JP3259577B2 - 原子力用燃料及びその製造方法 - Google Patents
原子力用燃料及びその製造方法Info
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- JP3259577B2 JP3259577B2 JP08222295A JP8222295A JP3259577B2 JP 3259577 B2 JP3259577 B2 JP 3259577B2 JP 08222295 A JP08222295 A JP 08222295A JP 8222295 A JP8222295 A JP 8222295A JP 3259577 B2 JP3259577 B2 JP 3259577B2
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- nuclear fuel
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- 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
- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は原子力用燃料に係り、特
にＢＷＲプラントで用いるのに好適な燃料に関する。
にＢＷＲプラントで用いるのに好適な燃料に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＢＷＲ用ジルカロイ被覆管ではペレット
と被覆管の物理的及び化学的相互作用（ＰＣＩ）により
燃料が破損するのを防ぐ目的でジルコニウムライナーを
被覆管内面に設けることが行われている。しかし、純ジ
ルコニウム製のライナーの酸化を防ぐため、それまでの
燃料の一部で実施されていたオートクレーブ酸化処理は
省略された。その代わりにジルカロイの合金組成及び熱
処理の改善によって、被覆管の耐食性は大幅に改善され
た。
と被覆管の物理的及び化学的相互作用（ＰＣＩ）により
燃料が破損するのを防ぐ目的でジルコニウムライナーを
被覆管内面に設けることが行われている。しかし、純ジ
ルコニウム製のライナーの酸化を防ぐため、それまでの
燃料の一部で実施されていたオートクレーブ酸化処理は
省略された。その代わりにジルカロイの合金組成及び熱
処理の改善によって、被覆管の耐食性は大幅に改善され
た。
【０００３】一方、ジルコニウムライナーは燃料ペレッ
ト中の核分裂生成物（ＦＰ）や水素による劣化を生じ易
く、これを防ぐ目的で内面に酸化膜を形成させる技術が
特開平1−18993号公報や特開昭63−179286号公報などに
記載されている。これらの従来技術では被覆管内表面の
特性改善に重点が置かれている。
ト中の核分裂生成物（ＦＰ）や水素による劣化を生じ易
く、これを防ぐ目的で内面に酸化膜を形成させる技術が
特開平1−18993号公報や特開昭63−179286号公報などに
記載されている。これらの従来技術では被覆管内表面の
特性改善に重点が置かれている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】炉水と接する被覆管外
表面には炉水中の放射性核種が付着固定化されている
が、上記従来技術ではこの付着固定化による炉水放射能
の低減機能の改善については考慮されていなかった。ま
た、炉水中に強い酸化剤などの化学物質や、硬度の高い
固形分が存在する場合には、外表面が金属地であると影
響を受け易いという問題があった。
表面には炉水中の放射性核種が付着固定化されている
が、上記従来技術ではこの付着固定化による炉水放射能
の低減機能の改善については考慮されていなかった。ま
た、炉水中に強い酸化剤などの化学物質や、硬度の高い
固形分が存在する場合には、外表面が金属地であると影
響を受け易いという問題があった。
【０００５】本発明の目的は、ジルコニウムライナー燃
料において、炉水放射能の付着固定化を促進し、炉水中
不純物による燃料の劣化を防止できる原子力用燃料及び
その製造方法を提供することにある。
料において、炉水放射能の付着固定化を促進し、炉水中
不純物による燃料の劣化を防止できる原子力用燃料及び
その製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的は、ジルコニウ
ムライナー燃料の外表面に０.１μｍ 以下の微細な構造
を持つ酸化膜表面を形成することにより達成される。
ムライナー燃料の外表面に０.１μｍ 以下の微細な構造
を持つ酸化膜表面を形成することにより達成される。
【０００７】
【作用】ＢＷＲにおける燃料棒への放射性金属イオンや
放射性クラッドの付着は燃料表面における沸騰現象に伴
って生じると考えられており、配管等の沸騰のない所で
の付着とは現象が異なる。この沸騰による付着の評価に
は次式のような付着速度係数Ｋを用いてその付着効率を
評価している。
放射性クラッドの付着は燃料表面における沸騰現象に伴
って生じると考えられており、配管等の沸騰のない所で
の付着とは現象が異なる。この沸騰による付着の評価に
は次式のような付着速度係数Ｋを用いてその付着効率を
評価している。
【０００８】
【数１】 ｄＷ／ｄｔ＝ＫＱＣ／Ｌ …（数１） ここで、ｄＷ／ｄｔは付着速度、Ｑは熱流束、Ｃは濃
度、Ｌは蒸発熱である。炉水中には腐食生成物を起源と
する金属イオン，クラッド等の不純物が含まれており、
その一部は炉内で中性子照射を受けて放射化される。特
に問題となるのは、半減期が比較的長く放射能が強い58
Ｃｏ及び60Ｃｏであり、これらの放射性イオンの一部は
沸騰に伴って燃料棒に付着する。これらの燃料棒に付着
した放射性イオンは同じように沸騰に伴って燃料棒に付
着する鉄クラッドと反応し、溶解度の低い安定なフェラ
イト等の鉄系酸化物として燃料棒に固定化され、炉水か
ら除去される。このようにして炉水放射能を低減するこ
とが可能となる。
度、Ｌは蒸発熱である。炉水中には腐食生成物を起源と
する金属イオン，クラッド等の不純物が含まれており、
その一部は炉内で中性子照射を受けて放射化される。特
に問題となるのは、半減期が比較的長く放射能が強い58
Ｃｏ及び60Ｃｏであり、これらの放射性イオンの一部は
沸騰に伴って燃料棒に付着する。これらの燃料棒に付着
した放射性イオンは同じように沸騰に伴って燃料棒に付
着する鉄クラッドと反応し、溶解度の低い安定なフェラ
イト等の鉄系酸化物として燃料棒に固定化され、炉水か
ら除去される。このようにして炉水放射能を低減するこ
とが可能となる。
【０００９】この方法は鉄クラッド及び金属イオン（放
射性イオンを含む）の燃料棒への付着効率が高いことを
前提としている。ジルコニウムライナー燃料（以下、Ｂ
Ｊと呼ぶ）ではオートクレーブ酸化処理が省かれてお
り、試験の結果、オートクレーブ酸化処理をしない被覆
管ではクラッドや金属イオンの付着速度係数が低くなる
ことが判明した。また、被覆管の耐食性が向上している
ため、ノジュラー腐食などの被覆管表面の肌あれが生じ
にくくなっており、この点からも付着速度係数の低下が
予想される。このため放射性核種の燃料上への固定化の
効率が低くなり、炉水放射能が高くなる可能性がある。
射性イオンを含む）の燃料棒への付着効率が高いことを
前提としている。ジルコニウムライナー燃料（以下、Ｂ
Ｊと呼ぶ）ではオートクレーブ酸化処理が省かれてお
り、試験の結果、オートクレーブ酸化処理をしない被覆
管ではクラッドや金属イオンの付着速度係数が低くなる
ことが判明した。また、被覆管の耐食性が向上している
ため、ノジュラー腐食などの被覆管表面の肌あれが生じ
にくくなっており、この点からも付着速度係数の低下が
予想される。このため放射性核種の燃料上への固定化の
効率が低くなり、炉水放射能が高くなる可能性がある。
【００１０】ＢＷＲの燃料表面では沸騰が生じており、
沸騰による気泡の発生し易さは表面の性質に依存する。
一般的には発泡の生じ易い構造が存在する方が気泡が生
じ易いといわれている。どのような構造が発泡点（沸騰
に伴う蒸気の気泡が発生する起点となる場所）になるか
についての定説はないが、表面の傷やポアが発泡点にな
ると推定されている。発泡が容易で気泡の発生数が多
く、気泡の成長速度が遅いほど付着速度係数は大きくな
る。このため、被覆管表面に微細な構造を持たせること
により付着特性を改善することができる。
沸騰による気泡の発生し易さは表面の性質に依存する。
一般的には発泡の生じ易い構造が存在する方が気泡が生
じ易いといわれている。どのような構造が発泡点（沸騰
に伴う蒸気の気泡が発生する起点となる場所）になるか
についての定説はないが、表面の傷やポアが発泡点にな
ると推定されている。発泡が容易で気泡の発生数が多
く、気泡の成長速度が遅いほど付着速度係数は大きくな
る。このため、被覆管表面に微細な構造を持たせること
により付着特性を改善することができる。
【００１１】しかし、発泡点の大きさは初期の気泡と同
程度に小さい必要がある。ＢＷＲの燃料の場合、被覆管
から離脱する臨界の気泡径は数１０μｍ程度であり、初
期の気泡径はこれより格段に小さく、１μｍ以下である
ことが予想される。このため、被覆管表面に設ける微細
構造はこれ以下である必要がある。
程度に小さい必要がある。ＢＷＲの燃料の場合、被覆管
から離脱する臨界の気泡径は数１０μｍ程度であり、初
期の気泡径はこれより格段に小さく、１μｍ以下である
ことが予想される。このため、被覆管表面に設ける微細
構造はこれ以下である必要がある。
【００１２】また、放射性核種の付着固定化のために
は、付着した金属イオンやクラッドを安定に保持できる
ことが必要である。この促進策としては、（１）付着物
と被覆管との密着力を大きくすること、（２）付着粒子
と被覆管表面との接触面積を大きくすること、が有効で
ある。
は、付着した金属イオンやクラッドを安定に保持できる
ことが必要である。この促進策としては、（１）付着物
と被覆管との密着力を大きくすること、（２）付着粒子
と被覆管表面との接触面積を大きくすること、が有効で
ある。
【００１３】（１）のためには被覆管表面の化学的性質
を変化させる必要がある。表１に、被覆管外表面の酸化
物を変えた場合におけるＣｏイオンの付着速度係数の測
定結果を相対値で示す。
を変化させる必要がある。表１に、被覆管外表面の酸化
物を変えた場合におけるＣｏイオンの付着速度係数の測
定結果を相対値で示す。
【００１４】
【表１】
【００１５】表１より、外表面が単斜晶の場合が最も付
着速度係数が高いことが判る。酸化膜の形成方法として
は、高温水中での使用を考えて炉水温度（約２８５℃）
よりも高温で水分子が存在する状態、即ち水蒸気中で酸
化させると高温水中で安定性の高い酸化膜になる。
着速度係数が高いことが判る。酸化膜の形成方法として
は、高温水中での使用を考えて炉水温度（約２８５℃）
よりも高温で水分子が存在する状態、即ち水蒸気中で酸
化させると高温水中で安定性の高い酸化膜になる。
【００１６】（２）のためには表面に微細構造をもたせ
て付着粒子との接触点を増加させることが有効である。
これは前述の発泡点の問題と共通した対策であり、大き
さとしては付着粒子径が１００ｎｍオーダーであるため
これ以下である必要がある。表２に、機械研磨による研
磨傷の大きさを変えた場合における付着速度係数の測定
結果を相対値で示す。
て付着粒子との接触点を増加させることが有効である。
これは前述の発泡点の問題と共通した対策であり、大き
さとしては付着粒子径が１００ｎｍオーダーであるため
これ以下である必要がある。表２に、機械研磨による研
磨傷の大きさを変えた場合における付着速度係数の測定
結果を相対値で示す。
【００１７】
【表２】
【００１８】表２より、研磨傷が数μｍでもわずかなが
ら付着速度係数の増加傾向が認められるが、数百ｎｍオ
ーダーになると明確な付着速度係数の増加が認められ
る。しかし、機械研磨だけで１００ｎｍ以下の微細構造
をコントロールするのは困難であり、酸化による化学的
性質の改善及び酸化により生じる酸化膜表面の微細構造
の生成を組み合わせることが効果的である。
ら付着速度係数の増加傾向が認められるが、数百ｎｍオ
ーダーになると明確な付着速度係数の増加が認められ
る。しかし、機械研磨だけで１００ｎｍ以下の微細構造
をコントロールするのは困難であり、酸化による化学的
性質の改善及び酸化により生じる酸化膜表面の微細構造
の生成を組み合わせることが効果的である。
【００１９】表３に、機械研磨後オートクレーブ処理を
した場合（バフ研磨と表示）と、酸洗浄により研磨傷を
除いた場合における付着速度係数の測定結果を相対値で
示す。
した場合（バフ研磨と表示）と、酸洗浄により研磨傷を
除いた場合における付着速度係数の測定結果を相対値で
示す。
【００２０】
【表３】
【００２１】表３より、機械研磨後オートクレーブ処理
をした場合の方が優れた付着特性が得られることが判っ
た。
をした場合の方が優れた付着特性が得られることが判っ
た。
【００２２】上記のように単斜晶ジルコニウム酸化物で
かつ１μｍ以下の微細構造を持った外表面にすることに
より、ジルコニウムライナー燃料の放射性核種の付着固
定化特性を改善することができる。
かつ１μｍ以下の微細構造を持った外表面にすることに
より、ジルコニウムライナー燃料の放射性核種の付着固
定化特性を改善することができる。
【００２３】また、炉水中には水の放射線分解で生じた
ラジカルや、クロム酸のように強い酸化性を持つ化学種
が存在しており、ジルカロイに直接作用して劣化を生じ
させる恐れがあると共に、硬度の高い固形分が炉水中に
混入した場合に燃料に衝突して燃料を損傷する可能性が
ある。これらに対して、外表面に酸化膜が存在すると直
接金属面に作用しなくなるので、外表面酸化膜の存在は
これらの影響を防止するためにも役立つ。
ラジカルや、クロム酸のように強い酸化性を持つ化学種
が存在しており、ジルカロイに直接作用して劣化を生じ
させる恐れがあると共に、硬度の高い固形分が炉水中に
混入した場合に燃料に衝突して燃料を損傷する可能性が
ある。これらに対して、外表面に酸化膜が存在すると直
接金属面に作用しなくなるので、外表面酸化膜の存在は
これらの影響を防止するためにも役立つ。
【００２４】何れにしても、高密度で発泡点となるよう
な微細でエッジの切り立った凹凸を有する微細構造が被
覆管外表面に存在すれば、付着特性は改善されると共に
付着クラッドとの接触点数も多くなるので、付着クラッ
ドの固定化にも効果的である。
な微細でエッジの切り立った凹凸を有する微細構造が被
覆管外表面に存在すれば、付着特性は改善されると共に
付着クラッドとの接触点数も多くなるので、付着クラッ
ドの固定化にも効果的である。
【００２５】図４に表面研磨の加工精度と付着速度係数
の測定値との関係を示す。図４から、付着速度係数は研
磨の加工精度が０.１μｍ 以下になると急激に増加する
ことが判る。
の測定値との関係を示す。図４から、付着速度係数は研
磨の加工精度が０.１μｍ 以下になると急激に増加する
ことが判る。
【００２６】ジルカロイの酸化においては、酸化膜厚が
約０.５μｍ（３０mg／ｄｍ2）以上になると、酸化膜表
面に微細なクラックが発生するとともに、酸化の時間依
存性が１／３乗則から１／１乗則に変化するという遷移
現象が生じることが知られている。試験の結果、条件を
選んで１μｍ以上の酸化膜をつけると、上記の現象によ
り４０コ／μｍ2 程度の微細クラックが発生することが
わかった。このようにして生じさせたクラックも付着速
度係数の向上に寄与する。クラックの発生は、酸化膜内
のジルコニアが立方晶から単斜晶に転移するときに、体
積減少と異方性の発生（一方向に伸びて、他方向には縮
む）により隙間ができることにより生じる。ジルカロイ
の合金添加元素分布が均質化されている現在では、酸化
条件を適切に選ぶことにより高密度のクラックを発生す
ることができる。この場合、外表面が単斜晶ジルコニア
になっているかどうかでクラック発生の有無を判別可能
である。
約０.５μｍ（３０mg／ｄｍ2）以上になると、酸化膜表
面に微細なクラックが発生するとともに、酸化の時間依
存性が１／３乗則から１／１乗則に変化するという遷移
現象が生じることが知られている。試験の結果、条件を
選んで１μｍ以上の酸化膜をつけると、上記の現象によ
り４０コ／μｍ2 程度の微細クラックが発生することが
わかった。このようにして生じさせたクラックも付着速
度係数の向上に寄与する。クラックの発生は、酸化膜内
のジルコニアが立方晶から単斜晶に転移するときに、体
積減少と異方性の発生（一方向に伸びて、他方向には縮
む）により隙間ができることにより生じる。ジルカロイ
の合金添加元素分布が均質化されている現在では、酸化
条件を適切に選ぶことにより高密度のクラックを発生す
ることができる。この場合、外表面が単斜晶ジルコニア
になっているかどうかでクラック発生の有無を判別可能
である。
【００２７】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図１を用いて説明
する。図１は、本発明をＺｒライナー燃料に適用した第
１の実施例を模式的に示した図である。ジルカロイ被覆
管２０の外面は単斜晶酸化ジルコニウム２１の膜で覆わ
れ、この膜には１００〜５００ｎｍの大きさの研磨傷
（溝）２４が円周方向に設けてある。ジルカロイ被覆管
２０の内面にはジルコニウムライナー２２が設けてあ
り、その内側に燃料ペレット２３が封じられている。
する。図１は、本発明をＺｒライナー燃料に適用した第
１の実施例を模式的に示した図である。ジルカロイ被覆
管２０の外面は単斜晶酸化ジルコニウム２１の膜で覆わ
れ、この膜には１００〜５００ｎｍの大きさの研磨傷
（溝）２４が円周方向に設けてある。ジルカロイ被覆管
２０の内面にはジルコニウムライナー２２が設けてあ
り、その内側に燃料ペレット２３が封じられている。
【００２８】本燃料棒の製造方法を図２を用いて説明す
る。ジルカロイ−２と純ジルコニウムのビレットを肉厚
比８９：１０の割合で嵌合した後に端面を電子ビーム溶
接し、得られた２重管を６００℃で熱間押し出しして密
着させる。この状態の素管を高周波誘導加熱により９３
０℃まで加熱した後、２００℃／ｓで冷却する。この
後、ピルガーミル圧延と約６００℃，２時間の焼き鈍し
を交互に３回繰返し、外形約１２mm，厚さ約１mmに成形
する。得られた燃料被覆管はバフ研磨により微細加工を
施して円周方向に１００ｎｍオーダーの研磨傷を形成し
た後、純水及び有機溶剤で洗浄する。この後、燃料棒の
両端に端栓を溶接して封じた後、４００℃，２気圧の水
蒸気中で１２時間オートクレーブ処理して外表面に酸化
膜を形成させる。この後、端栓を切断し、燃料ペレット
を充填して希ガスを入れた後再び端栓を溶接し、スペー
サー等を取付けて８０本程度を組にしてウォーターロッ
ドと組み合わせて燃料集合体を形成する。
る。ジルカロイ−２と純ジルコニウムのビレットを肉厚
比８９：１０の割合で嵌合した後に端面を電子ビーム溶
接し、得られた２重管を６００℃で熱間押し出しして密
着させる。この状態の素管を高周波誘導加熱により９３
０℃まで加熱した後、２００℃／ｓで冷却する。この
後、ピルガーミル圧延と約６００℃，２時間の焼き鈍し
を交互に３回繰返し、外形約１２mm，厚さ約１mmに成形
する。得られた燃料被覆管はバフ研磨により微細加工を
施して円周方向に１００ｎｍオーダーの研磨傷を形成し
た後、純水及び有機溶剤で洗浄する。この後、燃料棒の
両端に端栓を溶接して封じた後、４００℃，２気圧の水
蒸気中で１２時間オートクレーブ処理して外表面に酸化
膜を形成させる。この後、端栓を切断し、燃料ペレット
を充填して希ガスを入れた後再び端栓を溶接し、スペー
サー等を取付けて８０本程度を組にしてウォーターロッ
ドと組み合わせて燃料集合体を形成する。
【００２９】本燃料棒を装荷して運転されるＢＷＲプラ
ントの構成を図３に模式的に示す。タービン１を出た蒸
気は復水器２で水に戻され、ここを出た復水は復水ポン
プ３により復水フィルタ４を通り復水脱塩器５により不
純物を除去される。浄化された水は給水ポンプ６，低圧
給水加熱器７，昇圧ポンプ８，高圧給水加熱器９を通っ
て原子炉圧力容器１０に導かれる。このため炉水中には
主として低圧給水加熱器７，高圧給水加熱器９及び原子
炉圧力容器１０で生成した腐食生成物である鉄クラッド
及びニッケル，コバルト等の金属イオンが含まれてい
る。これらの一部は原子炉再循環ポンプ１１の上流から
分岐した配管に接続されている原子炉浄化系１２で除去
されるが、その割合は少なく、ほとんどが炉水中及び燃
料表面に存在することになる。
ントの構成を図３に模式的に示す。タービン１を出た蒸
気は復水器２で水に戻され、ここを出た復水は復水ポン
プ３により復水フィルタ４を通り復水脱塩器５により不
純物を除去される。浄化された水は給水ポンプ６，低圧
給水加熱器７，昇圧ポンプ８，高圧給水加熱器９を通っ
て原子炉圧力容器１０に導かれる。このため炉水中には
主として低圧給水加熱器７，高圧給水加熱器９及び原子
炉圧力容器１０で生成した腐食生成物である鉄クラッド
及びニッケル，コバルト等の金属イオンが含まれてい
る。これらの一部は原子炉再循環ポンプ１１の上流から
分岐した配管に接続されている原子炉浄化系１２で除去
されるが、その割合は少なく、ほとんどが炉水中及び燃
料表面に存在することになる。
【００３０】原子炉圧力容器１０内には運転開始前にＺ
ｒライナー燃料１３が装荷される。運転開始とともに原
子炉の出力が上昇し、燃料表面で沸騰が生じるようにな
る。これに伴って電解鉄注入装置１４を運転して鉄クラ
ッドを生成させ、注入バルブ１５を通して鉄クラッドを
給水中に注入する。注入濃度は約１ppb になるようにコ
ントロールして注入する。鉄クラッド及び放射性イオン
は燃料に効率良く付着した後に、お互いに反応してフェ
ライトとして燃料表面に安定に固定化される。これによ
り、炉水中の酸化剤や固形分と被覆管素材との直接の相
互作用を防ぐことができる。従って、本実施例によれ
ば、Ｚｒライナー燃料を装荷して運転開始したＢＷＲプ
ラントにおいて、炉水放射能の上昇を抑制し炉水中不純
物による被覆管の劣化を防止することが可能となる。
ｒライナー燃料１３が装荷される。運転開始とともに原
子炉の出力が上昇し、燃料表面で沸騰が生じるようにな
る。これに伴って電解鉄注入装置１４を運転して鉄クラ
ッドを生成させ、注入バルブ１５を通して鉄クラッドを
給水中に注入する。注入濃度は約１ppb になるようにコ
ントロールして注入する。鉄クラッド及び放射性イオン
は燃料に効率良く付着した後に、お互いに反応してフェ
ライトとして燃料表面に安定に固定化される。これによ
り、炉水中の酸化剤や固形分と被覆管素材との直接の相
互作用を防ぐことができる。従って、本実施例によれ
ば、Ｚｒライナー燃料を装荷して運転開始したＢＷＲプ
ラントにおいて、炉水放射能の上昇を抑制し炉水中不純
物による被覆管の劣化を防止することが可能となる。
【００３１】尚、図２ではオートクレーブ酸化処理の後
で燃料集合体を形成する例を説明したが、オートクレー
ブ酸化処理は燃料集合体を形成してから実施しても良
く、この場合には端栓をつないで再び切断する手間が省
けるとともに、スペーサー等の酸化処理も同時に実施す
ることが可能となる。
で燃料集合体を形成する例を説明したが、オートクレー
ブ酸化処理は燃料集合体を形成してから実施しても良
く、この場合には端栓をつないで再び切断する手間が省
けるとともに、スペーサー等の酸化処理も同時に実施す
ることが可能となる。
【００３２】また、ジルコニウムライナーの内面に耐食
性の材料をコーティングしたり、耐食性を向上させる合
金元素をジルコニウムに添加しても良く、この場合には
端栓をせずにそのままオートクレーブ酸化処理ができる
ので、工程を更に簡略化することができる。
性の材料をコーティングしたり、耐食性を向上させる合
金元素をジルコニウムに添加しても良く、この場合には
端栓をせずにそのままオートクレーブ酸化処理ができる
ので、工程を更に簡略化することができる。
【００３３】次に、図１の燃料棒の他の製造方法ついて
説明する。ジルカロイ−２と純ジルコニウムのビレット
を嵌合した後に端面を電子ビーム溶接し、得られた２重
管を６００℃で熱間押し出しして密着させる。この状態
の素管を高周波誘導加熱により９３０℃まで加熱した
後、２００℃／ｓで冷却する。この後、ピルガーミル圧
延と約６００℃，２時間の焼き鈍しを交互に３回繰返
し、外形約１２mm，厚さ約１mmに成形する。機械研磨及
び洗浄を施し、最後の熱処理の後に高温水蒸気又は酸素
を含む雰囲気中で酸化膜厚が０.５μｍ 以上になるまで
酸化させた後に、内面を研磨して酸化膜を除去する。こ
の後、燃料棒の両端に端栓を溶接して燃料ペレットを充
填して希ガスを入れ、再び端栓を溶接し、スペーサー等
を取付けて８０本程度を組にしてウォーターロッドと組
み合わせて燃料集合体を形成する。このような手順によ
り製造した燃料でも、前述した効果を得ることが可能で
ある。
説明する。ジルカロイ−２と純ジルコニウムのビレット
を嵌合した後に端面を電子ビーム溶接し、得られた２重
管を６００℃で熱間押し出しして密着させる。この状態
の素管を高周波誘導加熱により９３０℃まで加熱した
後、２００℃／ｓで冷却する。この後、ピルガーミル圧
延と約６００℃，２時間の焼き鈍しを交互に３回繰返
し、外形約１２mm，厚さ約１mmに成形する。機械研磨及
び洗浄を施し、最後の熱処理の後に高温水蒸気又は酸素
を含む雰囲気中で酸化膜厚が０.５μｍ 以上になるまで
酸化させた後に、内面を研磨して酸化膜を除去する。こ
の後、燃料棒の両端に端栓を溶接して燃料ペレットを充
填して希ガスを入れ、再び端栓を溶接し、スペーサー等
を取付けて８０本程度を組にしてウォーターロッドと組
み合わせて燃料集合体を形成する。このような手順によ
り製造した燃料でも、前述した効果を得ることが可能で
ある。
【００３４】
【発明の効果】本発明によれば、ジルコニウムライナー
燃料への炉水放射能の付着固定化を促進できるので、Ｂ
ＷＲプラントの炉水放射能濃度を低減することができ
る。また、炉水中不純物による被覆管の腐食を抑制でき
るので、燃料の劣化を防止することもできる。
燃料への炉水放射能の付着固定化を促進できるので、Ｂ
ＷＲプラントの炉水放射能濃度を低減することができ
る。また、炉水中不純物による被覆管の腐食を抑制でき
るので、燃料の劣化を防止することもできる。
【図１】本発明をＺｒライナー燃料に適用した第１の実
施例の説明図。
施例の説明図。
【図２】図１の燃料棒の製造方法を示す図。
【図３】図１の燃料棒を装荷したＢＷＲプラントの構成
図。
図。
【図４】被覆管の表面研磨の加工精度と付着速度係数の
関係を示す図。
関係を示す図。
１…タービン、２…復水器、３…復水ポンプ、４…復水
フィルタ、５…復水脱塩器、６…給水ポンプ、７…低圧
給水加熱器、８…昇圧ポンプ、９…高圧給水加熱器、１
０…原子炉圧力容器、１１…原子炉再循環ポンプ、１２
…原子炉浄化系、１３…Ｚｒライナー燃料、１４…電解
鉄注入装置、１５…注入バルブ、２０…ジルカロイ被覆
管、２１…単斜晶酸化ジルコニウム、２２…ジルコニウ
ムライナー、２３…燃料ペレット、２４…研磨傷。
フィルタ、５…復水脱塩器、６…給水ポンプ、７…低圧
給水加熱器、８…昇圧ポンプ、９…高圧給水加熱器、１
０…原子炉圧力容器、１１…原子炉再循環ポンプ、１２
…原子炉浄化系、１３…Ｚｒライナー燃料、１４…電解
鉄注入装置、１５…注入バルブ、２０…ジルカロイ被覆
管、２１…単斜晶酸化ジルコニウム、２２…ジルコニウ
ムライナー、２３…燃料ペレット、２４…研磨傷。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大角 克己 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式 会社 日立製作所 日立工場内 (72)発明者 丸 彰 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式 会社 日立製作所 日立工場内 (72)発明者 朝倉 大和 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式 会社 日立製作所 日立工場内 (56)参考文献 特開 昭59−28689（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−137883（ＪＰ，Ａ) 実開 平４−120392（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G21C 3/20 G21C 3/06 G21C 21/02
Claims (6)
- 【請求項１】燃料ペレットを内蔵する円筒形のジルコニ
ウム製ライナーと、該ライナーの外側を覆い外表面の一
部又は全面に０.１μｍ 以下の微細な凹凸を有するジル
カロイ製被覆管とを備えたことを特徴とする原子力用燃
料。 - 【請求項２】請求項１において、前記被覆管はその外表
面に単斜晶酸化ジルコニウム層を有することを特徴とす
る原子力用燃料。 - 【請求項３】高温水蒸気中又は酸素を含む雰囲気中でジ
ルカロイ製被覆管の外表面に単斜晶ジルコニアが形成さ
れるまで酸化処理し、該外表面に０.１μｍ 以下のサイ
ズの微細な凹凸を形成することを特徴とする原子力用燃
料の製造方法。 - 【請求項４】ジルカロイ製被覆管の外表面に厚さ１μｍ
以上の酸化膜を形成するように酸化処理し、該外表面に
０.１μｍ 以下のサイズの微細な凹凸を形成することを
特徴とする原子力用燃料の製造方法。 - 【請求項５】ジルカロイ製被覆管の外表面の一部又は全
面に０.１μｍ 以下の微細な溝を形成した後に、２８５
℃以上の水蒸気中で前記外表面に酸化膜を形成し、燃料
ペレットを充填して前記被覆管の両端を封じることを特
徴とする原子力用燃料の製造方法。 - 【請求項６】ジルカロイ製被覆管の外表面の一部又は全
面に０.１μｍ 以下の微細な溝を形成した後に、燃料ペ
レットを充填して前記被覆管の両端を封じて燃料棒を形
成し、該燃料棒を複数まとめて燃料集合体を構成した後
で、２８５℃以上の水蒸気中で酸化処理を行うことを特
徴とする原子力用燃料の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08222295A JP3259577B2 (ja) | 1994-04-08 | 1995-04-07 | 原子力用燃料及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6-70414 | 1994-04-08 | ||
| JP7041494 | 1994-04-08 | ||
| JP08222295A JP3259577B2 (ja) | 1994-04-08 | 1995-04-07 | 原子力用燃料及びその製造方法 |
| US08/581,200 US5761263A (en) | 1981-05-14 | 1995-12-29 | Nuclear fuel rod and method of manufacturing the same |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07325181A JPH07325181A (ja) | 1995-12-12 |
| JP3259577B2 true JP3259577B2 (ja) | 2002-02-25 |
Family
ID=27300320
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08222295A Expired - Lifetime JP3259577B2 (ja) | 1994-04-08 | 1995-04-07 | 原子力用燃料及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3259577B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009092619A (ja) * | 2007-10-12 | 2009-04-30 | Global Nuclear Fuel-Japan Co Ltd | 燃料集合体、その部品、それらの製造方法、および、チャンネルボックス |
| KR102299271B1 (ko) * | 2019-12-18 | 2021-09-08 | 한국과학기술원 | 손상 저항성 핵연료 |
-
1995
- 1995-04-07 JP JP08222295A patent/JP3259577B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07325181A (ja) | 1995-12-12 |
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