JPH06160565A - 原子炉用燃料棒 - Google Patents
原子炉用燃料棒Info
- Publication number
- JPH06160565A JPH06160565A JP4353811A JP35381192A JPH06160565A JP H06160565 A JPH06160565 A JP H06160565A JP 4353811 A JP4353811 A JP 4353811A JP 35381192 A JP35381192 A JP 35381192A JP H06160565 A JPH06160565 A JP H06160565A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel
- oxygen
- cladding tube
- zircaloy
- coating
- 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.)
- Withdrawn
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
- Preventing Corrosion Or Incrustation Of Metals (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 原子炉で燃料を高燃焼度化する時、燃焼度制
限の因子となる燃料被覆管の腐食による脆化、および原
子炉内における燃料以外の機器の応力腐食割れの発生を
防止する。 【構成】 ジルカロイ製燃料被覆管４の内面にＰｄコー
ティング３を施し、その管内に燃料を装入し、かつ燃料
上端部に水分ゲッター６を設けた。この構成によって燃
料被覆管２は冷却材７によって生じる酸化被膜８を通っ
て水素Ｈを吸収する。このＨが被覆管の内側に拡散し、
さらにＰｄコーティング３を通ってその表面に達し、燃
料１の余剰酸素としてギャップ５中に放出される酸素Ｏ
と反応して水蒸気Ｈ２Ｏとなって水分ゲッター６に吸収
される。従って水素化物による脆化は低減し、冷却水に
酸素を添加する必要がないため他の機器の応力腐食割れ
も発生しにくくなるのを特徴としている。
限の因子となる燃料被覆管の腐食による脆化、および原
子炉内における燃料以外の機器の応力腐食割れの発生を
防止する。 【構成】 ジルカロイ製燃料被覆管４の内面にＰｄコー
ティング３を施し、その管内に燃料を装入し、かつ燃料
上端部に水分ゲッター６を設けた。この構成によって燃
料被覆管２は冷却材７によって生じる酸化被膜８を通っ
て水素Ｈを吸収する。このＨが被覆管の内側に拡散し、
さらにＰｄコーティング３を通ってその表面に達し、燃
料１の余剰酸素としてギャップ５中に放出される酸素Ｏ
と反応して水蒸気Ｈ２Ｏとなって水分ゲッター６に吸収
される。従って水素化物による脆化は低減し、冷却水に
酸素を添加する必要がないため他の機器の応力腐食割れ
も発生しにくくなるのを特徴としている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、原子炉用燃料棒の燃料
を高燃焼度化する時に、燃焼度を制限する因子となる、
ジルカロイ製燃料被覆管の腐食および腐食の酸化反応に
より生成される水素が、前記被覆管に吸収され、被覆管
が脆化するのを防止するような原子炉用燃料棒に関する
ものである。
を高燃焼度化する時に、燃焼度を制限する因子となる、
ジルカロイ製燃料被覆管の腐食および腐食の酸化反応に
より生成される水素が、前記被覆管に吸収され、被覆管
が脆化するのを防止するような原子炉用燃料棒に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の原子炉用燃料棒では、燃料が高燃
焼度化する時、ジルカロイ製の燃料被覆管の腐食が進
み、また、腐食の酸化反応により生成される水素が前記
被覆管に吸収され、被覆管を脆化する。特にジルカロイ
の種類によっては、腐食で生成される酸化膜よりもそれ
に伴う水素吸収量が燃焼度制限の因子となる。水素吸収
量を減少させることは、腐食で生成する水素のうち、ジ
ルカロイに吸収される割合を小さくすることが考えられ
る。これは例えばジルカロイ中のＮｉを除くことで達成
でき、ジルカロイ−４が開発された。最近では、ジルカ
ロイ−４でも水素吸収量は高燃焼度化に対しては十分に
は低くはならず、別の新合金も研究されているのが現状
である。
焼度化する時、ジルカロイ製の燃料被覆管の腐食が進
み、また、腐食の酸化反応により生成される水素が前記
被覆管に吸収され、被覆管を脆化する。特にジルカロイ
の種類によっては、腐食で生成される酸化膜よりもそれ
に伴う水素吸収量が燃焼度制限の因子となる。水素吸収
量を減少させることは、腐食で生成する水素のうち、ジ
ルカロイに吸収される割合を小さくすることが考えられ
