JPH07248390A - 核燃料集合体 - Google Patents
核燃料集合体Info
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- JPH07248390A JPH07248390A JP6040895A JP4089594A JPH07248390A JP H07248390 A JPH07248390 A JP H07248390A JP 6040895 A JP6040895 A JP 6040895A JP 4089594 A JP4089594 A JP 4089594A JP H07248390 A JPH07248390 A JP H07248390A
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- Japan
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- nuclear fuel
- oxide film
- contact
- end plug
- fuel assembly
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- 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
-
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- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
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Abstract
(57)【要約】
【目的】核燃料集合体における異種金属接触部の局部的
な腐食を低減して、健全性の高い核燃料集合体を提供す
ること。 【構成】核燃料集合体において、ある構成部材と他の構
成部材との接触が異種金属の接触となっている部分、例
えば、上部端栓と膨脹スプリング、上下部端栓と上下部
タイプレート、スペーサの板ばねと被覆管、などの接触
部分の片側または両側の金属に酸化膜を形成する。
な腐食を低減して、健全性の高い核燃料集合体を提供す
ること。 【構成】核燃料集合体において、ある構成部材と他の構
成部材との接触が異種金属の接触となっている部分、例
えば、上部端栓と膨脹スプリング、上下部端栓と上下部
タイプレート、スペーサの板ばねと被覆管、などの接触
部分の片側または両側の金属に酸化膜を形成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、軽水炉用核燃料集合体
に係わり、特に局所的腐食の防止構造を有する核燃料集
合体に関する。
に係わり、特に局所的腐食の防止構造を有する核燃料集
合体に関する。
【０００２】
【従来の技術】図５に従来の沸騰水型原子炉で使用され
る８×８型核燃料集合体の縦断面図を示す。図に示すよ
うに、核燃料棒１の被覆管４の両端部には、上部端栓２
と下部端栓３が溶接されている。被覆管４と上部端栓２
および下部端栓３は、冷却材による腐食が少ないジルカ
ロイ−２（ジルコニウム合金）から形成されている。核
燃料棒１のうち８本のタイロッド７の下部端栓３はステ
ンレス製下部タイプレート６にねじ込まれ、上部端栓２
は上部タイプレート５を貫通してナットで固定されてい
る。その他の標準ロッド８は上部端栓２が上部タイプレ
ート５の孔に、下部端栓３が下部タイプレート６の孔に
それぞれ差し込まれて保持されている。上部端栓２の周
囲には核燃料棒１の伸縮による軸方向の熱膨張差を吸収
できるインコネル製膨張スプリング９が装填されてい
る。
る８×８型核燃料集合体の縦断面図を示す。図に示すよ
うに、核燃料棒１の被覆管４の両端部には、上部端栓２
と下部端栓３が溶接されている。被覆管４と上部端栓２
および下部端栓３は、冷却材による腐食が少ないジルカ
ロイ−２（ジルコニウム合金）から形成されている。核
燃料棒１のうち８本のタイロッド７の下部端栓３はステ
ンレス製下部タイプレート６にねじ込まれ、上部端栓２
は上部タイプレート５を貫通してナットで固定されてい
る。その他の標準ロッド８は上部端栓２が上部タイプレ
ート５の孔に、下部端栓３が下部タイプレート６の孔に
それぞれ差し込まれて保持されている。上部端栓２の周
囲には核燃料棒１の伸縮による軸方向の熱膨張差を吸収
できるインコネル製膨張スプリング９が装填されてい
る。
【０００３】核燃料集合体の核燃料棒はジルコニウム合
金製スペーサ１０により束ねられている。核燃料集合体
のスペーサ１０の部分の横断面を図６に示す。この図に
