JPH0365873B2 - - Google Patents
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- JPH0365873B2 JPH0365873B2 JP59046302A JP4630284A JPH0365873B2 JP H0365873 B2 JPH0365873 B2 JP H0365873B2 JP 59046302 A JP59046302 A JP 59046302A JP 4630284 A JP4630284 A JP 4630284A JP H0365873 B2 JPH0365873 B2 JP H0365873B2
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- corrosion cracking
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- iron
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- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 32
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- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 22
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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
- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
- Catalysts (AREA)
- Glass Compositions (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は、核分裂原子炉の炉心に使用する核燃
料要素に係わり、特に被覆管内面にジルコニウム
層を設けた核燃料要素に係わる。
料要素に係わり、特に被覆管内面にジルコニウム
層を設けた核燃料要素に係わる。
核燃料要素は、通常第１図に示すように被覆管
１内に複数個のウラン酸化物、トリウム酸化物、
プルトニウム酸化物又はこれらの複合物を焼結成
形した燃料ペレツト２を積層収納するとともに、
被覆管１の両端開口を端栓３ａ，３ｂで密封した
ものとなつている。なお核燃料要素上部にはガス
溜め用プレナム４及び燃料ペレツト２を安定に支
持するためのスプリング５が設けられている。
１内に複数個のウラン酸化物、トリウム酸化物、
プルトニウム酸化物又はこれらの複合物を焼結成
形した燃料ペレツト２を積層収納するとともに、
被覆管１の両端開口を端栓３ａ，３ｂで密封した
ものとなつている。なお核燃料要素上部にはガス
溜め用プレナム４及び燃料ペレツト２を安定に支
持するためのスプリング５が設けられている。
上記のように構成された核燃料要素において、
被覆管１には燃料ペレツト２から放出された放射
性核分裂生成物が冷却材中に混入するのを阻止す
る機能が要求される。ジルコニウム合金は中性子
吸収断面積が小さく、400℃以下で純水或いは水
蒸気との反応が少なくかつ適切な強度及び延性を
持つなど通常の条件では被覆材として優れた特性
を持つている。しかしながら、現在までの運転経
験から高燃焼度時において被覆管１は腐食性核分
裂生成物との化学反応及び燃料ペレツト２の熱膨
張によつて被覆管に発生する応力の重畳作用によ
る応力腐食割れが発生することがわかつてきた。
被覆管１には燃料ペレツト２から放出された放射
性核分裂生成物が冷却材中に混入するのを阻止す
る機能が要求される。ジルコニウム合金は中性子
吸収断面積が小さく、400℃以下で純水或いは水
蒸気との反応が少なくかつ適切な強度及び延性を
持つなど通常の条件では被覆材として優れた特性
を持つている。しかしながら、現在までの運転経
験から高燃焼度時において被覆管１は腐食性核分
裂生成物との化学反応及び燃料ペレツト２の熱膨
張によつて被覆管に発生する応力の重畳作用によ
る応力腐食割れが発生することがわかつてきた。
上記のような被覆管１の応力腐食割れを防ぐた
めに第１図において被覆管１の内表面に厚さ
200μm以下のジルコニウムライナ６を設けたいわ
ゆるジルコニウムライナ被覆管が開発されてい
る。ジルコニウムライナ６は被覆管１と腐食性核
分裂生成物との接触を防ぐとともに、被覆管１に
発生する局所応力を緩和することにより応力腐食
割れを防止することが期待されている。したがつ
てジルコニウムライナ６に要求される特性とし
て、腐食性核分裂生成物による応力腐食割れをお
こしにくいこと、また軟らかく延性に富むことが
挙げられる。
めに第１図において被覆管１の内表面に厚さ
200μm以下のジルコニウムライナ６を設けたいわ
ゆるジルコニウムライナ被覆管が開発されてい
る。ジルコニウムライナ６は被覆管１と腐食性核
分裂生成物との接触を防ぐとともに、被覆管１に
発生する局所応力を緩和することにより応力腐食
割れを防止することが期待されている。したがつ
てジルコニウムライナ６に要求される特性とし
て、腐食性核分裂生成物による応力腐食割れをお
こしにくいこと、また軟らかく延性に富むことが
挙げられる。
ところでジルコニウムはジルコニウム合金と比
べて応力腐食割れを生じにくく、延性に富み、か
つ中性子吸収断面積が小さいなどライナ材として
優れた性能を有するが、不純物量の増加に伴つて
応力腐食割れが生じ易くなるなどライナ材として
の性能が低下することもわかつてきた。
べて応力腐食割れを生じにくく、延性に富み、か
つ中性子吸収断面積が小さいなどライナ材として
優れた性能を有するが、不純物量の増加に伴つて
応力腐食割れが生じ易くなるなどライナ材として
の性能が低下することもわかつてきた。
本発明の目的は、腐食性核分裂生成物による応
力腐食割れの危険性を低下させることにある。
力腐食割れの危険性を低下させることにある。
本発明はジルコニウムライナの不純物の総量を
5000ppm以下とし、その中に含まれる酸素と鉄に
ついて酸素濃度ａ（ppm）と鉄濃度ｂ（ppm）の比
ａ／ｂの値を1.0より大きくすることにより、応
力腐食割れに対する感受性の低いジルコニウムラ
イナを提供し燃料被覆管の応力腐食割れを防止す
る。
5000ppm以下とし、その中に含まれる酸素と鉄に
ついて酸素濃度ａ（ppm）と鉄濃度ｂ（ppm）の比
ａ／ｂの値を1.0より大きくすることにより、応
力腐食割れに対する感受性の低いジルコニウムラ
イナを提供し燃料被覆管の応力腐食割れを防止す
る。
前記の如くジルコニウムはジルコニウム合金と
比べれば応力腐食割れを生じにくいが、酸素、鉄
など不純物含有量が多くなると応力腐食割れをお
こし易くなることもわかつてきた。従来は不純物
のなかで酸素が機械強度を高める効果を持つこと
から特に酸素濃度が重要な因子と考えられてお
り、酸素濃度を一定値以下に抑えた特許出願（特
公昭55−33037号公報及び特開昭54−59600号公
報）もなされている。しかしながら最近行なわれ
た実験結果により、酸素濃度ではなく鉄濃度がよ
り重要な因子であることがわかつた。第２図は最
近行われた実験結果からジルコニウムの応力腐食
割れ感受性（応力腐食割れの生じ易さ）に及ぼす
酸素濃度、鉄濃度の影響を示したものであるが、
酸素濃度は顕著な影響を及ぼさないのに対し、鉄
濃度が増加すると応力腐食割れが生じ易くなるこ
とを示している。ところで現在製造されている。
核燃料要素の被覆管１のジルコニウムライナ６の
場合、第３図に示されるように、酸素濃度ａ
（ppm）と鉄濃度ｂ（ppm）との比ａ／ｂの値がお
よび1.0となつており、一般には酸素濃度の増加
に伴つて鉄濃度も同じ割合で増加する。現行のジ
ルコニウムライナ材としては酸素及び鉄濃度が
各々200ppm以下という極めて高純度のクリスタ
ルバージルコニウム、酸素及び鉄濃度がそれぞれ
および500ppmから1000ppmのスポンジジルコニ
ウムが考えられている。
比べれば応力腐食割れを生じにくいが、酸素、鉄
など不純物含有量が多くなると応力腐食割れをお
こし易くなることもわかつてきた。従来は不純物
のなかで酸素が機械強度を高める効果を持つこと
から特に酸素濃度が重要な因子と考えられてお
り、酸素濃度を一定値以下に抑えた特許出願（特
公昭55−33037号公報及び特開昭54−59600号公
報）もなされている。しかしながら最近行なわれ
た実験結果により、酸素濃度ではなく鉄濃度がよ
り重要な因子であることがわかつた。第２図は最
近行われた実験結果からジルコニウムの応力腐食
割れ感受性（応力腐食割れの生じ易さ）に及ぼす
酸素濃度、鉄濃度の影響を示したものであるが、
酸素濃度は顕著な影響を及ぼさないのに対し、鉄
濃度が増加すると応力腐食割れが生じ易くなるこ
とを示している。ところで現在製造されている。
核燃料要素の被覆管１のジルコニウムライナ６の
場合、第３図に示されるように、酸素濃度ａ
（ppm）と鉄濃度ｂ（ppm）との比ａ／ｂの値がお
よび1.0となつており、一般には酸素濃度の増加
に伴つて鉄濃度も同じ割合で増加する。現行のジ
ルコニウムライナ材としては酸素及び鉄濃度が
各々200ppm以下という極めて高純度のクリスタ
ルバージルコニウム、酸素及び鉄濃度がそれぞれ
および500ppmから1000ppmのスポンジジルコニ
ウムが考えられている。
クリスタルバージルコニウムは鉄濃度が低いた
め応力腐食割れ感受性が低くライナ材としても最
も優れた性能を有するが、酸素濃度が低すぎるた
め機械強度が小さいこと、また高価であるなどの
難点がある。一方スポンジジルコニウムはクリス
タルバージルコニウムと比べれば応力腐食割れ感
受性は劣るが、酸素濃度が高いため機械強度はよ
り優れておりかつ経済的であるという長所があ
る。
め応力腐食割れ感受性が低くライナ材としても最
も優れた性能を有するが、酸素濃度が低すぎるた
め機械強度が小さいこと、また高価であるなどの
難点がある。一方スポンジジルコニウムはクリス
タルバージルコニウムと比べれば応力腐食割れ感
受性は劣るが、酸素濃度が高いため機械強度はよ
り優れておりかつ経済的であるという長所があ
る。
本発明は第２図に示される実験結果に基づい
て、スポンジジルコニウム中の鉄を除去して鉄濃
度を少なくするか、あるいはクリスタルバージル
コニウムに酸素を添加して、ジルコニウムライナ
６中の酸素濃度ａ及び鉄濃度ｂの比ａ／ｂの値を
1.0より大きくすることにより、クリスタルバー
ジルコニウムと同等の応力腐食割れ感受性を有
し、かつスポンジジルコニウムと同等の機械強度
を持ち経済性にも優れたジルコニウムライナ材を
提供する。すなわち、鉄濃度を少なくすることに
より応力腐食割れ感受性を低く抑え、かつ適切な
濃度の酸素を含ませることで機械強度を高く保た
せる。
て、スポンジジルコニウム中の鉄を除去して鉄濃
度を少なくするか、あるいはクリスタルバージル
コニウムに酸素を添加して、ジルコニウムライナ
６中の酸素濃度ａ及び鉄濃度ｂの比ａ／ｂの値を
1.0より大きくすることにより、クリスタルバー
ジルコニウムと同等の応力腐食割れ感受性を有
し、かつスポンジジルコニウムと同等の機械強度
を持ち経済性にも優れたジルコニウムライナ材を
提供する。すなわち、鉄濃度を少なくすることに
より応力腐食割れ感受性を低く抑え、かつ適切な
濃度の酸素を含ませることで機械強度を高く保た
せる。
本発明の実施例を以下に説明する。第４図は鉄
及び酸素濃度の異なる21種類のジルコニウムライ
ナ被覆管（内側にジルコニウムライナ６、その外
側にジルコニウム合金層を有する）を供試材とし
て、単軸引張方式及び歪集中方式で応力腐食割れ
試験を行ないライナの性能を評価したもので、試
験条件は下記の通りである。
及び酸素濃度の異なる21種類のジルコニウムライ
ナ被覆管（内側にジルコニウムライナ６、その外
側にジルコニウム合金層を有する）を供試材とし
て、単軸引張方式及び歪集中方式で応力腐食割れ
試験を行ないライナの性能を評価したもので、試
験条件は下記の通りである。
ヨウ素濃度：０〜20torr
ひずみ速度：10-6〜10-3sec-1
試験温度：350℃
第４図の如くジルコニウムライナ６内における
酸素濃度ａと鉄濃度ｂの比ａ／ｂの値が1.0より
大きいジルコニウムライナ被覆管は優れた性能を
有する。
酸素濃度ａと鉄濃度ｂの比ａ／ｂの値が1.0より
大きいジルコニウムライナ被覆管は優れた性能を
有する。
本実施例の核燃料要素は、上記の被覆管内に多
数の燃料ペレツトとともにスプリングを装填し、
被覆管の両端を密封したものである。
数の燃料ペレツトとともにスプリングを装填し、
被覆管の両端を密封したものである。
ジルコニウムライナ６中の鉄濃度を少なくする
ためにはスポンジジルコニウムの融解で得られる
インゴツトを選別し鉄濃度の少い部分を使用する
ことにより可能である。また鉄の融点がジルコニ
ウムより低いことから上記インゴツトを高真空雰
囲気中で鉄の融点近くまで加熱し、インゴツトに
含まれている鉄を除去する方法も可能である。ス
ポンジジルコニウムを用いると、クリスタルバー
ジルコニウムに比べて経済的である。
ためにはスポンジジルコニウムの融解で得られる
インゴツトを選別し鉄濃度の少い部分を使用する
ことにより可能である。また鉄の融点がジルコニ
ウムより低いことから上記インゴツトを高真空雰
囲気中で鉄の融点近くまで加熱し、インゴツトに
含まれている鉄を除去する方法も可能である。ス
ポンジジルコニウムを用いると、クリスタルバー
ジルコニウムに比べて経済的である。
本発明により、核燃料要素の応力腐食割れを生
じにくくすることができ、核燃料要素の信頼性向
上ができる。
じにくくすることができ、核燃料要素の信頼性向
上ができる。
第１図は核燃料要素を示す縦断面図、第２図及
び第３図は応力腐食割れ感受性と不純物濃度との
関係を示す特性図、第４図は鉄及び酸素濃度と応
力腐食割れ感受性の関係図である。 １…被覆管、２…燃料ペレツト、３…端栓、４
…プレナム、５…スプリング、６…ジルコニウム
ライナ。
び第３図は応力腐食割れ感受性と不純物濃度との
関係を示す特性図、第４図は鉄及び酸素濃度と応
力腐食割れ感受性の関係図である。 １…被覆管、２…燃料ペレツト、３…端栓、４
…プレナム、５…スプリング、６…ジルコニウム
ライナ。
Claims (1)
- １ ジルコニウム層を内側に、ジルコニウム合金
層をその外側に配置してなり両端が密封された被
覆管と、前記被覆管内に装填された複数の燃料ペ
レツトとを有する核燃料要素において、前記ジル
コニウム層の酸素濃度ａと鉄濃度ｂの比ａ／ｂが
1.0より大きいことを特徴とする核燃料要素。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59046302A JPS60190891A (ja) | 1984-03-09 | 1984-03-09 | 核燃料要素 |
| EP85102649A EP0155603B1 (en) | 1984-03-09 | 1985-03-08 | Cladding tube for nuclear fuel and nuclear fuel element having this cladding tube |
| DE8585102649T DE3571096D1 (en) | 1984-03-09 | 1985-03-08 | Cladding tube for nuclear fuel and nuclear fuel element having this cladding tube |
| US07/059,175 US4863679A (en) | 1984-03-09 | 1987-06-12 | Cladding tube for nuclear fuel and nuclear fuel element having this cladding tube |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59046302A JPS60190891A (ja) | 1984-03-09 | 1984-03-09 | 核燃料要素 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60190891A JPS60190891A (ja) | 1985-09-28 |
| JPH0365873B2 true JPH0365873B2 (ja) | 1991-10-15 |
Family
ID=12743400
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59046302A Granted JPS60190891A (ja) | 1984-03-09 | 1984-03-09 | 核燃料要素 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60190891A (ja) |
-
1984
- 1984-03-09 JP JP59046302A patent/JPS60190891A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60190891A (ja) | 1985-09-28 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |