた板状部材１１（ジルカロイ圧延板）を、複数（本実施形態では２つ）の接合ツール２０を使用して摩擦攪拌接合する様子を模式的に示すものである。ちなみに、図５に示す接合ツール２０及びシールド１９は、図３に示す接合ツール２０及びシールド１９と同じ構成となっている。

前記実施形態では、２箇所の合せ目１４（図３参照）が、定盤１５（図３参照）上で上下方向に重なるように配置すると共に、１つの接合ツール２０にて２箇所の合せ目１４を個別にそれぞれ摩擦攪拌接合する製造方法について説明した。
これに対して、図５に示すように、本発明の製造方法は、２箇所の合せ目１４を定盤１５上で左右方向に重なるように配置している。

図５中、符号１６ａは、定盤１５上の筒状体（角筒体）が上方向に移動しないように拘束する拘束治具であり、符号１６ｂは、定盤１５上の筒状体（角筒体）が左右方向に移動しないように拘束する拘束治具である。符号１７ａ及び符号１７ｂは、左右の拘束治具１６ｂの間で左右のそれぞれの合せ目１４がずれないように、これらの合せ目１４のそれぞれにあてがうバックプレートである。符号１８は、バックプレート１７ａ，１７ｂが互いに離反し、又は接近するようにこれらを移動させる伸縮機構である。つまり、伸縮機構１８で互いに離反するように移動するバックプレート１７ａ，１７ｂが、合せ目１４周りの２部材を押圧挟持することで、筒状体（角筒体）の合せ目１４がずれないように固定されることとなる。また、伸縮機構１８によりバックプレート１７ａ，１７ｂを互いに接近させ、拘束治具１６ａ，１６ｂを筒状体（角筒体）から取り外すことで、定盤１５上での筒状体（角筒体）の支持を解除することができるようになっている。なお、図５に示す伸縮機構１８は、図３に示す伸縮機構１８と配置方向が異なるのみで、その他は同じ構成となっている。

そして、この製造方法では、左右の合せ目１４のそれぞれに対して、同時に２つの接合ツール２０が摩擦攪拌接合を行うようになっている。このような製造方法によれば、前記実施形態の製造方法と異なって、摩擦攪拌接合に要する時間を短縮化することができる。また、２つの合せ目１４を同時に摩擦攪拌接合することで、前記実施形態の製造方法と異なって、定盤１５上で筒状体（角筒体）を配置し直す必要もない。
もちろん、この実施形態においても、同時に２つの接合ツール２０で摩擦攪拌接合を行わなくともよく、左右の合せ目１４のいずれか一方を摩擦攪拌接合した後に、他方を摩擦攪拌接合することもできる。

図６は、一箇所に接合部１２を有するチャンネルボックス１ａの断面図である。
前記実施形態では、断面視で略コの字状となるように屈曲させた２部材を、角筒体を形成するように突き合わせて構成した。つまり、図３に示すチャンネルボックス１の接合部１２は、２箇所に形成されている。
これに対して、図６に示すチャンネルボックス１ａは、１部材からなる板状部材１１を筒状体（角筒体）となるように屈曲させて、当該板状部材１１の端縁部１３同士を突き合わせた合せ目１４（図６中、仮想線（点線）で表す）を摩擦攪拌接合したものである。ちなみに、図５に仮想線（点線）で表す合せ目１４は、摩擦攪拌接合によって接合部１３が形成されることで消失する。

このようなチャンネルボックス１ａによれば、摩擦攪拌接合に要する時間を短縮化することができる。また、このチャンネルボックス１ａによれば、接合部１２が１箇所にのみ形成されるので、図３に示す２箇所に接合部１２を有するチャンネルボックス１と比較して、チャンネルボックス１ａ全体としての水素含有率の増加を、抑制することができる。

また、本発明の製造方法では、接合部１２（例えば、図３参照）の表面を研削することもできる。
一般に、摩擦攪拌接合によると、接合材料が塑性流動したことによる接合痕跡が残ることがある。したがって、本発明の製造方法においては、合せ目１４（例えば、図３参照）を摩擦攪拌接合する工程を実施した後に、接合部１２を研削により接合痕跡を消去する工程を実施することができる。

このような研削工程を行うことを前提に、本発明の製造方法は、その研削代を考慮して、予め接合部１２を厚くした構成とすることもできる。次に参照する図７は、本発明の他の実施形態に係るチャンネルボックスの製造方法に使用するチャンネルボックス材料の断面図である。図７中、仮想線（破線）で表す符合１４は、略コの字状の２部材を摩擦攪拌接合する前の合せ目を表している。

図７に示すように、チャンネルボックス材料１０は、第１の厚さＴ１からなる本体部１０ａと、この本体部１０ａの両側にそれぞれ形成されて、本体部１０ａよりも厚い第２の厚さＴ２の端縁部１０ｂとを有する板状部材１１ａを２部材用意し、これらをそれぞれ略コの字状に屈曲させ、その端縁部１０ｂ同士を摩擦攪拌接合して形成したものである。
そして、この製造方法では、チャンネルボックス材料１０の接合部１２ａを研削することで、図２のチャンネルボックス１を形成することとなる。

つまり、この製造方法においては、前記板状部材１１ａは、第１の厚さＴ１からなる本体部１０ａと、この本体部１０ａの両側にそれぞれ形成されて本体部１０ａよりも厚い第２の厚さＴ２の前記端縁部１０ｂと、からなり、前記板状部材１１ａの前記端縁部１０ｂの突き合わせにより前記筒状体に形成される合せ目１４を摩擦攪拌接合する前記工程を実施した後に、図示は省略するが、前記筒状体における第２の厚さＴ２の前記端縁部１０ｂを第１の厚さＴ１となるように研削して前記本体部１０ａと面一にする工程をさらに有する構成となっている。

このような製造方法によれば、接合部１２ａの研削により接合痕跡を消去することができ、接合部１２ａの表面における微小な凹凸が解消されることで、接合部１２ａの表面積を低減することができる。

また、前記実施形態では、断面視で正方形の外形を有するチャンネルボックス１となっているが、燃料棒がヘキサゴナルに配置されるものでは、断面視で正六角形の外形を有するチャンネルボックス１とすることもできる。また、チャンネルボックス１は、２部材を摩擦攪拌接合したものに限定されず、３部材以上を摩擦攪拌接合したものであってもよい。

次に、実施例１から実施例５を示しながら本発明を更に具体的に説明する。
（実施例１）
本実施例では、前記の図３に示した製造方法によってチャンネルボックス１（図２参照）を製造した。
板状部材１１としては、厚さ２ｍｍのジルカロイ−４（ＡＳＴＭ Ｂ ３５０ Ｒ６０８０４）製の圧延板を使用した。

そして、接合ツール２０としては、高温強度を有するＣｏ基合金製のものを使用した。この接合ツール２０のショルダ部２０ｂの直径は、板状部材１１の厚さの１０倍に相当する２０ｍｍであった。また、摩擦攪拌接合を行う際にシールド１９に供給する不活性ガスとしては、アルゴンガスを使用した。

摩擦攪拌接合は、接合ツール２０の回転速度を２００ｒｐｍ、移動速度を１００ｍｍ／分に設定することにより行われた。

次に、製造したチャンネルボックス１の板状部材１１、及び接合部１２のそれぞれから試験片を切り取って、不活性ガス融解赤外線吸収法にて水素含有率を測定した。表１に、板状部材１１及び接合部１２における水素含有率（質量ｐｐｍ）の差分（前記（Ｃ２−Ｃ１）参照）を記す。

また、製造したチャンネルボックス１の板状部材１１及び接合部１２のそれぞれから試験片を切り取って、原子炉での高温高圧水の状態を模擬した環境にこれらを４２日間、曝す試験を行った。その結果、板状部材１１及び接合部１２の試験片は、試験前後で水素含有率の変化の値がほぼ同じであった。

（実施例２）
本実施例では、接合ツール２０の回転速度を２００ｒｐｍ、移動速度を２００ｍｍ／分に設定した以外は、実施例１と同様に摩擦攪拌接合を行ってチャンネルボックス１を製造した。そして、製造したチャンネルボックス１の板状部材１１、及び接合部１２のそれぞれから試験片を切り取って、実施例１と同様の方法にて水素含有率を測定した。その結果を表１に記す。

（実施例３）
本実施例では、接合ツール２０の回転速度を４００ｒｐｍ、移動速度を４００ｍｍ／分に設定した以外は、実施例１と同様に摩擦攪拌接合を行ってチャンネルボックス１を製造した。そして、製造したチャンネルボックス１の板状部材１１、及び接合部１２のそれぞれから試験片を切り取って、実施例１と同様の方法にて水素含有率を測定した。その結果を表１に記す。

（実施例４）
本実施例では、接合ツール２０の回転速度を４００ｒｐｍ、移動速度を１００ｍｍ／分に設定した以外は、実施例１と同様に摩擦攪拌接合を行ってチャンネルボックス１を製造した。そして、製造したチャンネルボックス１の板状部材１１、及び接合部１２のそれぞれから試験片を切り取って、実施例１と同様の方法にて水素含有率を測定した。その結果を表１に記す。

（実施例５）
本実施例では、接合ツール２０の回転速度を４００ｒｐｍ、移動速度を５０ｍｍ／分に設定した以外は、実施例１と同様に摩擦攪拌接合を行ってチャンネルボックス１を製造した。そして、製造したチャンネルボックス１の板状部材１１、及び接合部１２のそれぞれから試験片を切り取って、実施例１と同様の方法にて水素含有率を測定した。その結果を表１に記す。

表１に示すように、本発明の製造方法によれば、接合部１２における水素含有率を著しく低減することができる。ちなみに、本発明の製造方法によれば、接合ツール２０の回転速度が速いほど、そして移動速度が遅いほど、接合部１２における水素含有率が大きくなる回転数が大きいと水素吸収が大きくなる傾向が確認された。

（比較例）
本比較例では、溶接によりチャンネルボックス１を製造した。そして、製造したチャンネルボックス１の板状部材１１、及び溶接部から試験片を切り取って、実施例１と同様の方法にて水素含有率を測定した。その結果を表１に記す。溶接部と板状部材の水素含有量の差は１２質量ｐｐｍであった。

１ チャンネルボックス
１ａ チャンネルボックス
１０ チャンネルボックス材料
１０ａ 本体部
１０ｂ 端縁部
１１ 板状部材
１１ａ 板状部材
１２ 接合部
１２ａ 接合部
１３ 端縁部
１４ 合せ目
２０ 接合ツール
３０ ボビン式接合ツール
Ｆａ 燃料集合体（原子炉燃料集合体）

Claims (8)

1. ジルコニウム合金からなる板状部材を屈曲させて筒状体を形成するように当該板状部材の端縁部同士を突き合わせた合せ目を摩擦攪拌接合したことを特徴とする原子炉燃料集合体のチャンネルボックス。
2. 請求項１に記載の原子炉燃料集合体のチャンネルボックスにおいて、
   ジルコニウム合金からなる前記板状部材の水素含有率（Ｃ１）と前記合せ目を摩擦攪拌接合して形成された接合部の水素含有率（Ｃ２）との差（Ｃ２−Ｃ１）が、２質量ｐｐｍ以下であることを特徴とする原子炉燃料集合体のチャンネルボックス。
3. 請求項１又は請求項２に記載の原子炉燃料集合体のチャンネルボックスにおいて、
   前記ジルコニウム合金は、Ｆｅを０．１８〜０．２４質量％、Ｃｒを０．０７〜０．１３質量％、Ｓｎを１．２０〜１．７０質量％、Ｚｒを９５．０〜９８．５質量％、及び残部としての不可避不純物を含むことを特徴とする原子炉燃料集合体のチャンネルボックス。
4. 請求項１又は請求項２に記載の原子炉燃料集合体のチャンネルボックスにおいて、
   前記ジルコニウム合金は、Ｆｅを０．０７〜０．２０質量％、Ｃｒを０．０５〜０．１５質量％、Ｎｉを０．０３〜０．０８質量％、Ｓｎを１．２０〜１．７０質量％、Ｚｒを９５．０〜９８．５質量％、及び残部としての不可避不純物を含むことを特徴とする原子炉燃料集合体のチャンネルボックス。
5. 請求項１又は請求項２に記載の原子炉燃料集合体のチャンネルボックスにおいて、
   前記ジルコニウム合金は、Ｎｂを２．４０〜２．８０質量％、Ｏを０．０９〜０．１３質量％、Ｚｒを９５．０〜９７．０質量％、及び残部としての不可避不純物を含むことを特徴とする原子炉燃料集合体のチャンネルボックス。
6. ジルコニウム合金からなる板状部材を屈曲させると共に、この板状部材の端縁部を互いに突き合わせて筒状体を形成する工程と、
   前記板状部材の前記端縁部の突き合わせにより前記筒状体に形成される合せ目を摩擦攪拌接合する工程と、
   を有することを特徴とする原子炉燃料集合体のチャンネルボックスの製造方法。
7. 請求項６に記載の原子炉燃料集合体のチャンネルボックスの製造方法において、
   前記筒状体に形成される前記合せ目を摩擦攪拌接合する工程は、不活性ガス雰囲気下に行うことを特徴とする原子炉燃料集合体のチャンネルボックスの製造方法。
8. 請求項６又は請求項７に記載の原子炉燃料集合体のチャンネルボックスの製造方法において、
   前記板状部材は、第１の厚さＴ１からなる本体部と、この本体部の両側にそれぞれ形成されて本体部よりも厚い第２の厚さＴ２の前記端縁部と、からなり、
   前記板状部材の前記端縁部の突き合わせにより前記筒状体に形成される合せ目を摩擦攪拌接合する前記工程を実施した後に、
   前記筒状体における第２の厚さＴ２の前記端縁部を第１の厚さＴ１となるように研削して前記本体部と面一にする工程をさらに有することを特徴とする原子炉燃料集合体のチャンネルボックスの製造方法。

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