JP2020510817A - 燃料要素のための鋼−バナジウム合金のクラッディング - Google Patents
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- C22C38/26—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with niobium or tantalum
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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Abstract
Description
本出願の一部を形成する以下の図面は、記載された技術を例示するものであり、特許請求の範囲に種々の形態で記載された本発明の範囲を限定することを意図するものではない。本発明の範囲は、本願に添付の特許請求の範囲に基づくべきである。
本開示によって、核物質を外部環境から分離する壁要素として使用するためのバイメタルおよびトライメタル(trimetallic)のクラッディングに関する様々な構成および構成要素が説明される。上記クラッディングの材料は、核燃料要素のためのクラッディングとしての利用に適しており、特に、核燃料と反応する傾向を有するナトリウムその他の冷却材或いは環境に曝される燃料要素のためのクラッディングとしての利用に適している。
〔炭素ドープされたバナジウムライナを有する構造的鋼層〕
図1は、クラッディングまたは壁要素の縦断面を示す切り欠き図であり、上記クラッディングの2層構造を示すものである。クラッディング100は、反応性の外部環境から核燃料を分離する任意の構造的構成要素の一部であってもよい。例えば、クラッディング100は、核燃料を収容する管、容器、その他任意の形状の貯蔵コンテナにおける壁の一部であってもよい。代替の実施形態では、上記クラッディングは、コンテナの壁部である代わりに、固体核燃料の表面に何らかの付着技術またはクラッディング技術によって生成された層であってもよい。これらの技術は、ごく少数の例を挙げるとすれば、電気めっき、溶射コーティング、化学蒸着、スパッタリング、イオン注入、イオンプレーティング、スパッタ蒸着、レーザ表面合金化、ホットディッピング、およびアニーリングのように、当該技術分野で周知であり、所望の最終的なクラッディング特性に依存して、任意の好適な技法を使用することができる。
図5は、クラッディングまたは壁要素の縦断面を示す切り欠き図であり、構造的な内部バナジウム合金層を有するクラッディングの2層構造を示すものである。この場合も、クラッディング500は、反応性の外部環境から核燃料を分離する任意の構造的構成要素の一部であってもよい。例えば、クラッディング500は、核燃料を収容する管、容器、その他任意の形状の貯蔵コンテナにおける壁の一部であってもよい。代替の実施形態では、上記クラッディングは、コンテナの壁部である代わりに、固体核燃料の表面に何らかの付着技術またはクラッディング技術によって生成された層であってもよい。これらの技術は、ごく少数の例を挙げるとすれば、電気めっき、溶射コーティング、化学蒸着、スパッタリング、イオン注入、イオンプレーティング、スパッタ蒸着、レーザ表面合金化、ホットディッピング、およびアニーリングのように、当該技術分野で周知であり、所望の最終的なクラッディング特性に依存して、任意の好適な技法を使用することができる。
また、バイメタルのクラッディングの上記実施形態に加えて、上述のクラッディングのトライメタル版が有用であり得る。トライメタルのクラッディングの実施形態は、上述の上記鋼層および上記バナジウム層の間の相互作用を低減するために、上記鋼層および上記バナジウム層の間に中間層を設けることを含む。これらの実施形態は、上記鋼層が上記構造層であるクラッディングと、上記バナジウム層がバナジウム合金であり、上記構造層として機能するクラッディングとを含む。いずれの実施形態においても、上記中間層は、上記鋼と上記バナジウムとの間の相互作用を防止する障壁として機能する。上記鋼層が上記クラッディングの上記構造的要素である実施形態では、本明細書に記載のバナジウム材料のいずれもがバナジウム層に適している。図9〜図12には、中間層と構造的鋼層とを有する上記トライメタルのクラッディングの実施形態が具体的に例示されているが、本明細書では、複数のトライメタルのクラッディングの実施形態が説明されている。
図14aは、上述のクラッディングの1つ以上を利用する核燃料アセンブリ10の部分図を提供する。図示のように、燃料アセンブリ10は、格納構造16内に保持された個々の燃料要素(すなわち「燃料棒」または「燃料ピン」)11を多数含む。図14bは、一実施形態による燃料要素11の部分図を提供する。この実施形態に示すように、上記燃料要素は、クラッディング13と、燃料14と、幾つかの例では少なくとも1つのギャップ15とを含む。クラッディング13は、単一の要素として図示されているが、上述の2層または3層クラッディングによって全体的に構成され、或いは少なくとも部分的に構成される。
図15Aおよび図15Bは、炭素がドープされたバナジウムの第1の層の一方の側と、HT9鋼の第2の層の他方の側とに電気めっきされたNiの中間層を有するトライメタルのクラッディングの顕微鏡写真である。図15Bは、図15Aの破線ボックス内に示された、上記トライメタルのクラッディングの領域の拡大図である。上記クラッディングにおいて、上記バナジウムは0.2wt%のCでドープされている。
少なくとも90%のバナジウムの第2の層と、
第1の層と第2の層との間のニッケル、ニッケル合金、クロム、クロム合金、ジルコニウムまたはジルコニウム合金の第3の層と、
からなる、壁要素。
3.0−5.0重量%のCr、
3.0−5.0重量%のTi、および
0.02重量%以下のC、
残りはVおよび他の元素であり、バナジウム合金は、0.1重量%以下のこれらの他の元素の各々を含み、これらの他の元素の合計は、0.5重量%以下である。
3.5−4.5重量%のCr、
3.5−4.5重量%のTi、
0.04−0.1重量%のSi、
0.02重量%までのO、
0.02重量%までのN、
0.02重量%までのC、
0.02重量%までのAl、
0.02重量%までのFe、
0.001重量%までのCu、
0.001重量%までのMo、
0.001重量%までのNb、
0.001重量%までのP、
0.001重量%までのS、 および
0.0002重量%以下のCl、
残りはVおよび他の元素であり、バナジウム合金は、0.001重量%以下のこれらの他の元素の各々を含み、これらの他の元素の合計は、0.01重量%以下である。
0.001−0.5重量%のC、
残りはVおよび他の元素であり、第2の層はこれらの他の元素の各々を0.1重量%以下含み、これらの他の元素の合計は、0.5重量%以下である。
9.0−12.0重量%のCr、
0.001−2.5重量%のW、
0.001−2.0重量%のMo、
0.001−0.5重量%のSi、
0.5重量%までのTi、
0.5重量%までのZr、
0.5重量%までのV、
0.5重量%までのNb、
0.3重量%までのTa、
0.1重量%までのN、
0.3重量%までのC、
0.01重量%までのB、
残りはFeおよび他の元素であり、鋼はこれらの他の元素の各々を0.15重量%以下含み、これらの他の元素の合計は、0.35重量%以下である。
少なくとも99.9重量%のNi、
残りは他の元素であり、材料は、0.05重量%以下のこれらの他の元素の各々を含み、これらの他の元素の合計は、0.1重量%以下である。
少なくとも90.0重量%のNi、
残りは他の元素であり、材料は、これらの他の元素の各々を1.0重量%以下含み、これらの他の元素の合計は、5.0重量%以下である。
少なくとも99.9重量%のCr、
残りは他の元素であり、材料は、これらの他の元素の各々を0.05重量%以下含み、これらの他の元素の合計は、0.1重量%以下である。
少なくとも90.0重量%のCr、
残りは他の元素であり、材料は、これらの他の元素の各々を1.0重量%以下含み、これらの他の元素の合計は、5.0重量%以下である。
99.9重量%以上のZr、
残りは他の元素であり、材料は、これらの他の元素の各々を0.05重量%以下含み、これらの他の元素の合計は、0.1重量%以下である。
少なくとも90.0重量%のZr、
残りは他の元素であり、材料は、これらの他の元素の各々を1.0重量%以下含み、これらの他の元素の合計は、5.0重量%以下である。
燃料貯蔵領域を外部環境から分離する少なくとも1つの壁要素を含み、
前記壁要素は、少なくとも90%のバナジウムの第2の層から、第1の層と第2の層との間の第3の層によって分離された、鋼からなる第1の層を有し、
壁の前記第1の層は前記外部環境に接触し、前記第2の層は前記燃料貯蔵領域に接触し、
前記第3の層は、ニッケル、ニッケル合金、クロム、クロム合金、ジルコニウムまたはジルコニウム合金からなる、コンテナ。
ある量の核物質と、
核燃料の外部に配置され、核物質の少なくとも一部を外部環境から分離する壁要素とを含み、前記壁要素は、
前記外部環境と接触する鋼の第1の層と、
前記核物質と接触する少なくとも90%のバナジウムの第2の層と、
前記第1の層と前記第2の層との間の第3の層と、からなり、
ニッケルの前記第1の層は、鋼からバナジウム合金への炭素の移動を阻止し、
前記第3の層は、ニッケル、ニッケル合金、クロム、クロム合金、ジルコニウムまたはジルコニウム合金からなる、物品。
少なくとも99.9重量%のNi、
残りは他の元素であり、材料は、0.05重量%以下のこれらの他の元素の各々を含み、これらの他の元素の合計は、0.1重量%以下である。
少なくとも90.0重量%のNi、
残りは他の元素であり、材料は、これらの他の元素の各々を5.0重量%以下含み、これらの他の元素の合計は、10.0重量%以下である。
少なくとも99.9重量%のCr、
残りは他の元素であり、材料は、0.05重量%以下のこれらの他の元素の各々を含み、これらの他の元素の合計は、0.1重量%以下である。
少なくとも90.0重量%のCr、
残りは他の元素であり、材料は、これらの他の元素の各々を5.0重量%以下含み、これらの他の元素の合計は、10.0重量%以下である。
0.001−0.5重量%のC、
残りはVおよび他の元素であり、前記第2の層はこれらの他の元素の各々を0.1重量%以下含み、これらの他の元素の合計は、0.5重量%以下である。
鋼の前記第1の層の上に少なくとも0.001重量%の炭素がドープされたバナジウムの第2の層であって、VおよびC以外の他の元素を0.5重量%以下有する第2の層と、 からなる、壁要素。
0.001−0.5重量%のC、
残りはVおよび他の元素であり、前記第2の層のドープされたバナジウムは、0.1重量%以下のこれらの他の元素の各々を含み、これらの他の元素の合計は、0.5重量%以下である。
9.0−12.0重量%のCr、
0.001−2.5重量%W、
0.001−2.0重量%のMo、
0.001−0.5重量%のSi、
0.5重量%までのTi、
0.5重量%までのZr、
0.5重量%までのV、
0.5重量%までのNb、
0.3重量%までのTa、
0.1重量%までのN、
0.3重量%までのC、
0.01重量%までのB、
残りはFeおよび他の元素であり、鋼はこれらの他の元素の各々を0.15重量%以下含み、これらの他の元素の合計は、0.35重量%以下である。
燃料貯蔵領域を外部環境から分離する少なくとも1つの壁要素を含み、
前記壁要素は、少なくとも0.001重量%の炭素でドープされたバナジウムの第2の層に取り付けられた鋼の第1の層を有し、0.5重量%以下の他の元素を有し、
壁の前記第1の層は前記外部環境に接触し、前記第2の層は前記燃料貯蔵領域に接触する、コンテナ。
鋼の第1の層の上のバナジウム合金の第2の層であって、鋼の前記第1の層が、第2の層の厚さの0.1%〜50%である、第2の層と、
からなる、壁要素。
3.0−5.0重量%のCr、
3.0−5.0重量%のTi、および
0.02重量%以下のC、
残りはVおよび他の元素であり、バナジウム合金は、0.1重量%以下のこれらの他の元素の各々を含み、これらの他の元素の合計は、0.5重量%以下である。
3.5−4.5重量%のCr、
3.5−4.5重量%のTi、
0.04−0.1重量%のSi、
0.02重量%までのO、
0.02重量%までのN、
0.02重量%までのC、
0.02重量%までのAl、
0.02重量%までのFe、
0.001重量%までのCu、
0.001重量%までのMo、
0.001重量%までのNb、
0.001重量%までのP、
0.001重量%までのS、および
0.0002重量%以下のCl、
残りはVおよび他の元素であり、バナジウム合金は、0.001重量%以下のこれらの他の元素の各々を含み、これらの他の元素の合計は、0.01重量%以下である。
9.0−12.0重量%のCr、
0.001−2.5重量%W、
0.001−2.0重量%のMo、
0.001−0.5重量%のSi、
0.5重量%までのTi、
0.5重量%までのZr、
0.5重量%までのV、
0.5重量%までのNb、
0.3重量%までのTa、
0.1重量%までのN、
0.3重量%までのC、
0.01重量%までのB、
残りはFeおよび他の元素であり、鋼はこれらの他の元素の各々を0.15重量%以下含み、これらの他の元素の合計は、0.35重量%以下である。
燃料貯蔵領域を外部環境から分離する少なくとも1つの壁要素を含み、
前記壁要素は、バナジウム合金の第2の層に取り付けられた鋼の第1の層であって、鋼の前記第1の層が前記第2の層の厚さの0.1%〜50%である、鋼の第1の層を有し、
壁の前記第1の層は前記外部環境に接触し、前記第2の層は前記燃料貯蔵領域に接触する、コンテナ。
ある量の核物質と、
核燃料の外部に配置され、核物質の少なくとも一部を外部環境から分離する壁要素とを含み、前記壁要素は、
鋼の第1の層と、
鋼の前記第1の層と核物質との間のバナジウム合金の第2の層であって、鋼の前記第1の層が第2の層の厚さの0.1%〜50%であり、鋼の前記第1の層が第2の層を前記外部環境から分離する第2の層と、
を含む、物品。
少なくとも鋼の層を含む第1の層を製造する製造ステップと、
前記第1の層を、少なくともバナジウム合金層を含む第2の層に接続する接続ステップと、
を含む、方法。
前記接続ステップは、前記クロム層が前記鋼の層と前記バナジウム合金層との間にあるように、前記第1の層を前記第2の層に接続することを含む、条項84〜86のいずれか1項に記載の方法。
前記接続ステップは、前記クロム層が前記鋼の層と前記バナジウム合金層との間にあるように、前記第1の層を前記第2の層に接続することを含む、条項84〜87のいずれか1項に記載の方法。
Claims (88)
- 鋼の第1の層と、
少なくとも90%のバナジウムの第2の層と、
第1の層と第2の層との間のニッケル、ニッケル合金、クロム、クロム合金、ジルコニウムまたはジルコニウム合金の第3の層と、
からなる、壁要素。 - 前記第2の層は、前記第1の層の厚さの0.1%〜50%である厚さを有し、前記第3の層は、前記第1の層の厚さの0.1%〜50%である厚さを有する、請求項1に記載の壁要素。
- 前記第2の層は、前記第1の層の厚さの1%〜5%である厚さを有し、前記第3の層は、前記第1の層の厚さの1%〜5%である厚さを有する、請求項1に記載の壁要素。
- 前記第2の層が、バナジウム合金 V−20Ti、V−10Cr−5Ti、V−15Cr−5Ti、V−4Cr−4Ti、V−4Cr−4Ti NIFS Heats 1および2、V−4Cr−4Ti US Heats 832665および8923864、ならびにV−4Cr−4Ti Heats CEA−J57から選択される、請求項1〜3のいずれか1項に記載の壁要素。
- 前記第2の層がV−4Cr−4Tiである、請求項4に記載の壁要素。
- 前記第2の層が、以下からなる、請求項4に記載の壁要素:
3.0−5.0重量%のCr、
3.0−5.0重量%のTi、および
0.02重量%以下のC、
残りはVおよび他の元素であり、バナジウム合金は、0.1重量%以下のこれらの他の元素の各々を含み、これらの他の元素の合計は、0.5重量%以下である。 - 前記第2の層が、以下からなる、請求項5に記載の壁要素:
3.5−4.5重量%のCr、
3.5−4.5重量%のTi、
0.04−0.1重量%のSi、
0.02重量%までのO、
0.02重量%までのN、
0.02重量%までのC、
0.02重量%までのAl、
0.02重量%までのFe、
0.001重量%までのCu、
0.001重量%までのMo、
0.001重量%までのNb、
0.001重量%までのP、
0.001重量%までのS、 および
0.0002重量%以下のCl、
残りはVおよび他の元素であり、バナジウム合金は、0.001重量%以下のこれらの他の元素の各々を含み、これらの他の元素の合計は、0.01重量%以下である。 - 前記第2の層が、以下からなる、請求項1〜4のいずれか1項に記載の壁要素:
0.001−0.5重量%のC、
残りはVおよび他の元素であり、第2の層はこれらの他の元素の各々を0.1重量%以下含み、これらの他の元素の合計は、0.5重量%以下である。 - 前記第2の層が、Vに加えて0.1〜0.3重量%のCを含む、請求項8に記載の壁要素。
- 前記第1の層の鋼が、焼戻マルテンサイト鋼、フェライト鋼、オーステナイト鋼、酸化物分散強化鋼、T91鋼、T92鋼、HT9鋼、316鋼、および304鋼から選択される、請求項1〜9のいずれか1項に記載の壁要素。
- 前記第1の層の鋼が、以下からなる、請求項1〜10のいずれか1項に記載の壁要素:
9.0−12.0重量%のCr、
0.001−2.5重量%のW、
0.001−2.0重量%のMo、
0.001−0.5重量%のSi、
0.5重量%までのTi、
0.5重量%までのZr、
0.5重量%までのV、
0.5重量%までのNb、
0.3重量%までのTa、
0.1重量%までのN、
0.3重量%までのC、
0.01重量%までのB、
残りはFeおよび他の元素であり、鋼はこれらの他の元素の各々を0.15重量%以下含み、これらの他の元素の合計は、0.35重量%以下である。 - 前記鋼が、Ti、Zr、V、Nb、TaまたはBの炭化物析出物、Ti、Zr、V、NbまたはTaの窒化物析出物、および/またはTi、Zr、V、NbまたはTaの炭窒化物析出物のうちの1つ以上を含む、請求項1〜11のいずれか1項に記載の壁要素。
- 前記バナジウム合金が、Cr、Tiおよび/または他の元素の1つ以上の炭化物析出物を含む、請求項5〜7のいずれか1項に記載の壁要素。
- 前記第1の層が、前記壁要素の全厚の少なくとも99%であり、前記第3の層および前記第2の層の各々が、前記第1の層の厚さの0.0001%〜0.5%である、請求項1〜13のいずれか1項に記載の壁要素。
- 前記壁要素は、内表面および外面を有する管の形態であり、前記第1の層は、前記管の内表面を形成し、前記第2の層は、前記管の外面を形成する、請求項1〜14のいずれか1項に記載の壁要素。
- 前記第3の層が、以下からなる、請求項1〜15のいずれか1項に記載の壁要素:
少なくとも99.9重量%のNi、
残りは他の元素であり、材料は、0.05重量%以下のこれらの他の元素の各々を含み、これらの他の元素の合計は、0.1重量%以下である。 - 前記第3の層が、以下からなる、請求項1〜15のいずれか1項に記載の壁要素:
少なくとも90.0重量%のNi、
残りは他の元素であり、材料は、これらの他の元素の各々を1.0重量%以下含み、これらの他の元素の合計は、5.0重量%以下である。 - 前記第3の層が、以下からなる、請求項1〜15のいずれか1項に記載の壁要素:
少なくとも99.9重量%のCr、
残りは他の元素であり、材料は、これらの他の元素の各々を0.05重量%以下含み、これらの他の元素の合計は、0.1重量%以下である。 - 前記第3の層が、以下からなる、請求項1〜15のいずれか1項に記載の壁要素:
少なくとも90.0重量%のCr、
残りは他の元素であり、材料は、これらの他の元素の各々を1.0重量%以下含み、これらの他の元素の合計は、5.0重量%以下である。 - 前記第3の層が、以下からなる、請求項1〜15のいずれか1項に記載の壁要素:
99.9重量%以上のZr、
残りは他の元素であり、材料は、これらの他の元素の各々を0.05重量%以下含み、これらの他の元素の合計は、0.1重量%以下である。 - 前記第3の層が、以下からなる、請求項1〜15のいずれか1項に記載の壁要素:
少なくとも90.0重量%のZr、
残りは他の元素であり、材料は、これらの他の元素の各々を1.0重量%以下含み、これらの他の元素の合計は、5.0重量%以下である。 - 請求項1〜21のいずれか1項に記載の壁要素から少なくとも部分的に作製されたコンテナ。
- 核燃料を保持するためのコンテナであって、
燃料貯蔵領域を外部環境から分離する少なくとも1つの壁要素を含み、
前記壁要素は、少なくとも90%のバナジウムの第2の層から、第1の層と第2の層との間の第3の層によって分離された、鋼からなる第1の層を有し、
壁の前記第1の層は前記外部環境に接触し、前記第2の層は前記燃料貯蔵領域に接触し、
前記第3の層は、ニッケル、ニッケル合金、クロム、クロム合金、ジルコニウムまたはジルコニウム合金からなる、コンテナ。 - 前記コンテナは、容器を形成するために、1つ以上の連続的に接続された壁要素によって画定される形状を有する、請求項23に記載のコンテナ。
- 前記コンテナは円筒状の管として形成され、少なくとも1つの壁要素が前記管の円筒壁を形成し、前記燃料貯蔵領域が前記管の内側である、請求項23に記載のコンテナ。
- 前記コンテナは底壁と1つ以上の側壁とを含み、少なくとも1つの壁要素が前記コンテナの底壁または側壁を形成する、請求項23〜25のいずれか1項に記載のコンテナ。
- 物品であって、
ある量の核物質と、
核燃料の外部に配置され、核物質の少なくとも一部を外部環境から分離する壁要素とを含み、前記壁要素は、
前記外部環境と接触する鋼の第1の層と、
前記核物質と接触する少なくとも90%のバナジウムの第2の層と、
前記第1の層と前記第2の層との間の第3の層と、からなり、
ニッケルの前記第1の層は、鋼からバナジウム合金への炭素の移動を阻止し、
前記第3の層は、ニッケル、ニッケル合金、クロム、クロム合金、ジルコニウムまたはジルコニウム合金からなる、物品。 - 前記核物質が、U、Th、Am、Np、およびPuのうちの少なくとも1つを含む、請求項27に記載の物品。
- 前記核物質が、Nb、Mo、Ta、W、Re、Zr、V、Ti、Cr、Ru、Rh、Os、Ir、Nd、およびHfから選択される少なくとも1つの耐熱材料を含む、請求項27または28に記載の物品。
- 前記第1の層が、鋼を含み、その実質的にすべてが、焼戻しマルテンサイト相、フェライト相、およびオーステナイト相から選択される少なくとも1つの相を有する、請求項27〜29のいずれか1項に記載の物品。
- 前記クラッディング層が、マルテンサイト鋼、フェライト鋼、オーステナイト鋼、酸化物分散鋼、T91鋼、T92鋼、HT9鋼、346鋼、および304鋼から選択される少なくとも1つの鋼を含む、請求項27〜30のいずれか1項に記載の物品。
- 前記核燃料と前記壁要素とが機械的に結合されている、請求項27〜31のいずれか1項に記載の物品。
- 前記外部環境が溶融ナトリウムを含み、鋼の前記第1の層が、前記第2の層におけるナトリウムとバナジウムとの間の接触を防止する、請求項27〜32のいずれか1項に記載の物品。
- 前記第1の層および前記第2の層が、前記第3の層の両側に機械的に結合される、請求項27〜33のいずれか1項に記載の物品。
- 前記核物質が少なくとも90重量%のUを含む、請求項27〜34のいずれか1項に記載の物品。
- 前記核物質が核燃料であり、前記物品が核燃料素子である、請求項27〜35のいずれか1項に記載の物品。
- 前記第3の層が、以下からなる、請求項27〜36のいずれか1項に記載の物品:
少なくとも99.9重量%のNi、
残りは他の元素であり、材料は、0.05重量%以下のこれらの他の元素の各々を含み、これらの他の元素の合計は、0.1重量%以下である。 - 前記第3の層が、以下からなる、請求項27〜36のいずれか1項に記載の物品:
少なくとも90.0重量%のNi、
残りは他の元素であり、材料は、これらの他の元素の各々を5.0重量%以下含み、これらの他の元素の合計は、10.0重量%以下である。 - 前記第3の層が、以下からなる、請求項27〜36のいずれか1項に記載の物品:
少なくとも99.9重量%のCr、
残りは他の元素であり、材料は、0.05重量%以下のこれらの他の元素の各々を含み、これらの他の元素の合計は、0.1重量%以下である。 - 前記第3の層が、以下からなる、請求項27〜36のいずれか1項に記載の物品:
少なくとも90.0重量%のCr、
残りは他の元素であり、材料は、これらの他の元素の各々を5.0重量%以下含み、これらの他の元素の合計は、10.0重量%以下である。 - 前記第2の層が、以下からなる、請求項27〜36のいずれか1項に記載の物品:
0.001−0.5重量%のC、
残りはVおよび他の元素であり、前記第2の層はこれらの他の元素の各々を0.1重量%以下含み、これらの他の元素の合計は、0.5重量%以下である。 - 鋼の第1の層と、
鋼の前記第1の層の上に少なくとも0.001重量%の炭素がドープされたバナジウムの第2の層であって、VおよびC以外の他の元素を0.5重量%以下有する第2の層と、 からなる、壁要素。 - 前記第1の層と前記第2の層との間の第3の層であって、ニッケル、ニッケル合金、クロム、クロム合金、ジルコニウムまたはジルコニウム合金からなる第3の層を含む、請求項42に記載の壁要素。
- 前記第2の層が、以下からなる、請求項42または43に記載の壁要素:
0.001−0.5重量%のC、
残りはVおよび他の元素であり、前記第2の層のドープされたバナジウムは、0.1重量%以下のこれらの他の元素の各々を含み、これらの他の元素の合計は、0.5重量%以下である。 - 前記第2の層の前記ドープされたバナジウムが、0.1〜0.3重量%のCを含む、請求項42〜44のいずれか1項に記載の壁要素。
- 前記第1の層の鋼が、焼戻マルテンサイト鋼、フェライト鋼、オーステナイト鋼、酸化物分散強化鋼、T91鋼、T92鋼、HT9鋼、316鋼、および304鋼から選択される、請求項42〜45のいずれか1項に記載の壁要素。
- 前記第1の層の鋼が、以下からなる、請求項42〜46のいずれか1項に記載の壁要素:
9.0−12.0重量%のCr、
0.001−2.5重量%W、
0.001−2.0重量%のMo、
0.001−0.5重量%のSi、
0.5重量%までのTi、
0.5重量%までのZr、
0.5重量%までのV、
0.5重量%までのNb、
0.3重量%までのTa、
0.1重量%までのN、
0.3重量%までのC、
0.01重量%までのB、
残りはFeおよび他の元素であり、鋼はこれらの他の元素の各々を0.15重量%以下含み、これらの他の元素の合計は、0.35重量%以下である。 - 前記鋼が、Ti、Zr、V、Nb、TaまたはBの炭化物析出物、Ti、Zr、V、NbまたはTaの窒化物析出物、および/またはTi、Zr、V、NbまたはTaの炭窒化物析出物のうちの1つ以上を含み、および/またはバナジウム合金が、Cr、Tiおよび/または他の元素の1つ以上の炭化物析出物を含む、請求項42〜47のいずれか1項に記載の壁要素。
- 前記第2の層は、前記第1の層の厚さの0.1%〜50%の厚さを有する、請求項42に記載の壁要素。
- 前記第2の層は、前記第1の層の厚さの1%〜5%の厚さを有する、請求項42〜49のいずれか1項に記載の壁要素。
- 前記壁要素は、内表面および外面を有する管の形態であり、前記第1の層は、前記管の内表面を形成し、前記第2の層は、前記管の外面を形成する、請求項42〜50のいずれか1項に記載の壁要素。
- 更に、前記管の内部に、ある量の核物質を含む、請求項51に記載の壁要素。
- 前記核物質が、U、Th、Am、Np、およびPuから選択される1つ以上の元素を含む、請求項52に記載の物品。
- 前記核物質が、Nb、Mo、Ta、W、Re、Zr、V、Ti、Cr、Ru、Rh、Os、Ir、Nd、およびHfから選択される少なくとも1つの耐熱材料を含む、請求項52または53に記載の物品。
- 核燃料を保持するためのコンテナであって、
燃料貯蔵領域を外部環境から分離する少なくとも1つの壁要素を含み、
前記壁要素は、少なくとも0.001重量%の炭素でドープされたバナジウムの第2の層に取り付けられた鋼の第1の層を有し、0.5重量%以下の他の元素を有し、
壁の前記第1の層は前記外部環境に接触し、前記第2の層は前記燃料貯蔵領域に接触する、コンテナ。 - 前記コンテナは、容器を形成するために、1つ以上の連続的に接続された壁要素によって画定される形状を有する、請求項55に記載のコンテナ。
- 前記コンテナは円筒状の管として形成され、少なくとも1つの壁要素が前記管の円筒壁を形成し、前記燃料貯蔵領域が前記管の内側である、請求項55または56に記載のコンテナ。
- 前記コンテナは底壁と1つ以上の側壁とを含み、少なくとも1つの壁要素が前記コンテナの底壁を形成する、請求項55〜57のいずれか1項に記載のコンテナ。
- 前記コンテナが底壁と1つ以上の側壁とを含み、少なくとも1つの壁要素が前記コンテナの1つ以上の側壁のうちの少なくとも1つを形成する、請求項55〜58のいずれか1項に記載のコンテナ。
- 鋼の第1の層と、
鋼の第1の層の上のバナジウム合金の第2の層であって、鋼の前記第1の層が、第2の層の厚さの0.1%〜50%である、第2の層と、
からなる、壁要素。 - 前記第1の層と前記第2の層との間の第3の層であって、ニッケル、ニッケル合金、クロム、クロム合金、ジルコニウムまたはジルコニウム合金からなる第3の層を含む、請求項60に記載の壁要素。
- 前記第2の層が、バナジウム合金V−20Ti、V−10Cr−5Ti、V−15Cr−5Ti、V−4Cr−4Ti、V−4Cr−4Ti NIFS Heats 1および2、V−4Cr−4Ti US Heats 832665、8923864、ならびにV−4Cr−4Ti Heats CEA−J57から選択される、請求項60または61に記載の壁要素。
- 前記第2の層が、以下からなる、請求項62に記載の壁要素:
3.0−5.0重量%のCr、
3.0−5.0重量%のTi、および
0.02重量%以下のC、
残りはVおよび他の元素であり、バナジウム合金は、0.1重量%以下のこれらの他の元素の各々を含み、これらの他の元素の合計は、0.5重量%以下である。 - 前記第2の層が、以下からなる、請求項62に記載の壁要素:
3.5−4.5重量%のCr、
3.5−4.5重量%のTi、
0.04−0.1重量%のSi、
0.02重量%までのO、
0.02重量%までのN、
0.02重量%までのC、
0.02重量%までのAl、
0.02重量%までのFe、
0.001重量%までのCu、
0.001重量%までのMo、
0.001重量%までのNb、
0.001重量%までのP、
0.001重量%までのS、および
0.0002重量%以下のCl、
残りはVおよび他の元素であり、バナジウム合金は、0.001重量%以下のこれらの他の元素の各々を含み、これらの他の元素の合計は、0.01重量%以下である。 - 前記第1の層の鋼が、焼戻マルテンサイト鋼、フェライト鋼、オーステナイト鋼、酸化物分散強化鋼、T91鋼、T92鋼、HT9鋼、316鋼、および304鋼から選択される、請求項60〜64のいずれか1項に記載の壁要素。
- 前記第1の層の鋼が、以下からなる、請求項60〜64のいずれか1項に記載の壁要素:
9.0−12.0重量%のCr、
0.001−2.5重量%W、
0.001−2.0重量%のMo、
0.001−0.5重量%のSi、
0.5重量%までのTi、
0.5重量%までのZr、
0.5重量%までのV、
0.5重量%までのNb、
0.3重量%までのTa、
0.1重量%までのN、
0.3重量%までのC、
0.01重量%までのB、
残りはFeおよび他の元素であり、鋼はこれらの他の元素の各々を0.15重量%以下含み、これらの他の元素の合計は、0.35重量%以下である。 - 前記鋼が、Ti、Zr、V、Nb、TaまたはBの炭化物析出物、Ti、Zr、V、NbまたはTaの窒化物析出物、および/またはTi、Zr、V、NbまたはTaの炭窒化物析出物のうちの1つ以上を含み、および/またはバナジウム合金が、Cr、Tiおよび/または他の元素の1つ以上の炭化物析出物を含む、請求項60〜66のいずれか1項に記載の壁要素。
- 前記第1の層は、前記第2の層の厚さの1%〜5%の厚さを有する、請求項60〜67のいずれか1項に記載の壁要素。
- 前記壁要素は、内表面および外面を有する管の形態であり、前記第1の層は、前記管の内表面を形成し、前記第2の層は、前記管の外面を形成する、請求項60〜68のいずれか1項に記載の壁要素。
- 核燃料を保持するためのコンテナであって、
燃料貯蔵領域を外部環境から分離する少なくとも1つの壁要素を含み、
前記壁要素は、バナジウム合金の第2の層に取り付けられた鋼の第1の層であって、鋼の前記第1の層が前記第2の層の厚さの0.1%〜50%である、鋼の第1の層を有し、
壁の前記第1の層は前記外部環境に接触し、前記第2の層は前記燃料貯蔵領域に接触する、コンテナ。 - 前記コンテナは、容器を形成するために、1つ以上の連続的に接続された壁要素によって画定される形状を有する、請求項70に記載のコンテナ。
- 前記コンテナは円筒状の管として形成され、少なくとも1つの壁要素が前記管の円筒壁を形成し、前記燃料貯蔵領域が前記管の内側である、請求項70または71に記載のコンテナ。
- 前記コンテナは底壁と1つ以上の側壁とを含み、少なくとも1つの壁要素が前記コンテナの底壁を形成する、請求項70〜72のいずれか1項に記載のコンテナ。
- 前記コンテナは底壁と1つ以上の側壁とを含み、少なくとも1つの壁要素が前記コンテナの1つ以上の側壁のうちの少なくとも1つを形成する、請求項70〜73のいずれか1項に記載のコンテナ。
- 物品であって、
ある量の核物質と、
核燃料の外部に配置され、核物質の少なくとも一部を外部環境から分離する壁要素とを含み、前記壁要素は、
鋼の第1の層と、
鋼の前記第1の層と核物質との間のバナジウム合金の第2の層であって、鋼の前記第1の層が第2の層の厚さの0.1%〜50%であり、鋼の前記第1の層が第2の層を前記外部環境から分離する第2の層と、
を含む、物品。 - 前記核物質が、U、Th、Am、Np、およびPuのうちの少なくとも1つを含む、請求項75に記載の物品。
- 前記第1の層が、マルテンサイト鋼、フェライト鋼、オーステナイト鋼、酸化物分散鋼、T91鋼、T92鋼、HT9鋼、316鋼、および304鋼から選択される少なくとも1つの鋼を含む、請求項75または76に記載の物品。
- 前記核燃料と前記壁要素とが機械的に結合されている、請求項75〜77のいずれか1項に記載の物品。
- 前記外部環境が溶融ナトリウムを含み、鋼の前記第1の層が、前記第2の層におけるナトリウムとバナジウム合金との間の接触を防止する、請求項75〜78のいずれか1項に記載の物品。
- 前記第1の層と前記第2の層とが機械的に結合されている、請求項75〜79のいずれか1項に記載の物品。
- 前記核物質が少なくとも90重量%のUを含む、請求項75〜80のいずれか1項に記載の物品。
- 前記核物質が核燃料であり、前記物品が核燃料素子である、請求項75〜81のいずれか1項に記載の物品。
- 請求項75〜82のいずれか1項に記載の物品を含む、発電原子炉。
- 核物質を外部環境から分離するための壁要素を製造する方法であって、
少なくとも鋼の層を含む第1の層を製造する製造ステップと、
前記第1の層を、少なくともバナジウム合金層を含む第2の層に接続する接続ステップと、
を含む、方法。 - 前記第2の層を前記第1の層に接続する前に、前記第2の層を製造することを含む、請求項84に記載の方法。
- 前記接続ステップは、前記鋼の層を前記バナジウム合金層に接続することを含む、請求項84または85に記載の方法。
- 前記第1の層を製造するステップは、クロム層に接続された前記鋼の層からなる前記第1の層を製造することを含み、
前記接続ステップは、前記クロム層が前記鋼の層と前記バナジウム合金層との間にあるように、前記第1の層を前記第2の層に接続することを含む、請求項84〜86のいずれか1項に記載の方法。 - 前記第2の層は、クロム層に接続されたバナジウム合金層からなり、
前記接続ステップは、前記クロム層が前記鋼の層と前記バナジウム合金層との間にあるように、前記第1の層を前記第2の層に接続することを含む、請求項84〜87のいずれか1項に記載の方法。
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