示すように、核燃料棒１はスペーサ１０の格子１４間を
通っており、板ばね１１によって核燃料棒１相互の間隔
が一定に維持されている。
金製スペーサ１０により束ねられている。核燃料集合体
のスペーサ１０の部分の横断面を図６に示す。この図に
示すように、核燃料棒１はスペーサ１０の格子１４間を
通っており、板ばね１１によって核燃料棒１相互の間隔
が一定に維持されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
核燃料集合体では、上下端栓はジルコニウム合金である
ジルカロイ−２で形成され、上下タイプレートはステン
レス製であり、スペーサの板ばねはインコネル製であ
り、被覆管はジルカロイ−２製である。したがってこれ
らの接触部、例えば上部端栓と上部タイプレートとの接
触部、下部端栓と下部タイプレートとの接触部、上部端
栓と膨張スプリングとの接触部、被覆管と板ばねとの接
触部はいずれも異種金属どうしが接触している状態とな
っている。そのため、これらの接触部分は原子炉内で電
気化学的効果により局所的に著しい腐食を受ける。
核燃料集合体では、上下端栓はジルコニウム合金である
ジルカロイ−２で形成され、上下タイプレートはステン
レス製であり、スペーサの板ばねはインコネル製であ
り、被覆管はジルカロイ−２製である。したがってこれ
らの接触部、例えば上部端栓と上部タイプレートとの接
触部、下部端栓と下部タイプレートとの接触部、上部端
栓と膨張スプリングとの接触部、被覆管と板ばねとの接
触部はいずれも異種金属どうしが接触している状態とな
っている。そのため、これらの接触部分は原子炉内で電
気化学的効果により局所的に著しい腐食を受ける。
【０００５】その結果、これらの接触部分では強度の低
下を生じ、高度燃焼度時に燃料の健全性が損なわれる恐
れがある。なお、現在インコネルには約０．３μｍの酸
化膜がついているが、被覆管表面は通常約０．５μｍ程
度の凹凸をもつため、厚さが０．３μｍ以下の被膜では
被覆管との接触により酸化膜が破壊され、金属表面が露
出して異種金属の接触が起こる可能性がある。
下を生じ、高度燃焼度時に燃料の健全性が損なわれる恐
れがある。なお、現在インコネルには約０．３μｍの酸
化膜がついているが、被覆管表面は通常約０．５μｍ程
度の凹凸をもつため、厚さが０．３μｍ以下の被膜では
被覆管との接触により酸化膜が破壊され、金属表面が露
出して異種金属の接触が起こる可能性がある。
【０００６】本発明はかかる問題点に対処してなされた
もので、本発明の目的は、核燃料集合体における異種金
属接触部の局部的な腐食を低減して、健全性の高い核燃
料集合体を提供することにある。
もので、本発明の目的は、核燃料集合体における異種金
属接触部の局部的な腐食を低減して、健全性の高い核燃
料集合体を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、核燃料集合体
を構成する各構成部材の接触部分が異種金属どうしの接
触である場合に、その接触部分の片側または両側の金属
に酸化膜を形成することによって上記目的を達成するも
のである。
を構成する各構成部材の接触部分が異種金属どうしの接
触である場合に、その接触部分の片側または両側の金属
に酸化膜を形成することによって上記目的を達成するも
のである。
【０００８】このような異種金属どうしの接触として
は、例えばジルコニウム合金からなる上部端栓とインコ
ネルからなる膨脹スプリングとの接触部、ジルコニウム
合金からなる上部または下部端栓とステンレス鋼製の上
部または下部タイプレートとの接触部、スペーサに組み
込まれたインコネル製の板ばねとジルコニウム合金製の
被覆管との接触部等がある。
は、例えばジルコニウム合金からなる上部端栓とインコ
ネルからなる膨脹スプリングとの接触部、ジルコニウム
合金からなる上部または下部端栓とステンレス鋼製の上
部または下部タイプレートとの接触部、スペーサに組み
込まれたインコネル製の板ばねとジルコニウム合金製の
被覆管との接触部等がある。
【０００９】また、酸化膜を形成する方法としては、例
えばジルコニウム合金からなる上下部端栓の場合には数
気圧（１〜３気圧）の水蒸気中約４００℃で酸化する。
また、板ばね、タイプレート、膨脹スプリングの場合に
は、大気圧の酸素含有気体中、約７００℃で酸化する。
酸化膜の厚さは０．３μｍ〜１μｍが好ましい。１μｍ
を超えると強度的に不安定になり、０．３μｍ以下では
酸化膜が破壊されやすい。
えばジルコニウム合金からなる上下部端栓の場合には数
気圧（１〜３気圧）の水蒸気中約４００℃で酸化する。
また、板ばね、タイプレート、膨脹スプリングの場合に
は、大気圧の酸素含有気体中、約７００℃で酸化する。
酸化膜の厚さは０．３μｍ〜１μｍが好ましい。１μｍ
を超えると強度的に不安定になり、０．３μｍ以下では
酸化膜が破壊されやすい。
【００１０】
【作用】炉内の水中でジルカロイとステンレス鋼が接触
している場合を例にとり、図４を参照して説明する。
している場合を例にとり、図４を参照して説明する。
【００１１】ジルカロイにおいて、 Ｚｒ→Ｚｒ4+＋４ｅ- （式１） により生成された電子は、ジルカロイよりステンレス鋼
の方が仕事関数が大きく、すなわち境界面に電位差が生
じるため、接触面をジルカロイからステンレス鋼へ移動
する（経路１）。一方、水の放射線分解により生じた酸
素イオンＯ2-は酸化ジルコニウム層を拡散してジルカロ
イ表面に至り、 Ｚｒ4+＋２Ｏ2-→ＺｒＯ2 （式２） の反応により酸化ジルコニウムを生成する。
の方が仕事関数が大きく、すなわち境界面に電位差が生
じるため、接触面をジルカロイからステンレス鋼へ移動
する（経路１）。一方、水の放射線分解により生じた酸
素イオンＯ2-は酸化ジルコニウム層を拡散してジルカロ
イ表面に至り、 Ｚｒ4+＋２Ｏ2-→ＺｒＯ2 （式２） の反応により酸化ジルコニウムを生成する。
【００１２】ステンレス鋼との接触がない場合には、式
１で生成された電子は、酸化ジルコニウム層内を通過し
て水素イオンＨ+ と反応する（経路２）。酸化ジルコニ
ウム層内では酸素イオンＯ2-の拡散より電子の移動が遅
いため、経路２の電子の移動が律速となる。
１で生成された電子は、酸化ジルコニウム層内を通過し
て水素イオンＨ+ と反応する（経路２）。酸化ジルコニ
ウム層内では酸素イオンＯ2-の拡散より電子の移動が遅
いため、経路２の電子の移動が律速となる。
【００１３】ところが、ステンレス鋼と接触している場
合には、電子は経路１を通過するため、Ｏ2-の拡散が律
速となり、腐食反応が加速される。
合には、電子は経路１を通過するため、Ｏ2-の拡散が律
速となり、腐食反応が加速される。
【００１４】本発明のように、ジルカロイとステンレス
鋼の接触面に酸化膜を形成すると、酸化膜が絶縁体とな
って電子の移動が阻止され、前記腐食作用を著しく低減
することができる。
鋼の接触面に酸化膜を形成すると、酸化膜が絶縁体とな
って電子の移動が阻止され、前記腐食作用を著しく低減
することができる。
【００１５】
【実施例】本発明の実施例を図１〜図３を参照して説明
する。図１は本発明における核燃料棒の上端部および下
端部の側面図である。この図において従来の核燃料棒と
同じ部分は同符号を使用している。被覆管４の上端部お
よび下端部にはそれぞれ上部端栓２および下部端栓３が
溶接されており、酸化膜が形成されている。この酸化膜
の形成は次のように行われる。
する。図１は本発明における核燃料棒の上端部および下
端部の側面図である。この図において従来の核燃料棒と
同じ部分は同符号を使用している。被覆管４の上端部お
よび下端部にはそれぞれ上部端栓２および下部端栓３が
溶接されており、酸化膜が形成されている。この酸化膜
の形成は次のように行われる。
【００１６】図２はこの酸化膜の形成方法を説明する図
である。図２において、１５はオートクレーブ装置を示
し、装置内に水蒸気１６が封入されている。１２はシー
ルドである。この図に示すように、被覆管４の上端部分
２または下端部分３を水蒸気が封入されたオートクレー
ブ中に挿入し、約４００℃、１〜３気圧の水蒸気に晒し
て酸化膜を形成する。酸化膜の厚さは１μｍ以下とす
る。１μｍを超えるとブレークアウエイを生じ、強度的
に不安定になる。
である。図２において、１５はオートクレーブ装置を示
し、装置内に水蒸気１６が封入されている。１２はシー
ルドである。この図に示すように、被覆管４の上端部分
２または下端部分３を水蒸気が封入されたオートクレー
ブ中に挿入し、約４００℃、１〜３気圧の水蒸気に晒し
て酸化膜を形成する。酸化膜の厚さは１μｍ以下とす
る。１μｍを超えるとブレークアウエイを生じ、強度的
に不安定になる。
【００１７】この酸化膜を形成した核燃料棒は核燃料集
合体に組み込まれる。このとき上部端栓２は異種金属で
ある上部タイプレート５と膨脹スプリング９に接触し、
下部端栓３は異種金属である下部タイプレート６に接触
するが、酸化膜が形成されているので、電気的に絶縁さ
れ、異種金属の接触による局部的な腐食を防止すること
ができる。
合体に組み込まれる。このとき上部端栓２は異種金属で
ある上部タイプレート５と膨脹スプリング９に接触し、
下部端栓３は異種金属である下部タイプレート６に接触
するが、酸化膜が形成されているので、電気的に絶縁さ
れ、異種金属の接触による局部的な腐食を防止すること
ができる。
【００１８】また、上部端栓の局部腐食は、ステンレス
製の上下部タイプレートおよびインコネル製の膨脹スプ
リングにそれぞれ酸化膜を形成することによっても防止
できる。これらの構成材の酸化膜の形成は、約７００
℃、大気圧下の酸素を含む気体中で酸化して形成する。
この場合、酸化膜の厚さは０．３μｍ〜１μｍとする。
１μｍを超えると強度的に不安定となり、０．３μｍ未
満では酸化膜が不均一となる。
製の上下部タイプレートおよびインコネル製の膨脹スプ
リングにそれぞれ酸化膜を形成することによっても防止
できる。これらの構成材の酸化膜の形成は、約７００
℃、大気圧下の酸素を含む気体中で酸化して形成する。
この場合、酸化膜の厚さは０．３μｍ〜１μｍとする。
１μｍを超えると強度的に不安定となり、０．３μｍ未
満では酸化膜が不均一となる。
【００１９】次に、スペーサに酸化膜を形成した例を示
す。図３はスペーサの平面図である。格子１４に固定さ
れた板ばね１１の外表面には酸化膜が形成されている。
この場合も、酸化膜の厚さは０．３μｍ〜１μｍとす
る。１μｍを超えると強度的に不安定となり、０．３μ
ｍ未満では酸化膜が不均一となる。このスペーサ１０は
図５に示されるように核燃料集合体に組み込まれると、
板ばね１１は異種金属である被覆管４に接触するが、板
ばね１１に形成された酸化膜によって電気的に絶縁さ
れ、異種金属による局部的な腐食を防止することができ
る。
す。図３はスペーサの平面図である。格子１４に固定さ
れた板ばね１１の外表面には酸化膜が形成されている。
この場合も、酸化膜の厚さは０．３μｍ〜１μｍとす
る。１μｍを超えると強度的に不安定となり、０．３μ
ｍ未満では酸化膜が不均一となる。このスペーサ１０は
図５に示されるように核燃料集合体に組み込まれると、
板ばね１１は異種金属である被覆管４に接触するが、板
ばね１１に形成された酸化膜によって電気的に絶縁さ
れ、異種金属による局部的な腐食を防止することができ
る。
【００２０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の核燃料集
合体は異種金属接触による局部的な腐食を著しく低減す
ることができるので、上記接触部の強度の低下を防止で
き、高燃焼度時においてもその健全性を維持することが
できる。
合体は異種金属接触による局部的な腐食を著しく低減す
ることができるので、上記接触部の強度の低下を防止で
き、高燃焼度時においてもその健全性を維持することが
できる。
【図１】本発明の実施例である核燃料棒の上端部および
下端部の側面図。
下端部の側面図。
【図２】図１に示す核燃料棒の上端部および下端部への
酸化膜の形成方法を示す図。
酸化膜の形成方法を示す図。
【図３】本発明の実施例であるスペーサの平面図。
【図４】異種金属の接触部の腐食機構を説明する図。
【図５】従来の核燃料集合体の縦断面図。
【図６】従来の核燃料集合体のスペーサ部の横断面図。
１…核燃料棒、２…上部端栓、３…下部端栓、４…被覆
管、５…上部タイプレート、６…下部タイプレート、７
…タイロッド、８…標準ロッド、９…膨脹スプリング、
１０…スペーサ、１１…板ばね、１２…シールド、１４
…格子、１５…オートクレーブ装置、１６…水蒸気。
管、５…上部タイプレート、６…下部タイプレート、７
…タイロッド、８…標準ロッド、９…膨脹スプリング、
１０…スペーサ、１１…板ばね、１２…シールド、１４
…格子、１５…オートクレーブ装置、１６…水蒸気。
Claims (5)
- 【請求項１】 各種金属材料の構成部材から構成された
核燃料集合体において、異種金属が接触する部分の構成
部材の片方または両方に酸化膜を形成してなることを特
徴とする核燃料集合体。 - 【請求項２】 異種金属が接触する部分が、ジルコニウ
ム合金からなる上部端栓とインコネルからなる膨脹スプ
リングとの接触部である請求項１記載の核燃料集合体。 - 【請求項３】 異種金属が接触する部分が、ジルコニウ
ム合金からなる上部または下部端栓とステンレス鋼製の
上部または下部タイプレートとの接触部である請求項１
記載の核燃料集合体。 - 【請求項４】 異種金属が接触する部分が、スペーサに
組み込まれたインコネル製の板ばねとジルコニウム合金
製の被覆管との接触部である請求項１記載の核燃料集合
体。 - 【請求項５】 酸化膜は水蒸気中あるいは、酸素を含む
気体中で形成され、厚さが０．３μｍ〜１μｍである請
求項１記載の核燃料集合体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6040895A JPH07248390A (ja) | 1994-03-11 | 1994-03-11 | 核燃料集合体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6040895A JPH07248390A (ja) | 1994-03-11 | 1994-03-11 | 核燃料集合体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07248390A true JPH07248390A (ja) | 1995-09-26 |
Family
ID=12593253
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6040895A Pending JPH07248390A (ja) | 1994-03-11 | 1994-03-11 | 核燃料集合体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07248390A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1994022842A1 (en) * | 1993-03-29 | 1994-10-13 | Basf Aktiengesellschaft | 1-amino-3-phenoxy propane derivatives as modulators of multi-drug resistance |
| WO1998053114A1 (de) * | 1997-05-20 | 1998-11-26 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zum überdecken eines bauteiles mit einer korrosionshemmenden fremdoxidschicht und mit einer solchen fremdoxidschicht überdecktes bauteil |
| EP0986069A1 (en) * | 1998-09-11 | 2000-03-15 | Abb Ab | A device and a method for preventing shadow corrosion |
| JP2010025936A (ja) * | 2008-07-17 | 2010-02-04 | Global Nuclear Fuel Americas Llc | 燃料棒で使用されるジルコニウム合金の腐食を低減する物質層を含む原子炉コンポーネンツ |
| JP2016045095A (ja) * | 2014-08-25 | 2016-04-04 | 株式会社グローバル・ニュークリア・フュエル・ジャパン | 燃料集合体 |
-
1994
- 1994-03-11 JP JP6040895A patent/JPH07248390A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1994022842A1 (en) * | 1993-03-29 | 1994-10-13 | Basf Aktiengesellschaft | 1-amino-3-phenoxy propane derivatives as modulators of multi-drug resistance |
| WO1998053114A1 (de) * | 1997-05-20 | 1998-11-26 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zum überdecken eines bauteiles mit einer korrosionshemmenden fremdoxidschicht und mit einer solchen fremdoxidschicht überdecktes bauteil |
| EP0986069A1 (en) * | 1998-09-11 | 2000-03-15 | Abb Ab | A device and a method for preventing shadow corrosion |
| JP2010025936A (ja) * | 2008-07-17 | 2010-02-04 | Global Nuclear Fuel Americas Llc | 燃料棒で使用されるジルコニウム合金の腐食を低減する物質層を含む原子炉コンポーネンツ |
| JP2016045095A (ja) * | 2014-08-25 | 2016-04-04 | 株式会社グローバル・ニュークリア・フュエル・ジャパン | 燃料集合体 |
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