る。これは例えばジルカロイ中のＮｉを除くことで達成
でき、ジルカロイ−４が開発された。最近では、ジルカ
ロイ−４でも水素吸収量は高燃焼度化に対しては十分に
は低くはならず、別の新合金も研究されているのが現状
である。
【０００３】全く新しい考え方としては、吸収された水
素を、酸素と再結合させて除くということが考えられ
る。そのため一つの考え方としてＰｄ（パラジウム）を
燃料被覆管の外面にコーティングし、酸素を添加した冷
却材を流すことによりジルカロイ中に吸収される前に水
素をＨ２Ｏにすることが研究されている。しかし、この
方法は、冷却材（被覆管外側雰囲気）中に酸素を添加し
なければならないが、こうすると燃料以外の他の機器の
ＳＣＣ（応力反応割れ）が発生しやすくなる等の問題点
がある。
素を、酸素と再結合させて除くということが考えられ
る。そのため一つの考え方としてＰｄ（パラジウム）を
燃料被覆管の外面にコーティングし、酸素を添加した冷
却材を流すことによりジルカロイ中に吸収される前に水
素をＨ２Ｏにすることが研究されている。しかし、この
方法は、冷却材（被覆管外側雰囲気）中に酸素を添加し
なければならないが、こうすると燃料以外の他の機器の
ＳＣＣ（応力反応割れ）が発生しやすくなる等の問題点
がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】解決しようとする問題
点は、原子炉運転時の燃料の高燃焼度化を制限する因子
を取り除いて燃料被覆管の脆化を防止し、さらに炉内の
燃料以外の他の機器のＳＣＣが発生し易くならないよう
な燃料を提供することにある。
点は、原子炉運転時の燃料の高燃焼度化を制限する因子
を取り除いて燃料被覆管の脆化を防止し、さらに炉内の
燃料以外の他の機器のＳＣＣが発生し易くならないよう
な燃料を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の問題点
を解決するために、燃料棒の構造を図１および図２に示
すように、ジルカロイ製燃料被覆管４の内面にＰｄコー
ティング３を施して燃料被覆管２とし、さらに燃料１の
上端部に水分ゲッター６を設けて、燃料被覆管の脆化を
防止するとともに燃料棒以外の他の機器のＳＣＣも発生
し易くならないようにして本発明を実現した。
を解決するために、燃料棒の構造を図１および図２に示
すように、ジルカロイ製燃料被覆管４の内面にＰｄコー
ティング３を施して燃料被覆管２とし、さらに燃料１の
上端部に水分ゲッター６を設けて、燃料被覆管の脆化を
防止するとともに燃料棒以外の他の機器のＳＣＣも発生
し易くならないようにして本発明を実現した。
【０００６】
【作用】本発明の原子炉用燃料棒の作用を図３を用いて
説明する。原子炉運転時すなわち燃料照射中にジルカロ
イ製燃料被覆管４は、高温高圧の冷却材７によって外面
腐食を受け、酸化被膜８が生成される。このとき腐食反
応によって生じる水素Ｈはその一部がジルカロイ製燃料
被覆管４材中に吸収される。このＨはジルカロイ製燃料
被覆管４内の水素濃度勾配に従って内側に拡散し、さら
にＰｄコーティング３を通ってその表面に達する。とこ
ろで、Ｐｄには下記の化学反応 に対して触媒作用を持つことが知られている。ギャップ
５中には燃料のＵＯ２と平衡状態にあり、その圧力がＵ
Ｏ２の解離圧として温度や化学状態に依存する余剰酸素
が存在している。そこで燃料被覆管２内面に達したＨは
その酸素と積極的に反応して水蒸気Ｈ２Ｏを生成する。
この際に減少したギャップ５中の酸素は新たなＵＯ２の
解離によって補われるので酸素分圧はほとんど減少しな
い。また生成された水蒸気はギャップ５中で拡散して水
分ゲッター６に吸収される。この過程が連続的に進行す
るので、従来の燃料棒のように吸収された水素が燃料被
覆管２内に蓄積された場合と比較して、燃料被覆管２内
の水素濃度は低く抑えられ水素化物の形成による脆化は
低減する。また冷却材７中に酸素を添加する必要もない
ので、他の機器のＳＣＣも発生しにくくなる。上述の余
剰酸素について説明を補足する。ＵＯ２は燃焼するとＵ
が２つの核分裂生成元素に分裂するとともに、２つの酸
素（Ｏ）を遊離する。この核分裂生成元素は遊離された
酸素と再び結合するが、この時、化学量論的に酸素が余
ることが知られており、これが余剰酸素となる。
説明する。原子炉運転時すなわち燃料照射中にジルカロ
イ製燃料被覆管４は、高温高圧の冷却材７によって外面
腐食を受け、酸化被膜８が生成される。このとき腐食反
応によって生じる水素Ｈはその一部がジルカロイ製燃料
被覆管４材中に吸収される。このＨはジルカロイ製燃料
被覆管４内の水素濃度勾配に従って内側に拡散し、さら
にＰｄコーティング３を通ってその表面に達する。とこ
ろで、Ｐｄには下記の化学反応 に対して触媒作用を持つことが知られている。ギャップ
５中には燃料のＵＯ２と平衡状態にあり、その圧力がＵ
Ｏ２の解離圧として温度や化学状態に依存する余剰酸素
が存在している。そこで燃料被覆管２内面に達したＨは
その酸素と積極的に反応して水蒸気Ｈ２Ｏを生成する。
この際に減少したギャップ５中の酸素は新たなＵＯ２の
解離によって補われるので酸素分圧はほとんど減少しな
い。また生成された水蒸気はギャップ５中で拡散して水
分ゲッター６に吸収される。この過程が連続的に進行す
るので、従来の燃料棒のように吸収された水素が燃料被
覆管２内に蓄積された場合と比較して、燃料被覆管２内
の水素濃度は低く抑えられ水素化物の形成による脆化は
低減する。また冷却材７中に酸素を添加する必要もない
ので、他の機器のＳＣＣも発生しにくくなる。上述の余
剰酸素について説明を補足する。ＵＯ２は燃焼するとＵ
が２つの核分裂生成元素に分裂するとともに、２つの酸
素（Ｏ）を遊離する。この核分裂生成元素は遊離された
酸素と再び結合するが、この時、化学量論的に酸素が余
ることが知られており、これが余剰酸素となる。
【０００７】
【実施例】図１（本発明の燃料棒の上端部縦断面図）お
よび図２（第１図における要部ａの拡大図）に基づいて
説明する。燃料１，ジルカロイ製燃料被覆管４，ギャッ
プ５（燃料１，水分ゲッター６とＰｄコーティング３と
のギャップ）中の封入ガスなどのほとんどの仕様は従来
の燃料棒と同じでよいが、本発明で付加される部分は、
その高い効果を期待し、かつ、他の従来から存在する機
能乃至性能を損なわないために次のような点に留意して
実施した。即ち、Ｐｄコーティングは中性子経済および
コストの点から薄い方が望ましいが、高温での使用に際
してＺｒとＰｄの相互拡散が生じ、Ｐｄコーティング膜
厚が徐々に減少していくことから、製造時には０．５〜
２．０μｍの膜厚が必要になる。また、Ｐｄ同位体の一
つである１０８Ｐｄは（ｎ，β）反応によって、中性子
吸収断面積の大きな１０９Ａｇに変換するので，１０８
Ｐｄを同位体分離で除去したものをコーティング材に用
いることが望ましい。また、水分ゲッター６の配置方法
については限定しないが、温度や中性子束の低い、燃料
棒の軸方向の端部での使用が最も一般的と考えられる。
また水分ゲッター６の例としてＺｒ−Ｔｉ−Ｎｉ合金の
小片や粉末を挙げることができる。
よび図２（第１図における要部ａの拡大図）に基づいて
説明する。燃料１，ジルカロイ製燃料被覆管４，ギャッ
プ５（燃料１，水分ゲッター６とＰｄコーティング３と
のギャップ）中の封入ガスなどのほとんどの仕様は従来
の燃料棒と同じでよいが、本発明で付加される部分は、
その高い効果を期待し、かつ、他の従来から存在する機
能乃至性能を損なわないために次のような点に留意して
実施した。即ち、Ｐｄコーティングは中性子経済および
コストの点から薄い方が望ましいが、高温での使用に際
してＺｒとＰｄの相互拡散が生じ、Ｐｄコーティング膜
厚が徐々に減少していくことから、製造時には０．５〜
２．０μｍの膜厚が必要になる。また、Ｐｄ同位体の一
つである１０８Ｐｄは（ｎ，β）反応によって、中性子
吸収断面積の大きな１０９Ａｇに変換するので，１０８
Ｐｄを同位体分離で除去したものをコーティング材に用
いることが望ましい。また、水分ゲッター６の配置方法
については限定しないが、温度や中性子束の低い、燃料
棒の軸方向の端部での使用が最も一般的と考えられる。
また水分ゲッター６の例としてＺｒ−Ｔｉ−Ｎｉ合金の
小片や粉末を挙げることができる。
【０００８】
【発明の効果】本発明の原子炉用燃料棒は （１）ジルカロイ中の水素を水として除くことができ
る。 （２）生じた水が、水分ゲッターに吸収されるため、他
に害を及ぼさない。 （３）燃料棒の内部は、燃焼とともに一般に酸化雰囲気
であるため、特別に酸素を冷却水に添加する必要はない
ので、燃料以外の他の機器のＳＣＣの発生を促すことは
ない。 等の効果を有している。
る。 （２）生じた水が、水分ゲッターに吸収されるため、他
に害を及ぼさない。 （３）燃料棒の内部は、燃焼とともに一般に酸化雰囲気
であるため、特別に酸素を冷却水に添加する必要はない
ので、燃料以外の他の機器のＳＣＣの発生を促すことは
ない。 等の効果を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原子炉用燃料棒の上端部縦断面図であ
る。
る。
【図２】本発明に最も特徴的な説明図で、図１の要部ａ
の拡大図である。
の拡大図である。
【図３】冷却材より燃料被覆管に吸収された水素が取り
除かれる過程の説明図で、図２における要部ｂの拡大図
である。
除かれる過程の説明図で、図２における要部ｂの拡大図
である。
１ 燃料 ２ 燃料被覆管 ３ Ｐｄコーティング ４ ジルカロイ製被覆管 ５ 燃料１，水分ゲッター６とＰｄコーティング３との
ギャップ ６ 水分ゲッター ７ 冷却材 ８ 酸化被膜
ギャップ ６ 水分ゲッター ７ 冷却材 ８ 酸化被膜
Claims (1)
- 【請求項１】 原子炉用燃料棒において、ジルカロイ製
燃料被覆管の内面にＰｄコーティング、または、同位体
分離により１０８Ｐｄを除いたＰｄコーティングが施さ
れ、かつ、燃料被覆管内部に水分ゲッターが装入されて
なることを特徴とする原子炉用燃料棒。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4353811A JPH06160565A (ja) | 1992-11-25 | 1992-11-25 | 原子炉用燃料棒 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4353811A JPH06160565A (ja) | 1992-11-25 | 1992-11-25 | 原子炉用燃料棒 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06160565A true JPH06160565A (ja) | 1994-06-07 |
Family
ID=18433375
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4353811A Withdrawn JPH06160565A (ja) | 1992-11-25 | 1992-11-25 | 原子炉用燃料棒 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06160565A (ja) |
-
1992
- 1992-11-25 JP JP4353811A patent/JPH06160565A/ja not_active Withdrawn
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4029545A (en) | Nuclear fuel elements having a composite cladding | |
| US2864758A (en) | Neutronic reactor fuel element | |
| US3925151A (en) | Nuclear fuel element | |
| US4406012A (en) | Nuclear fuel elements having a composite cladding | |
| US5475723A (en) | Nuclear fuel cladding with hydrogen absorbing inner liner | |
| JP2008070138A (ja) | 核燃料集合体、それに用いる部品およびその製造方法 | |
| CA1209726A (en) | Zirconium alloy barrier having improved corrosion resistance | |
| US4071587A (en) | Method of making ZrH fuel element | |
| JP2013113682A (ja) | 燃料構造部材および燃料棒 | |
| JPH06160565A (ja) | 原子炉用燃料棒 | |
| Pickman | Internal cladding corrosion effects | |
| JPS6362716B2 (ja) | ||
| JP4708032B2 (ja) | 核燃料棒及び核燃料棒の製造方法 | |
| JPH04204196A (ja) | 核燃料要素 | |
| JPS61140890A (ja) | 核燃料棒 | |
| JPH07248391A (ja) | 核燃料被覆管およびその製造方法 | |
| Ross et al. | Getter for nuclear fuel elements | |
| Fowler | Contact Potential Measurements on Graphite | |
| JPS6314317B2 (ja) | ||
| JP2009145251A (ja) | 燃料棒およびその製造方法 | |
| Pitzer | DISSOLUTION OF SIMULATED CIRCULATING CORROSION PRODUCTS IN MILDLY ALKALINE SOLUTIONS. Interim Report | |
| Maffei | Zircaloy-2 Pilot Plant Etching and Rinsing Facility | |
| Armijo | Nuclear fuel element | |
| JPS61210987A (ja) | 核燃料要素の被覆管 | |
| Klepfer | Nuclear fuel element |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20000201 |