JP2633531B2 - 核燃料複合被覆管 - Google Patents
核燃料複合被覆管Info
- Publication number
- JP2633531B2 JP2633531B2 JP61072861A JP7286186A JP2633531B2 JP 2633531 B2 JP2633531 B2 JP 2633531B2 JP 61072861 A JP61072861 A JP 61072861A JP 7286186 A JP7286186 A JP 7286186A JP 2633531 B2 JP2633531 B2 JP 2633531B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cladding tube
- nuclear fuel
- zirconium
- zircaloy
- composite cladding
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- 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
- Rigid Pipes And Flexible Pipes (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、原子炉の炉心内において使用される核燃料
複合被覆管の改良に関するものである。
複合被覆管の改良に関するものである。
（従来の技術） 現在、核燃料被覆管としては一般にジルカロイ−２又
はジルカロイ−４、ジルコニウム−ニオブ合金が使用さ
れている。これらの材料からなる核燃料被覆管は平常条
件の運転時には極めて優れた性能を有する。これは、ジ
ルコニウムが小さい中性子吸収断面積を有し、原子炉冷
却材及び減速材として普通使用される脱塩水や水蒸気中
で強い延性を持ち、極めて安定でかつ非反応性であるか
らである。
はジルカロイ−４、ジルコニウム−ニオブ合金が使用さ
れている。これらの材料からなる核燃料被覆管は平常条
件の運転時には極めて優れた性能を有する。これは、ジ
ルコニウムが小さい中性子吸収断面積を有し、原子炉冷
却材及び減速材として普通使用される脱塩水や水蒸気中
で強い延性を持ち、極めて安定でかつ非反応性であるか
らである。
しかしながら、原子炉発電の全発電量に占める割合が
高くなるに伴って原子炉発電もベースロードとしてでは
なく、自由な負荷追従運転が要望されている。このよう
なことから負荷追従に耐える燃料として開発されたもの
が、被覆管と核燃料ペレットとの機械的相互作用（PC
I）を純ジルコニウム層で緩和したジルコニウムライナ
被覆管を用いた高性能燃料である。かかるジルコニウム
ライナ被覆管は、ジルカロイ−２やジルカロイ−４のジ
ルコニウ合金管の内面に純ジルコニウム層をライニング
した構造をなし、特許1264727の登録を初めとして多数
の特許が公開されている。しかしながら、これらジルコ
ニウムライナ被覆管は必ずしも充分良好な耐PCI性を有
するものではなかった。
高くなるに伴って原子炉発電もベースロードとしてでは
なく、自由な負荷追従運転が要望されている。このよう
なことから負荷追従に耐える燃料として開発されたもの
が、被覆管と核燃料ペレットとの機械的相互作用（PC
I）を純ジルコニウム層で緩和したジルコニウムライナ
被覆管を用いた高性能燃料である。かかるジルコニウム
ライナ被覆管は、ジルカロイ−２やジルカロイ−４のジ
ルコニウ合金管の内面に純ジルコニウム層をライニング
した構造をなし、特許1264727の登録を初めとして多数
の特許が公開されている。しかしながら、これらジルコ
ニウムライナ被覆管は必ずしも充分良好な耐PCI性を有
するものではなかった。
そこで、本出願人はライナ部の純ジルコニウムの集合
組織を（0001）面又はその近傍に揃えた優れた耐PCI性
を有する被覆管を出願し、特公昭60−49270として広告
された。しかしながら、かかる被覆管は必ずしも機械的
特性が充分なものではなかった。
組織を（0001）面又はその近傍に揃えた優れた耐PCI性
を有する被覆管を出願し、特公昭60−49270として広告
された。しかしながら、かかる被覆管は必ずしも機械的
特性が充分なものではなかった。
（発明が解決しようとする問題点） 本発明は上記事情に鑑みなされたもので、耐PCI性に
優れることは勿論、機械的特性の優れた高性能の核燃料
複合被覆管を提供しようとするものである。
優れることは勿論、機械的特性の優れた高性能の核燃料
複合被覆管を提供しようとするものである。
［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明は、ジルコニウム合金からなる被覆管の内面
に、その半径方向への（0001）結晶面の集合の度合を示
す下記fR値が0.500〜0.700の範囲に設定した結晶集合組
織の純ジルコニウムからなる保護層を配置して一体的に
接合したことを特徴とする核燃料複合被覆管である。
に、その半径方向への（0001）結晶面の集合の度合を示
す下記fR値が0.500〜0.700の範囲に設定した結晶集合組
織の純ジルコニウムからなる保護層を配置して一体的に
接合したことを特徴とする核燃料複合被覆管である。
但し、式中のＩ（φ，α）はＸ線回折強度、φは円筒
形試料片の半径方向をＺ軸、被覆管の長さ方向をＹ軸、
その円周方向をＸ軸に夫々とった半径Ｒの投影球を考え
て前記Ｘ、Ｙ、Ｚ座標をＲ、φ、αに変換した時の同投
影球の北極を０゜とした緯度方向角、αは同投影球の経
度方向角を示す。なお、こうしたfR値の定義については
特公昭58−56748号に詳細に述べられている。
形試料片の半径方向をＺ軸、被覆管の長さ方向をＹ軸、
その円周方向をＸ軸に夫々とった半径Ｒの投影球を考え
て前記Ｘ、Ｙ、Ｚ座標をＲ、φ、αに変換した時の同投
影球の北極を０゜とした緯度方向角、αは同投影球の経
度方向角を示す。なお、こうしたfR値の定義については
特公昭58−56748号に詳細に述べられている。
上記ジルコニウム合金としては、例えばジルカロイ−
２、ジルカロイ−４、ジルコニウム−ニオブ合金等を挙
げることができる。
２、ジルカロイ−４、ジルコニウム−ニオブ合金等を挙
げることができる。
上記純ジルコニウムにおける（0001）結晶集合組織の
fR値を上述した範囲に限定したのは、次のような理由に
よるものである。即ち、fR値を0.500％未満にすると、
耐PCI性を充分に改善できず、かといってfR値が0.700を
越えると大きな加工率と強い焼鈍のため、結晶粒が大き
くなり過ぎ、機械的性質、特にクリープ特性の劣化及び
延性低下を招く。
fR値を上述した範囲に限定したのは、次のような理由に
よるものである。即ち、fR値を0.500％未満にすると、
耐PCI性を充分に改善できず、かといってfR値が0.700を
越えると大きな加工率と強い焼鈍のため、結晶粒が大き
くなり過ぎ、機械的性質、特にクリープ特性の劣化及び
延性低下を招く。
次に、本発明の複合被覆管を有する核燃料要素につい
て第１図及び第２図を参照して説明する。
て第１図及び第２図を参照して説明する。
図中の１は、核燃料ペレット２が複数個積層充填され
た被覆管であり、かつ該核燃料ペレット２は該被覆管１
の上部端栓３に一端が当接したスプリング４により固定
されている。前記被覆管１はジルコニウム合金により形
成され、この内面には純ジルコニウムからなる保護層
（ライナ層）５が一体的に接合されて複合被覆管６を構
成している。この純ジルコニウムからなる保護層５は、
その半径方向の（0001）結晶集合組織fRが0.500〜0.700
の範囲に設定するように形成されている。なお、図中の
７は前記被覆管１の下端を密閉するための下部端栓であ
る。
た被覆管であり、かつ該核燃料ペレット２は該被覆管１
の上部端栓３に一端が当接したスプリング４により固定
されている。前記被覆管１はジルコニウム合金により形
成され、この内面には純ジルコニウムからなる保護層
（ライナ層）５が一体的に接合されて複合被覆管６を構
成している。この純ジルコニウムからなる保護層５は、
その半径方向の（0001）結晶集合組織fRが0.500〜0.700
の範囲に設定するように形成されている。なお、図中の
７は前記被覆管１の下端を密閉するための下部端栓であ
る。
（作用） しかして、本発明の複合被覆管はジルコニウム合金か
らなる被覆管の内面に（0001）面のfR値が所定の範囲に
設定した結晶集合組織の純ジルコニウムからなる保護層
を配置して一体的に接合されているため、優れた耐PCI
性と機械的特性（特にクリープ強度及び延性）を有する
ものである。なお、現在でも被覆管の断面半径方向の
（0001）面の集合度合fRを0.562〜0.692の範囲に設定し
ているが、これはあくまでも被覆管基部であるジルカロ
イを対象としたもので、前記純ジルコニウムの保護層を
対象とするものではない。
らなる被覆管の内面に（0001）面のfR値が所定の範囲に
設定した結晶集合組織の純ジルコニウムからなる保護層
を配置して一体的に接合されているため、優れた耐PCI
性と機械的特性（特にクリープ強度及び延性）を有する
ものである。なお、現在でも被覆管の断面半径方向の
（0001）面の集合度合fRを0.562〜0.692の範囲に設定し
ているが、これはあくまでも被覆管基部であるジルカロ
イを対象としたもので、前記純ジルコニウムの保護層を
対象とするものではない。
（発明の実施例） 以下、本発明の実施例を詳細に説明する。
まず、ジルカロイ−２（1.5％Sn−0.12％Fe−0.05％N
i−0.1％Cr−残部Zr）に0.2％のニオブを添加して溶解
し、β焼き入れ、鍛造及び機械切削を行なうことにより
ニオブ添加ジルカロイ−２の被覆管ビレットを作製し
た。つづいて、この被覆管ビレットの内面と予め製作し
た純ジルコニウムスリーブビレットの外表面を清浄化し
た後、被覆管ビレット内に純ジルコニウムスリーブビレ
ットを挿着して組合わせた。ひきつづき、前記被覆管及
びスリーブの境界線をエレクトロンビーム溶接により真
空中で溶解し、複合ビレットを作製した。
i−0.1％Cr−残部Zr）に0.2％のニオブを添加して溶解
し、β焼き入れ、鍛造及び機械切削を行なうことにより
ニオブ添加ジルカロイ−２の被覆管ビレットを作製し
た。つづいて、この被覆管ビレットの内面と予め製作し
た純ジルコニウムスリーブビレットの外表面を清浄化し
た後、被覆管ビレット内に純ジルコニウムスリーブビレ
ットを挿着して組合わせた。ひきつづき、前記被覆管及
びスリーブの境界線をエレクトロンビーム溶接により真
空中で溶解し、複合ビレットを作製した。
次いで、前記複合ビレットを熱間押出し加工した後、
ピルガー管絞り機により冷間加工を繰返し、複数回のパ
スを経て仕上り形状とした。この冷間加工の合間には、
580℃で２時間の熱処理を行なって焼なましを行なっ
た。つづいて、冷間加工を終了した複合管を600℃で２
時間、真空熱処理を行なって、複合被覆管の内面のスリ
ーブを保護層として一体的に接合した核燃料複合被覆管
を製造した。このようにして得られた複合被覆管の保護
層の厚さは90mm±20μｍであった。
ピルガー管絞り機により冷間加工を繰返し、複数回のパ
スを経て仕上り形状とした。この冷間加工の合間には、
580℃で２時間の熱処理を行なって焼なましを行なっ
た。つづいて、冷間加工を終了した複合管を600℃で２
時間、真空熱処理を行なって、複合被覆管の内面のスリ
ーブを保護層として一体的に接合した核燃料複合被覆管
を製造した。このようにして得られた複合被覆管の保護
層の厚さは90mm±20μｍであった。
ところで、前記ピルガー管絞り機により冷間加工を施
すに当り、管の直径減少率に比べて肉厚減少率を大きく
すると、fR値が大きくなることは既述した特公昭58−56
748に示される如く一般に知られている。しかして、加
工モードを変化させて保護層のfR値と、それら保護層の
耐PCI性、クリープ強度及び延性との関係を調べたとこ
ろ下記表に示す結果を得た。
すに当り、管の直径減少率に比べて肉厚減少率を大きく
すると、fR値が大きくなることは既述した特公昭58−56
748に示される如く一般に知られている。しかして、加
工モードを変化させて保護層のfR値と、それら保護層の
耐PCI性、クリープ強度及び延性との関係を調べたとこ
ろ下記表に示す結果を得た。
上記表から明かな如くfR値が0.500以上の保護層は耐P
CI性が良好であることがわかる。また、fR値が0.500以
上でもその値が0.700を越えると結晶粒も大きくなって
クリープ強度の低下や延性の低下を起こすことがわか
る。
CI性が良好であることがわかる。また、fR値が0.500以
上でもその値が0.700を越えると結晶粒も大きくなって
クリープ強度の低下や延性の低下を起こすことがわか
る。
［発明の効果］ 以上詳述した如く、本発明によれば耐PCI性と機械的
特性（特にクリープ強度及び延性）の優れた高性能の核
燃料複合被覆管を提供できる。
特性（特にクリープ強度及び延性）の優れた高性能の核
燃料複合被覆管を提供できる。
第１図は複合被覆管内に核燃料ペレットを挿着した核燃
料要素を示す縦断面図、第２図は第１図の拡大横断面図
である。 １……被覆管、２……核燃料ペレット、５……保護層、
６……複合被覆管。
料要素を示す縦断面図、第２図は第１図の拡大横断面図
である。 １……被覆管、２……核燃料ペレット、５……保護層、
６……複合被覆管。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川島 純子 川崎市幸区小向東芝町１番地 株式会社 東芝総合研究所内 (56)参考文献 特開 昭60−122385（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−50160（ＪＰ，Ａ)
Claims (3)
- 【請求項１】ジルコニウム合金からなる被覆管の内面
に、その半径方向への（0001）結晶面の集合の度合を示
す下記fR値が0.500〜0.700の範囲に設定した結晶集合組
織の純ジルコニウムからなる保護層を配置して一体的に
接合したことを特徴とする核燃料複合被覆管。 但し、式中のＩ（φ，α）はＸ線回折強度、φは円筒形
試料片の半径方向をＺ軸、被覆管の長さ方向をＹ軸、そ
の円周方向をＸ軸に夫々とった半径Ｒの投影球を考えて
前記X,Y,Z座標をR,φ，αに変換した時の同投影球の北
極を０゜とした緯度方向角、αは同投影球の経度方向角
を示す。 - 【請求項２】ジルコニウム合金はジルカロイ−２又はジ
ルカロイ−４であることを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載の核燃料複合被覆管。 - 【請求項３】ジルコニウム合金がジルコニウム−ニオブ
合金であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の核燃料複合被覆管。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61072861A JP2633531B2 (ja) | 1986-03-31 | 1986-03-31 | 核燃料複合被覆管 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61072861A JP2633531B2 (ja) | 1986-03-31 | 1986-03-31 | 核燃料複合被覆管 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62229092A JPS62229092A (ja) | 1987-10-07 |
| JP2633531B2 true JP2633531B2 (ja) | 1997-07-23 |
Family
ID=13501549
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61072861A Expired - Lifetime JP2633531B2 (ja) | 1986-03-31 | 1986-03-31 | 核燃料複合被覆管 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2633531B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2522627B2 (ja) * | 1992-12-22 | 1996-08-07 | 日本核燃料開発株式会社 | 燃料被覆管 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5950160A (ja) * | 1982-09-17 | 1984-03-23 | Toshiba Corp | 原子炉用炉内構造材 |
| JPS60122385A (ja) * | 1984-10-29 | 1985-06-29 | 株式会社東芝 | 核燃料要素 |
-
1986
- 1986-03-31 JP JP61072861A patent/JP2633531B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62229092A (ja) | 1987-10-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0155168B1 (en) | Composite nuclear fuel element cladding tube | |
| US4775508A (en) | Zirconium alloy fuel cladding resistant to PCI crack propagation | |
| US4664881A (en) | Zirconium base fuel cladding resistant to PCI crack propagation | |
| CN106078086B (zh) | 一种核燃料元件包壳锆合金不锈钢复合管及其制备方法 | |
| CN106128532A (zh) | 一种核燃料元件包壳锆合金钛合金复合管及其制备方法 | |
| US4613479A (en) | Water reactor fuel cladding | |
| EP0195155B1 (en) | Water reactor fuel cladding tubes | |
| US5892807A (en) | Pressurized water reactor nuclear fuel assembly | |
| JP2633531B2 (ja) | 核燃料複合被覆管 | |
| EP0867889A1 (en) | Nuclear fuel rod for pressurized water reactor | |
| EP0194797B1 (en) | Water reactor fuel element cladding tube | |
| EP0867888B1 (en) | Composite cladding for nuclear fuel rods | |
| JPH0812259B2 (ja) | 核燃料要素 | |
| KR940002699B1 (ko) | 수형 원자로용 핵연료 피복관 | |
| CA1168769A (en) | Fuel rod for a nuclear reactor | |
| US6511556B1 (en) | High strength zirconium alloys containing bismuth and niobium | |
| JP2521328B2 (ja) | ジルコニウム基合金製原子燃料被覆管 | |
| EP0867518A1 (en) | High strength zirconium alloys containing bismuth | |
| JP2522627B2 (ja) | 燃料被覆管 | |
| JPH11118968A (ja) | 原子炉燃料用複合被覆管 | |
| JPH1048372A (ja) | 燃料集合体とそれに用いる燃料チャンネルボックス及びその製造方法 | |
| JPS6076288A (ja) | ジルコニウム基合金とハフニウムとの接合方法 | |
| JPH0139076B2 (ja) | ||
| CA2274382A1 (en) | High strength zirconium alloys containing bismuth, tin and niobium | |
| JPH08220270A (ja) | 耐応力腐食割れ性に優れた核燃料被覆管 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |