JPH04236391A - 核燃料要素 - Google Patents
核燃料要素Info
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- JPH04236391A JPH04236391A JP3003830A JP383091A JPH04236391A JP H04236391 A JPH04236391 A JP H04236391A JP 3003830 A JP3003830 A JP 3003830A JP 383091 A JP383091 A JP 383091A JP H04236391 A JPH04236391 A JP H04236391A
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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)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】［発明の目的］
【０００２】
【産業上の利用分野】本発明は内面に純ジルコニウム保
護層を有する核燃料要素に関する。
護層を有する核燃料要素に関する。
【０００３】
【従来の技術】従来の核燃料要素の構造を図２に示す。
同図に示されるように、核燃料要素１１は、ジルコニウ
ム合金で作られた被覆管１２内に複数個の燃料ペレット
１３が装填されており、被覆管１２の上下両端の開口部
にはそれぞれジルコニウム合金からなる上下端栓１４お
よび下部端栓１５が溶接されて構成されている。被覆管
１２内にはヘリウムガスが封入され、上部プレナム部１
６にはプレナムスプリング１７が設けられている。
ム合金で作られた被覆管１２内に複数個の燃料ペレット
１３が装填されており、被覆管１２の上下両端の開口部
にはそれぞれジルコニウム合金からなる上下端栓１４お
よび下部端栓１５が溶接されて構成されている。被覆管
１２内にはヘリウムガスが封入され、上部プレナム部１
６にはプレナムスプリング１７が設けられている。
【０００４】燃料被覆管内のペレットは燃焼により放射
性核分裂生成物を放出するが、この放射性核分裂生成物
（ＦＰ）が被覆管外の冷却材中に混入するのを防止する
ために、燃料被覆管にその漏洩阻止の機能が求められて
いる。現在までの運転経験によれば、燃焼度が高くなっ
た段階で出力が急激に上昇すると、被覆管と腐食性核分
裂生成物との化学反応が起こり、また核燃料ペレットが
熱膨張することによって被覆管に熱応力が加わり、両者
の相乗作用により燃料被覆管に応力腐食割れが生ずるお
それがある。
性核分裂生成物を放出するが、この放射性核分裂生成物
（ＦＰ）が被覆管外の冷却材中に混入するのを防止する
ために、燃料被覆管にその漏洩阻止の機能が求められて
いる。現在までの運転経験によれば、燃焼度が高くなっ
た段階で出力が急激に上昇すると、被覆管と腐食性核分
裂生成物との化学反応が起こり、また核燃料ペレットが
熱膨張することによって被覆管に熱応力が加わり、両者
の相乗作用により燃料被覆管に応力腐食割れが生ずるお
それがある。
【０００５】このような燃料被覆管の応力腐食割れを防
止することを目的として、燃料被覆管の内面に純ジルコ
ニウムの内張をしたいわゆるジルコニウムライナ管が提
案されており、この純ジルコニウムライナ層によって被
覆管と腐食性核分裂生成物との接触を防止すると共に被
覆管に発生する局所応力を緩和して被覆管の応力腐食割
れを防止する効果が期待されている。
止することを目的として、燃料被覆管の内面に純ジルコ
ニウムの内張をしたいわゆるジルコニウムライナ管が提
案されており、この純ジルコニウムライナ層によって被
覆管と腐食性核分裂生成物との接触を防止すると共に被
覆管に発生する局所応力を緩和して被覆管の応力腐食割
れを防止する効果が期待されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、原子炉
の運転時間の長期化に伴ってＦＰが増加し、ＦＰの中に
は内張層の純ジルコニウムを劣化させるヨウ素、カドミ
ウム等の腐食性物質も含まれているので、万一腐食性の
ＦＰにより被覆管が劣化して被覆管に破損が生じた場合
、被覆管に炉水が侵入することとなる。そのとき、炉水
の水蒸気はまず被覆管と接触して下記に示すような反応
により水素を発生する。 Ｚｒ＋２Ｈ２ Ｏ→ＺｒＯ２ ＋２Ｈ２ 発生した水素
は純ジルコニウム中に吸収されて反応し、ジルコニウム
の水素化物となる。水素化物は極めて脆い性質をもつた
め、一旦被覆管の水素化が起こるとさらに破損が広がる
可能性が考えられる。
の運転時間の長期化に伴ってＦＰが増加し、ＦＰの中に
は内張層の純ジルコニウムを劣化させるヨウ素、カドミ
ウム等の腐食性物質も含まれているので、万一腐食性の
ＦＰにより被覆管が劣化して被覆管に破損が生じた場合
、被覆管に炉水が侵入することとなる。そのとき、炉水
の水蒸気はまず被覆管と接触して下記に示すような反応
により水素を発生する。 Ｚｒ＋２Ｈ２ Ｏ→ＺｒＯ２ ＋２Ｈ２ 発生した水素
は純ジルコニウム中に吸収されて反応し、ジルコニウム
の水素化物となる。水素化物は極めて脆い性質をもつた
め、一旦被覆管の水素化が起こるとさらに破損が広がる
可能性が考えられる。
【０００７】すなわち、腐食性のＦＰによって一次的な
破損が生ずると、続いて水蒸気とジルコニウムの反応に
よって発生した水素は被覆管の内側に設けられた純ジル
コニウム層と局部的に反応して被覆管内面を水素化し、
二次的な破損を起こすおそれがある。
破損が生ずると、続いて水蒸気とジルコニウムの反応に
よって発生した水素は被覆管の内側に設けられた純ジル
コニウム層と局部的に反応して被覆管内面を水素化し、
二次的な破損を起こすおそれがある。
【０００８】本発明は上記情況に対処してなされたもの
で、ジルコニウムライナ層を有する被覆管からなる核燃
料要素において、ＦＰにより生じた被覆管の破損によっ
て被覆管内に炉水が侵入した場合に、ジルコニウムライ
ナ層が水素化により脆化するのを防止し、安全性の高い
核燃料要素を提供することを目的とするものである。 ［発明の構成］
で、ジルコニウムライナ層を有する被覆管からなる核燃
料要素において、ＦＰにより生じた被覆管の破損によっ
て被覆管内に炉水が侵入した場合に、ジルコニウムライ
ナ層が水素化により脆化するのを防止し、安全性の高い
核燃料要素を提供することを目的とするものである。 ［発明の構成］
【０００９】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、内
周側が純ジルコニウムからなり外周側がジルコニウム基
合金からなる二重構造で構成されている被覆管の内部に
燃料ペレットが装填され、上部および下部がそれぞれ上
部端栓および下部端栓により密封してなる核燃料要素に
おいて、上部端栓および下部端栓が純ジルコニウムより
も水素を容易に透過・吸収させる金属または合金で形成
されていることを特徴とする核燃料要素に関する。
周側が純ジルコニウムからなり外周側がジルコニウム基
合金からなる二重構造で構成されている被覆管の内部に
燃料ペレットが装填され、上部および下部がそれぞれ上
部端栓および下部端栓により密封してなる核燃料要素に
おいて、上部端栓および下部端栓が純ジルコニウムより
も水素を容易に透過・吸収させる金属または合金で形成
されていることを特徴とする核燃料要素に関する。
【００１０】
【作用】本発明においては、核燃料要素の上部端栓およ
び下部端栓に、純ジルコニウムよりも水素を容易に透過
・吸収する金属または合金を用いている。そこで、前記
したように炉水が被覆管内に侵入してジルコニウムと反
応して水素を発生させた場合、水素は瞬時に被覆管内に
分散するが、上部端栓および下部端栓に純ジルコニウム
よりも水素を容易に透過・吸収する金属または合金、例
えばパラジウムを用いていると、被覆管内の水素は選択
的にパラジウム中に取り込まれる。パラジウム中に取り
込まれた水素はパラジウム中を容易に拡散し、その一部
はパラジウム中を透過して被覆管外に（すなわち炉水中
に）放出される。また、一部はパラジウム中に残存する
が、水素を吸収したパラジウムはジルコニウムに比較し
て脆化しにくく、ジルコニウムと違ってその健全性に問
題はない。
び下部端栓に、純ジルコニウムよりも水素を容易に透過
・吸収する金属または合金を用いている。そこで、前記
したように炉水が被覆管内に侵入してジルコニウムと反
応して水素を発生させた場合、水素は瞬時に被覆管内に
分散するが、上部端栓および下部端栓に純ジルコニウム
よりも水素を容易に透過・吸収する金属または合金、例
えばパラジウムを用いていると、被覆管内の水素は選択
的にパラジウム中に取り込まれる。パラジウム中に取り
込まれた水素はパラジウム中を容易に拡散し、その一部
はパラジウム中を透過して被覆管外に（すなわち炉水中
に）放出される。また、一部はパラジウム中に残存する
が、水素を吸収したパラジウムはジルコニウムに比較し
て脆化しにくく、ジルコニウムと違ってその健全性に問
題はない。
【００１１】したがって、上部端栓および下部端栓にパ
ラジウムを用いた結果、万一被覆管が一部劣化して炉水
が侵入した場合でも、被覆管内面の純ジルコニウムが水
素化して脆化することを防止することができる。なお、
純ジルコニウムよりも水素を容易に透過・吸収する金属
または合金としては、パラジウム以外にランタン，セリ
ウム等のランタノイド系列の元素、またはこれらの２種
以上を組み合わせたものが使用できる。
ラジウムを用いた結果、万一被覆管が一部劣化して炉水
が侵入した場合でも、被覆管内面の純ジルコニウムが水
素化して脆化することを防止することができる。なお、
純ジルコニウムよりも水素を容易に透過・吸収する金属
または合金としては、パラジウム以外にランタン，セリ
ウム等のランタノイド系列の元素、またはこれらの２種
以上を組み合わせたものが使用できる。
【００１２】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図１を参照して説
明する。図１は本発明の一実施例である核燃料要素の縦
断面図である。核燃料要素１は、被覆管２内に複数個の
燃料ペレット３を積層して充填し、上部および下部をパ
ラジウム製の上部端栓４および下部端栓５で溶接密封さ
れて構成されている。被覆管２内にはヘリウムガスが封
入されており、上部プレナム部６にはプレナムスプリン
グ７が設けられている。被覆管２は内側に純ジルコニウ
ムの内張層２２を設けたジルカロイ−２製の管２１から
できている。
明する。図１は本発明の一実施例である核燃料要素の縦
断面図である。核燃料要素１は、被覆管２内に複数個の
燃料ペレット３を積層して充填し、上部および下部をパ
ラジウム製の上部端栓４および下部端栓５で溶接密封さ
れて構成されている。被覆管２内にはヘリウムガスが封
入されており、上部プレナム部６にはプレナムスプリン
グ７が設けられている。被覆管２は内側に純ジルコニウ
ムの内張層２２を設けたジルカロイ−２製の管２１から
できている。
【００１３】この核燃料要素を原子炉炉心に装荷した場
合の挙動について以下に述べる。原子炉の運転時間の長
期化にともなって被覆管内にはウラニウムが核分裂する
ことによって発生するＦＰが増加する。ＦＰの中には被
覆管内張層の純ジルコニウム２２を劣化させるヨウ素、
カドミウム等の腐食性の物質も含まれている。万一腐食
性のＦＰにより被覆管が劣化し、被覆管に破損が生じた
場合、被覆管内には炉水が侵入し、その結果水蒸気がま
ず被覆管と接触して下記の反応により被覆管内に水素が
発生することとなる。 Ｚｒ＋２Ｈ２ Ｏ→ＺｒＯ２ ＋２Ｈ２ 発生した水素
は被覆管内に拡散し、被覆管の上下に接合されているパ
ラジウム製の上部端栓４および下部端栓５に選択的に吸
収され、水素の一部はさらにパラジウムを透過して炉水
中に放出される。
合の挙動について以下に述べる。原子炉の運転時間の長
期化にともなって被覆管内にはウラニウムが核分裂する
ことによって発生するＦＰが増加する。ＦＰの中には被
覆管内張層の純ジルコニウム２２を劣化させるヨウ素、
カドミウム等の腐食性の物質も含まれている。万一腐食
性のＦＰにより被覆管が劣化し、被覆管に破損が生じた
場合、被覆管内には炉水が侵入し、その結果水蒸気がま
ず被覆管と接触して下記の反応により被覆管内に水素が
発生することとなる。 Ｚｒ＋２Ｈ２ Ｏ→ＺｒＯ２ ＋２Ｈ２ 発生した水素
は被覆管内に拡散し、被覆管の上下に接合されているパ
ラジウム製の上部端栓４および下部端栓５に選択的に吸
収され、水素の一部はさらにパラジウムを透過して炉水
中に放出される。
【００１４】以上説明したように、この核燃料要素によ
れば、被覆管の破損時において、被覆管内張層の純ジル
コニウムの水素化による二次的な破損の拡大を防止する
ことができる。
れば、被覆管の破損時において、被覆管内張層の純ジル
コニウムの水素化による二次的な破損の拡大を防止する
ことができる。
【００１５】なお、以上の実施例では上部端栓および下
部端栓の材質をパラジウムとしたが、それ以外にも、純
ジルコニウムよりも水素を容易に透過・吸収させるもの
であれば使用することができ、例えばランタン、セリウ
ム等のランタノイド系列の元素の１種または２種以上か
らなる金属または合金が用いられる。
部端栓の材質をパラジウムとしたが、それ以外にも、純
ジルコニウムよりも水素を容易に透過・吸収させるもの
であれば使用することができ、例えばランタン、セリウ
ム等のランタノイド系列の元素の１種または２種以上か
らなる金属または合金が用いられる。
【００１６】
【発明の効果】本発明によれば、純ジルコニウム内張層
を有する被覆管より構成される核燃料要素において、万
一被覆管が一部劣化して被覆管内に炉水が侵入した場合
でも、被覆管内面の純ジルコニウムの水素化による脆化
を防止することができるので、二次的な破損の拡大を防
止することができる。
を有する被覆管より構成される核燃料要素において、万
一被覆管が一部劣化して被覆管内に炉水が侵入した場合
でも、被覆管内面の純ジルコニウムの水素化による脆化
を防止することができるので、二次的な破損の拡大を防
止することができる。
【図１】本発明の一実施例である核燃料要素の縦断面図
。
。
【図２】従来の核燃料要素の縦断面図。
１…核燃料要素、２…被覆管、２１…被覆管外側のジル
コニウム合金層、２２…被覆管内側の純ジルコニウム層
、３…燃料ペレット、４…パラジウム製上部端栓、５…
パラジウム製下部端栓、６…プレナム部、７…プレナム
スプリング。
コニウム合金層、２２…被覆管内側の純ジルコニウム層
、３…燃料ペレット、４…パラジウム製上部端栓、５…
パラジウム製下部端栓、６…プレナム部、７…プレナム
スプリング。
Claims (1)
- 【請求項１】 内周側が純ジルコニウムからなり外周
側がジルコニウム基合金からなる二重構造で構成されて
いる被覆管の内部に燃料ペレットが装填され、上部およ
び下部がそれぞれ上部端栓および下部端栓により密封し
てなる核燃料要素において、上部端栓および下部端栓が
純ジルコニウムよりも水素を容易に透過・吸収させる金
属または合金で形成されていることを特徴とする核燃料
要素。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3003830A JPH04236391A (ja) | 1991-01-17 | 1991-01-17 | 核燃料要素 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3003830A JPH04236391A (ja) | 1991-01-17 | 1991-01-17 | 核燃料要素 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04236391A true JPH04236391A (ja) | 1992-08-25 |
Family
ID=11568121
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3003830A Pending JPH04236391A (ja) | 1991-01-17 | 1991-01-17 | 核燃料要素 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04236391A (ja) |
-
1991
- 1991-01-17 JP JP3003830A patent/JPH04236391A/ja active Pending
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