JPH08179067A - 核燃料被覆管 - Google Patents
核燃料被覆管Info
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- JPH08179067A JPH08179067A JP6319760A JP31976094A JPH08179067A JP H08179067 A JPH08179067 A JP H08179067A JP 6319760 A JP6319760 A JP 6319760A JP 31976094 A JP31976094 A JP 31976094A JP H08179067 A JPH08179067 A JP H08179067A
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- Japan
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- nuclear fuel
- recombination
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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
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Abstract
(57)【要約】
【構成】燃料ペレット５を水の放射線分解生成物の再結
合を促進する触媒成分を含有又は付着，吸着或いは析出
させたジルカロイ被覆管４に挿入し、上部にプレナムス
プリング３を配し両端を密栓２で溶接した核燃料被覆
管。 【効果】耐食性がよい燃料棒被覆管が得られ、且つ、燃
料棒被覆管近傍の腐食環境が緩和できるので燃料棒被覆
管表面の腐食を抑制でき高燃焼度化が可能となる。また
原子炉事故防止の予防技術によって原子炉の健全性及び
安全性を著しく向上するとともに使用済燃料の発生量低
減や経済性向上の効果がある。
合を促進する触媒成分を含有又は付着，吸着或いは析出
させたジルカロイ被覆管４に挿入し、上部にプレナムス
プリング３を配し両端を密栓２で溶接した核燃料被覆
管。 【効果】耐食性がよい燃料棒被覆管が得られ、且つ、燃
料棒被覆管近傍の腐食環境が緩和できるので燃料棒被覆
管表面の腐食を抑制でき高燃焼度化が可能となる。また
原子炉事故防止の予防技術によって原子炉の健全性及び
安全性を著しく向上するとともに使用済燃料の発生量低
減や経済性向上の効果がある。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、沸騰水型原子炉燃料棒
の被覆管の耐食性向上技術に係り、特に燃料棒被覆管の
長寿命化に好適な原子炉の核燃料被覆管に関する。
の被覆管の耐食性向上技術に係り、特に燃料棒被覆管の
長寿命化に好適な原子炉の核燃料被覆管に関する。
【０００２】
【従来の技術】沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）における燃料
棒被覆管には高温における力学的強度が十分であるこ
と、冷却水との反応が小さいこと、熱中性子の吸収が小
さいことなどの条件から従来からジルコニウム合金が使
われている。燃料棒被覆管材料のジルコニウム基合金は
ジルコニウムにＳｎ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｒ等の元素を添加
したジルカロイ−２，４が主に用いられている。近年、
大幅な高燃焼度化を目指した耐食性の優れたジルコニウ
ム基合金の被覆管の開発が進められている。今まで、ジ
ルカロイ被覆管の製造工程，熱処理条件の影響，添加す
る成分元素の割合や他成分元素の添加といった改良型ジ
ルコニウム基合金の耐食試験が炉内外で行われているが
必ずしも成果は上がっていない。
棒被覆管には高温における力学的強度が十分であるこ
と、冷却水との反応が小さいこと、熱中性子の吸収が小
さいことなどの条件から従来からジルコニウム合金が使
われている。燃料棒被覆管材料のジルコニウム基合金は
ジルコニウムにＳｎ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｒ等の元素を添加
したジルカロイ−２，４が主に用いられている。近年、
大幅な高燃焼度化を目指した耐食性の優れたジルコニウ
ム基合金の被覆管の開発が進められている。今まで、ジ
ルカロイ被覆管の製造工程，熱処理条件の影響，添加す
る成分元素の割合や他成分元素の添加といった改良型ジ
ルコニウム基合金の耐食試験が炉内外で行われているが
必ずしも成果は上がっていない。
【０００３】一方、燃料棒被覆管を含む原子炉構造材料
の粒界応力腐食割れ（ＩＧＳＣＣ）では、材料の成分組
成，応力，水質の３因子が重畳作用によって起こるとさ
れている。従来から原子炉構造材、SUS304鋼に対して
は、含有成分組成や残留応力緩和の熱処理等によりＩＧ
ＳＣＣが発生しないよう十分安全側で運転されている。
特に、第３の因子の一つである水質は、腐食環境緩和方
法として炉水中の溶存酸素濃度を低減する、特願昭57−
3086号，特願昭60−184603号公報に記載の水素注入が試
験的に試みられてきている。これによると水素注入は一
次系の復水器以降の給水系から注入し炉水中の酸素と結
合させて低減することをねらいとしている。溶存酸素濃
度の低減効果はＩＧＳＣＣの感受性を高めたSUS304鋼で
も２０ppb程度に低減すればＩＧＳＣＣは起きないこと
が知られているが、これは原子炉下部構造材のＩＧＳＣ
Ｃ抑制がねらいとしてであり、炉心部は考慮されていな
かった。原子炉材料の腐食損傷は高温高圧状態の冷却水
に曝されることにより生じるが、炉心（燃料棒）近くに
おいては、多量の放射線により水の放射線分解が生じ、
また沸騰二相流や高密度中性子照射を受けることで構造
材よりも著しく環境が厳しい状態にある。このため、原
子炉運転時の燃料棒被覆管表面の酸化被膜成長は、炉水
中の酸素や水の放射線分解生成物である過酸化水素等の
各種酸化性ラジカルが深く関係している。通常、酸化被
膜は材料の腐食を抑制する。しかし、原子炉炉心近傍は
高温高圧，沸騰，放射線等の特殊な環境下の為、被膜の
成長時に組成や厚さの不均一部分，剥離部分が生じるた
め十分な腐食抑制効果が期待できない。そのため、局部
的に腐食が加速される可能性が高い。また、原子炉燃料
集合体内の位置によって酸化種濃度，放射線強度，熱流
速等の環境に差異が生じるため、燃料棒被覆管自体の腐
食が懸念される。このようなことから、原子炉燃料の安
全性確保，燃料棒被覆管の長寿命化には、核燃料被覆管
の開発が必要である。
の粒界応力腐食割れ（ＩＧＳＣＣ）では、材料の成分組
成，応力，水質の３因子が重畳作用によって起こるとさ
れている。従来から原子炉構造材、SUS304鋼に対して
は、含有成分組成や残留応力緩和の熱処理等によりＩＧ
ＳＣＣが発生しないよう十分安全側で運転されている。
特に、第３の因子の一つである水質は、腐食環境緩和方
法として炉水中の溶存酸素濃度を低減する、特願昭57−
3086号，特願昭60−184603号公報に記載の水素注入が試
験的に試みられてきている。これによると水素注入は一
次系の復水器以降の給水系から注入し炉水中の酸素と結
合させて低減することをねらいとしている。溶存酸素濃
度の低減効果はＩＧＳＣＣの感受性を高めたSUS304鋼で
も２０ppb程度に低減すればＩＧＳＣＣは起きないこと
が知られているが、これは原子炉下部構造材のＩＧＳＣ
Ｃ抑制がねらいとしてであり、炉心部は考慮されていな
かった。原子炉材料の腐食損傷は高温高圧状態の冷却水
に曝されることにより生じるが、炉心（燃料棒）近くに
おいては、多量の放射線により水の放射線分解が生じ、
また沸騰二相流や高密度中性子照射を受けることで構造
材よりも著しく環境が厳しい状態にある。このため、原
子炉運転時の燃料棒被覆管表面の酸化被膜成長は、炉水
中の酸素や水の放射線分解生成物である過酸化水素等の
各種酸化性ラジカルが深く関係している。通常、酸化被
膜は材料の腐食を抑制する。しかし、原子炉炉心近傍は
高温高圧，沸騰，放射線等の特殊な環境下の為、被膜の
成長時に組成や厚さの不均一部分，剥離部分が生じるた
め十分な腐食抑制効果が期待できない。そのため、局部
的に腐食が加速される可能性が高い。また、原子炉燃料
集合体内の位置によって酸化種濃度，放射線強度，熱流
速等の環境に差異が生じるため、燃料棒被覆管自体の腐
食が懸念される。このようなことから、原子炉燃料の安
全性確保，燃料棒被覆管の長寿命化には、核燃料被覆管
の開発が必要である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、水素注入で
は、沸騰水型原子炉の炉心部の腐食環境緩和については
沸騰二相流により大幅な改善が期待できず、被覆管の酸
化被膜の成長が炉心の放射線等の特殊で且つ過酷な環境
下であるため、組成や厚さの不均一部分の生成，剥離部
分が発生する可能性があるため十分な腐食抑制効果が期
待できず、むしろ局部的に腐食が加速される可能性が高
くなるという問題があった。
は、沸騰水型原子炉の炉心部の腐食環境緩和については
沸騰二相流により大幅な改善が期待できず、被覆管の酸
化被膜の成長が炉心の放射線等の特殊で且つ過酷な環境
下であるため、組成や厚さの不均一部分の生成，剥離部
分が発生する可能性があるため十分な腐食抑制効果が期
待できず、むしろ局部的に腐食が加速される可能性が高
くなるという問題があった。
【０００５】本発明の目的は、沸騰水型原子炉燃料棒被
覆管の腐食を抑制する核燃料被覆管を提供することにあ
る。
覆管の腐食を抑制する核燃料被覆管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、沸騰水型原
子炉燃料棒被覆管の表面又は材料中或いは表面層に水の
放射線分解生成物の再結合を促進し酸化性成分を消滅せ
しめる元素を添加，含有或いは付着させる核燃料被覆管
を備えることにより達成される。
子炉燃料棒被覆管の表面又は材料中或いは表面層に水の
放射線分解生成物の再結合を促進し酸化性成分を消滅せ
しめる元素を添加，含有或いは付着させる核燃料被覆管
を備えることにより達成される。
【０００７】
【作用】ジルコニウム（Ｚｒ）基合金は、熱中性子吸収
断面積の小さいこと、高温水中での耐食性が良好なこと
等から、燃料被覆材として用いられている。耐食性を向
上させるため純ＺｒにＳｎ，Ｆｅ，Ｃｒ，Ｎｉ等を添加
したジルカロイの高温水及び水蒸気中における腐食速度
は、図７（Zirconium Data Manual,UKAEA.TRGReport,10
8R(1962))に示すように時間とともに増加していくが、
ある腐食量に達すると急激に腐食が進行してしまうブレ
イカアウエイ現象が生じる。この現象により被覆管表面
の皮膜はクラックやポアが発生して実用上の問題の一つ
である剥離を生じる。剥離は原子炉内の水質及び合金中
の不純物によって促進され、ジルコニウム合金では熱流
速とともに腐食量も著しく増加する。また、原子炉運転
時、燃料５の核分裂により燃料被覆管４の近くは、水の
放射線分解生成物である過酸化水素などの各種酸化性ラ
ジカルの酸化種が集中している。その酸化性ラジカルや
過酸化水素は、燃料棒被覆管４表面の腐食を加速させ急
激に酸化皮膜が成長する。また、常時、強い放射線が照
射されるため、特に、クラック，ポア内に滞留するため
さらに被膜は著しく成長し腐食が加速する可能性があ
る。このような現象は環境が厳しい放射線，沸騰二相
流，熱流速などの炉心上部ほど可能性は大きい。通常運
転時、腐食が進行して白色皮膜になる厚さは、第４サイ
クル後で２０〜５０μｍくらいで最大でも１００μｍ程
度である。これに対して以下記述するが再結合触媒Ｐｄ
含有層を５０μｍとした場合、その層が酸化し酸化皮膜
を形成すると１００〜１５０μｍの皮膜になる。これは
４サイクル後の皮膜厚さを十分にカバーするもので皮膜
に生じたクラックやポア内のラジカル，過酸化水素の再
結合を促進できる。
断面積の小さいこと、高温水中での耐食性が良好なこと
等から、燃料被覆材として用いられている。耐食性を向
上させるため純ＺｒにＳｎ，Ｆｅ，Ｃｒ，Ｎｉ等を添加
したジルカロイの高温水及び水蒸気中における腐食速度
は、図７（Zirconium Data Manual,UKAEA.TRGReport,10
8R(1962))に示すように時間とともに増加していくが、
ある腐食量に達すると急激に腐食が進行してしまうブレ
イカアウエイ現象が生じる。この現象により被覆管表面
の皮膜はクラックやポアが発生して実用上の問題の一つ
である剥離を生じる。剥離は原子炉内の水質及び合金中
の不純物によって促進され、ジルコニウム合金では熱流
速とともに腐食量も著しく増加する。また、原子炉運転
時、燃料５の核分裂により燃料被覆管４の近くは、水の
放射線分解生成物である過酸化水素などの各種酸化性ラ
ジカルの酸化種が集中している。その酸化性ラジカルや
過酸化水素は、燃料棒被覆管４表面の腐食を加速させ急
激に酸化皮膜が成長する。また、常時、強い放射線が照
射されるため、特に、クラック，ポア内に滞留するため
さらに被膜は著しく成長し腐食が加速する可能性があ
る。このような現象は環境が厳しい放射線，沸騰二相
流，熱流速などの炉心上部ほど可能性は大きい。通常運
転時、腐食が進行して白色皮膜になる厚さは、第４サイ
クル後で２０〜５０μｍくらいで最大でも１００μｍ程
度である。これに対して以下記述するが再結合触媒Ｐｄ
含有層を５０μｍとした場合、その層が酸化し酸化皮膜
を形成すると１００〜１５０μｍの皮膜になる。これは
４サイクル後の皮膜厚さを十分にカバーするもので皮膜
に生じたクラックやポア内のラジカル，過酸化水素の再
結合を促進できる。
【０００８】以下、本発明の作用を図を用いて説明す
る。図１は沸騰水型原子炉燃料棒被覆管の縦断面図、図
２は図１の横断面図である。本発明の核燃料被覆管によ
れば、ジルカロイ製造段階でジルコニウム・スポンジに
合金元素（Ｓｎ，Ｆｅ，Ｃｒ，Ｎｉ）を加える際に、中
性子反応断面積が小さく、水の放射線分解生成物の再結
合を促進し酸化性成分を消滅せしめる元素、例えば、Ｐ
ｄ，Ａｕなどを0.01％以上添加することで燃料被覆管４
表面のＨ2／Ｏ2，Ｈ2／Ｈ2Ｏ2 反応の再結合により接水
箇所の水の腐食環境緩和が可能となる。また、有効に再
結合を促進させるためには燃料棒被覆管４の材料中の濃
度分布として材料表面（周方向）近くが高濃度のほうが
効果的である。また、再結合の促進の観点から更に有効
とするためには表面層を燃料被覆管７の表面から５０μ
ｍ程度の範囲でＰｄ又はＡｕ或いはその化合物の触媒元
素層８を設けるほうがより効果的である。この触媒元素
層８は炉水と直接接するためその割合は０.０１％ 以上
で十分である。燃料被覆管７は、運転に伴い皮膜が成長
しクラック，ポアが生成した場合でも触媒元素層で再結
合が有効に生じ腐食環境が緩和されるため局部腐食発生
が抑制できる。これらは、表面改質技術，表面処理技
術、例えば、イオン注入，メッキ，蒸着，塗装などの技
術を施すことができれば容易に可能である。また、原子
炉運転起動時、また燃料被覆管表面に皮膜が形成される
前段階に一次冷却水中に再結合触媒Ｐｄ又はＡｕ或いは
その化合物をイオン，粒子状などの形態で添加し被覆管
外表面に付着，吸着，析出させることにより再結合触媒
層を選択的に形成させることが可能である。本発明によ
り燃料棒被覆管内外の再結合触媒元素は、放射線分解生
成物と良く反応するため燃料被覆管表面の近くのみの腐
食環境緩和が可能となる。また、腐食が進行した皮膜の
クラック，ポアの発生による局所的腐食においても直接
腐食部分で再結合反応が進み腐食緩和が可能となり腐食
量の増加を抑制することができる。
る。図１は沸騰水型原子炉燃料棒被覆管の縦断面図、図
２は図１の横断面図である。本発明の核燃料被覆管によ
れば、ジルカロイ製造段階でジルコニウム・スポンジに
合金元素（Ｓｎ，Ｆｅ，Ｃｒ，Ｎｉ）を加える際に、中
性子反応断面積が小さく、水の放射線分解生成物の再結
合を促進し酸化性成分を消滅せしめる元素、例えば、Ｐ
ｄ，Ａｕなどを0.01％以上添加することで燃料被覆管４
表面のＨ2／Ｏ2，Ｈ2／Ｈ2Ｏ2 反応の再結合により接水
箇所の水の腐食環境緩和が可能となる。また、有効に再
結合を促進させるためには燃料棒被覆管４の材料中の濃
度分布として材料表面（周方向）近くが高濃度のほうが
効果的である。また、再結合の促進の観点から更に有効
とするためには表面層を燃料被覆管７の表面から５０μ
ｍ程度の範囲でＰｄ又はＡｕ或いはその化合物の触媒元
素層８を設けるほうがより効果的である。この触媒元素
層８は炉水と直接接するためその割合は０.０１％ 以上
で十分である。燃料被覆管７は、運転に伴い皮膜が成長
しクラック，ポアが生成した場合でも触媒元素層で再結
合が有効に生じ腐食環境が緩和されるため局部腐食発生
が抑制できる。これらは、表面改質技術，表面処理技
術、例えば、イオン注入，メッキ，蒸着，塗装などの技
術を施すことができれば容易に可能である。また、原子
炉運転起動時、また燃料被覆管表面に皮膜が形成される
前段階に一次冷却水中に再結合触媒Ｐｄ又はＡｕ或いは
その化合物をイオン，粒子状などの形態で添加し被覆管
外表面に付着，吸着，析出させることにより再結合触媒
層を選択的に形成させることが可能である。本発明によ
り燃料棒被覆管内外の再結合触媒元素は、放射線分解生
成物と良く反応するため燃料被覆管表面の近くのみの腐
食環境緩和が可能となる。また、腐食が進行した皮膜の
クラック，ポアの発生による局所的腐食においても直接
腐食部分で再結合反応が進み腐食緩和が可能となり腐食
量の増加を抑制することができる。
【０００９】ここに再結合器の素材として提案されてい
るステンレス鋼にＰｄ，Ｐｔを添加した時の高温水中に
おける腐食電位（ＥＣＰ）の変化を図８（R.L.Cowan：S
ixthInternational Symposium on Environmental Degra
dtion of Materials inNuclear Power Systems−Water
Reactors August 5,1993.）に示す。このようにＰｄを
添加したＥＣＰはＨ2／Ｏ2が１.２ 以上で著しく低下し
ている。即ち、図８のＥＣＰの変化はＳＵＳの場合を示
しているが、ＥＣＰが下がるということは、その表面の
近くのＨ2Ｏ2等の分解が進んで濃度が低くなったため、
その近くの腐食環境が緩和されている場合に他ならな
い。従って、Ｐｄが再結合触媒としての性能を示す指標
の一例である。このような触媒元素としてＰｄ，Ａｕ、
その化合物が上げられるがコストと触媒作用を考慮する
と特にＰｄが最適である。
るステンレス鋼にＰｄ，Ｐｔを添加した時の高温水中に
おける腐食電位（ＥＣＰ）の変化を図８（R.L.Cowan：S
ixthInternational Symposium on Environmental Degra
dtion of Materials inNuclear Power Systems−Water
Reactors August 5,1993.）に示す。このようにＰｄを
添加したＥＣＰはＨ2／Ｏ2が１.２ 以上で著しく低下し
ている。即ち、図８のＥＣＰの変化はＳＵＳの場合を示
しているが、ＥＣＰが下がるということは、その表面の
近くのＨ2Ｏ2等の分解が進んで濃度が低くなったため、
その近くの腐食環境が緩和されている場合に他ならな
い。従って、Ｐｄが再結合触媒としての性能を示す指標
の一例である。このような触媒元素としてＰｄ，Ａｕ、
その化合物が上げられるがコストと触媒作用を考慮する
と特にＰｄが最適である。
【００１０】このように、炉心内部の燃料棒の近くの酸
化性成分、即ち、水の放射線分解生成物と再結合触媒が
より効果的に反応し、燃料被覆管表面近傍の腐食環境緩
和が可能となり燃料棒被覆管が長寿命化でき安全性，経
済性向上が期待できる。
化性成分、即ち、水の放射線分解生成物と再結合触媒が
より効果的に反応し、燃料被覆管表面近傍の腐食環境緩
和が可能となり燃料棒被覆管が長寿命化でき安全性，経
済性向上が期待できる。
【００１１】
【実施例】以下、本発明を実施例により説明する。図１
に本発明を実施した燃料棒被覆管の縦断面図の一実施例
を示す。燃料棒は大別して上部端栓１，密栓２，プレナ
ムスプリング３，触媒元素含有の燃料棒被覆管４，燃料
ペレット５，下部端栓６から構成されている。金属ジル
コニウム製造は通常クロール法で実施する。ジルカロイ
被覆管の製造工程を図４に示す。二酸化ジルコニウムを
カーボンブラック，結合材及び水と混合しブリケットし
たのち乾燥して炉に入れ６００〜８００℃に加熱しなが
ら塩素化して四塩化ジルコニウム（ＺｒＣｌ4)にする。
これをＭｇ還元してつくったジルコニウムスポンジに返
り材を加え合金元素Ｓｎ，Ｆｅ，Ｃｒ，Ｎｉを所定割合
になるように添加する。ＡＳＴＭ規格によるとジルカロ
イ−２被覆管はＳｎが１.２０〜１.７０％，Ｆｅが０.
０７〜０.２０％，Ｃｒが0.05〜０.１５％，Ｎｉが０.
０３〜０.０８％及びＦｅ＋Ｃｒ＋Ｎｉの合計が０.１８
〜０.３８％ の範囲である。この時、水の分解生成物の
再結合を促進する成分、例えば、中性子反応断面積が小
さいＰｄ，Ａｕ、その化合物などの貴金属類を被覆管材
料に対して０.０１％ 以上の割合で添加して圧縮成形し
円柱状ブリケットつくり、それを消耗型電極式アーク炉
によって真空中で溶製したインゴットから熱間鍛造，熱
処理，機械加工を施しビュレットを作成後熱間押出し機
械加工により継目無く製造する。このジルカロイ素管を
用いこれを冷間加工した後、適切な熱処理を行ってジル
カロイ燃料被覆管を製作する。この燃料被覆管として用
いる継ぎ目無しジルコニウム合金管はJIS H 4751に規定
されている。
に本発明を実施した燃料棒被覆管の縦断面図の一実施例
を示す。燃料棒は大別して上部端栓１，密栓２，プレナ
ムスプリング３，触媒元素含有の燃料棒被覆管４，燃料
ペレット５，下部端栓６から構成されている。金属ジル
コニウム製造は通常クロール法で実施する。ジルカロイ
被覆管の製造工程を図４に示す。二酸化ジルコニウムを
カーボンブラック，結合材及び水と混合しブリケットし
たのち乾燥して炉に入れ６００〜８００℃に加熱しなが
ら塩素化して四塩化ジルコニウム（ＺｒＣｌ4)にする。
これをＭｇ還元してつくったジルコニウムスポンジに返
り材を加え合金元素Ｓｎ，Ｆｅ，Ｃｒ，Ｎｉを所定割合
になるように添加する。ＡＳＴＭ規格によるとジルカロ
イ−２被覆管はＳｎが１.２０〜１.７０％，Ｆｅが０.
０７〜０.２０％，Ｃｒが0.05〜０.１５％，Ｎｉが０.
０３〜０.０８％及びＦｅ＋Ｃｒ＋Ｎｉの合計が０.１８
〜０.３８％ の範囲である。この時、水の分解生成物の
再結合を促進する成分、例えば、中性子反応断面積が小
さいＰｄ，Ａｕ、その化合物などの貴金属類を被覆管材
料に対して０.０１％ 以上の割合で添加して圧縮成形し
円柱状ブリケットつくり、それを消耗型電極式アーク炉
によって真空中で溶製したインゴットから熱間鍛造，熱
処理，機械加工を施しビュレットを作成後熱間押出し機
械加工により継目無く製造する。このジルカロイ素管を
用いこれを冷間加工した後、適切な熱処理を行ってジル
カロイ燃料被覆管を製作する。この燃料被覆管として用
いる継ぎ目無しジルコニウム合金管はJIS H 4751に規定
されている。
【００１２】このように本発明で製造した一実施例の被
覆管断面を図２，図３に示す。再結合を促進する元素
（触媒元素）の分布は燃料棒被覆管４の円周方向の含有
割合（濃度）が高いほどよい。この触媒元素の濃度分布
をもたせた燃料棒被覆管４の製造方法は、図５に示すよ
うな装置により実施する。ジルコニウム合金でジルカロ
イ燃料被覆管７を製造した後、加速器９により再結合触
媒元素をイオン化し電位を加え静電加速して、あらかじ
め、排気装置１１で真空排気された燃料棒被覆管表面処
理装置１０に設置した被覆管表面に注入する。一様に注
入するには表面処理運転制御システム１３から燃料棒被
覆管駆動装置１２，加速器９を同期させながら制御をお
こなう。深さは加速電圧，真空度，イオン種等により決
定できるため特定の深さ、円周方向に触媒元素の含有割
合が高い被覆管を製造する。
覆管断面を図２，図３に示す。再結合を促進する元素
（触媒元素）の分布は燃料棒被覆管４の円周方向の含有
割合（濃度）が高いほどよい。この触媒元素の濃度分布
をもたせた燃料棒被覆管４の製造方法は、図５に示すよ
うな装置により実施する。ジルコニウム合金でジルカロ
イ燃料被覆管７を製造した後、加速器９により再結合触
媒元素をイオン化し電位を加え静電加速して、あらかじ
め、排気装置１１で真空排気された燃料棒被覆管表面処
理装置１０に設置した被覆管表面に注入する。一様に注
入するには表面処理運転制御システム１３から燃料棒被
覆管駆動装置１２，加速器９を同期させながら制御をお
こなう。深さは加速電圧，真空度，イオン種等により決
定できるため特定の深さ、円周方向に触媒元素の含有割
合が高い被覆管を製造する。
【００１３】また、図３には燃料棒被覆管７表面に表面
処理で再結合触媒元素８を固着した本発明の一実施例を
示す。これは再結合の促進の観点から表面層は燃料被覆
管７の表面から５０μｍ程度の範囲でＰｄ又はＡｕ或い
はその化合物を少なくとも一つが０.０１％ 以上の触媒
元素層８であればよく、メッキ，真空蒸着，塗装などに
より製造する。図６はメッキ法により被覆管表面に再結
合触媒層を固着する装置の一実施例を示す。再結合触媒
元素、又は再結合触媒元素化合物を含んだ溶液タンク１
５からジルカロイ被覆管を設置する反応槽１４に電極を
取付け電解装置１６により電気化学的処理によりメッキ
を施す。反応層１４には溶液濃度を一定に保つために循
環装置１７で撹拌しながら実施する。図７は真空蒸着法
により被覆管表面に再結合触媒層を固着する装置の一実
施例を示す。蒸着容器１８に被覆管を装着し排気装置２
０により真空排気する。再結合触媒元素、又は再結合触
媒元素化合物ターゲット１９を高圧電源２１により高電
圧を印加しスパッタリングさせてジルカロイ被覆管表面
に固着する。この時、一様に固着させるには燃料棒被覆
管駆動装置２２により移動又は回転しながら行う。
処理で再結合触媒元素８を固着した本発明の一実施例を
示す。これは再結合の促進の観点から表面層は燃料被覆
管７の表面から５０μｍ程度の範囲でＰｄ又はＡｕ或い
はその化合物を少なくとも一つが０.０１％ 以上の触媒
元素層８であればよく、メッキ，真空蒸着，塗装などに
より製造する。図６はメッキ法により被覆管表面に再結
合触媒層を固着する装置の一実施例を示す。再結合触媒
元素、又は再結合触媒元素化合物を含んだ溶液タンク１
５からジルカロイ被覆管を設置する反応槽１４に電極を
取付け電解装置１６により電気化学的処理によりメッキ
を施す。反応層１４には溶液濃度を一定に保つために循
環装置１７で撹拌しながら実施する。図７は真空蒸着法
により被覆管表面に再結合触媒層を固着する装置の一実
施例を示す。蒸着容器１８に被覆管を装着し排気装置２
０により真空排気する。再結合触媒元素、又は再結合触
媒元素化合物ターゲット１９を高圧電源２１により高電
圧を印加しスパッタリングさせてジルカロイ被覆管表面
に固着する。この時、一様に固着させるには燃料棒被覆
管駆動装置２２により移動又は回転しながら行う。
【００１４】更に、図８，図９には原子炉運転起動時、
また燃料被覆管表面に酸化皮膜が形成する以前の運転起
動から一千時間程度までに、一次冷却水中、例えば、再
循環ポンプ３１出口配管部や燃料集合体下部の注入スパ
シャ３４から再結合触媒Ｐｄ又はＡｕ或いはその化合物
をイオン，粒子などの形態で添加し被覆管外表面に付
着，吸着，析出させることにより再結合触媒層８を形成
させる一実施例を示す。図８では燃料を装荷したジルカ
ロイ被覆管２６集合体をチャンネルボックス３２に入れ
圧力容器２７内に設置した後、注入ポンプ２３，触媒槽
２４，触媒注入制御系２５により再結合触媒元素、又は
再結合触媒元素化合物を再循環ポンプ３１出口配管ライ
ンに数ppbから数ppmオーダの一次冷却水水中濃度となる
よう注入する。制御棒駆動機構により炉心即ち燃料棒は
核分裂反応により徐々に核沸騰するため一次冷却水水中
の再結合触媒元素が燃料被覆管表面に付着，吸着，析出
する。本注入は燃料被覆管表面に酸化皮膜が形成する以
前の運転起動に行うのが最適であり遅くとも皮膜が安定
とならない一千時間くらいまでに実施する。通常運転時
の圧力容器２７内に生成した蒸気はタービン２８に導か
れ復水器２９を経て給水ポンプ３０により戻る。また、
図９では効率良く付着，吸着，析出が行われるように燃
料棒下部に注入スパジャ３４を設置した一実施例を示
す。一次冷却水の流れは循環ポンプ３１により燃料の下
部から上部へと流れているため注入スパジャから注入し
た再結合触媒元素は燃料被覆管表面に効率よく導かれ
る。
また燃料被覆管表面に酸化皮膜が形成する以前の運転起
動から一千時間程度までに、一次冷却水中、例えば、再
循環ポンプ３１出口配管部や燃料集合体下部の注入スパ
シャ３４から再結合触媒Ｐｄ又はＡｕ或いはその化合物
をイオン，粒子などの形態で添加し被覆管外表面に付
着，吸着，析出させることにより再結合触媒層８を形成
させる一実施例を示す。図８では燃料を装荷したジルカ
ロイ被覆管２６集合体をチャンネルボックス３２に入れ
圧力容器２７内に設置した後、注入ポンプ２３，触媒槽
２４，触媒注入制御系２５により再結合触媒元素、又は
再結合触媒元素化合物を再循環ポンプ３１出口配管ライ
ンに数ppbから数ppmオーダの一次冷却水水中濃度となる
よう注入する。制御棒駆動機構により炉心即ち燃料棒は
核分裂反応により徐々に核沸騰するため一次冷却水水中
の再結合触媒元素が燃料被覆管表面に付着，吸着，析出
する。本注入は燃料被覆管表面に酸化皮膜が形成する以
前の運転起動に行うのが最適であり遅くとも皮膜が安定
とならない一千時間くらいまでに実施する。通常運転時
の圧力容器２７内に生成した蒸気はタービン２８に導か
れ復水器２９を経て給水ポンプ３０により戻る。また、
図９では効率良く付着，吸着，析出が行われるように燃
料棒下部に注入スパジャ３４を設置した一実施例を示
す。一次冷却水の流れは循環ポンプ３１により燃料の下
部から上部へと流れているため注入スパジャから注入し
た再結合触媒元素は燃料被覆管表面に効率よく導かれ
る。
【００１５】
【発明の効果】本発明によれば、耐食性がよい沸騰水型
原子炉燃料棒被覆管ができ、且つ、燃料棒被覆管近傍の
腐食環境が緩和でき長寿命な被覆管を得られるので高燃
焼度化が可能となる。また、沸騰水型原子炉事故防止の
予防技術によって原子炉の健全性及び安全性を著しく向
上するとともに使用済燃料の発生量低減や経済性向上に
効果がある。
原子炉燃料棒被覆管ができ、且つ、燃料棒被覆管近傍の
腐食環境が緩和でき長寿命な被覆管を得られるので高燃
焼度化が可能となる。また、沸騰水型原子炉事故防止の
予防技術によって原子炉の健全性及び安全性を著しく向
上するとともに使用済燃料の発生量低減や経済性向上に
効果がある。
【図１】本発明を用いた燃料棒の一実施例の縦断面。
【図２】本発明を用いた燃料棒の一実施例の横断面図。
【図３】本発明を用いた燃料棒の一実施例の横断面図。
【図４】本発明の燃料被覆管の製造工程を示すフローチ
ャート。
ャート。
【図５】本発明の燃料被覆管を製造する装置の構成を示
す一実施例のブロック図。
す一実施例のブロック図。
【図６】本発明の燃料被覆管を作成する装置の構成を示
す一実施例のブロック図。
す一実施例のブロック図。
【図７】本発明の燃料被覆管を作成する装置の構成を示
す一実施例の系統図。
す一実施例の系統図。
【図８】本発明の燃料被覆管を作成する装置の構成を示
す一実施例の系統図。
す一実施例の系統図。
【図９】本発明の燃料被覆管を作成する装置の構成を示
す一実施例の特性図。
す一実施例の特性図。
【図１０】ジルカロイの高温水及び蒸気中の耐食性を示
す特性図。
す特性図。
【図１１】再結合素材にＰｄ，Ｐｔを添加した時のＥＣ
ＰとＨ2／Ｏ2の関係を示す特性図。
ＰとＨ2／Ｏ2の関係を示す特性図。
１…上部端栓、２…密栓、３…プレナムスプリング、４
…触媒元素含有の燃料棒被覆管、５…燃料ペレット、６
…下部端栓。
…触媒元素含有の燃料棒被覆管、５…燃料ペレット、６
…下部端栓。
Claims (8)
- 【請求項１】ジルコニウム基合金からなる原子炉燃料棒
の被覆管において、前記被覆管の腐食を抑制する方法と
して前記被覆管の外表面又は母材に水の放射線分解生成
物の再結合を促進する成分を添加又は含有或いは付着さ
せることを特徴とする核燃料被覆管。 - 【請求項２】請求項１において、水の放射線分解生成物
の再結合反応を促進する成分として、Ｈ2／Ｏ2，Ｈ2／
Ｈ2Ｏ2 再結合触媒を用いる核燃料被覆管。 - 【請求項３】請求項２において、再結合触媒がＰｂ，Ａ
ｕ、その化合物が少なくとも一つである核燃料被覆管。 - 【請求項４】請求項３において、再結合触媒元素の添加
量は、被覆管材料に対して０.０１ｗｔ％以上とする核
燃料被覆管。 - 【請求項５】請求項４において、再結合触媒元素が被覆
管外表面の近くで被覆管母材よりも高濃度となるように
濃度分布をもつ、或いは、表面から５０μｍの範囲の表
面層である核燃料被覆管。 - 【請求項６】請求項２において、再結合触媒元素とし
て、中性子反応断面積が１０バーン以下である元素を用
いる核燃料被覆管。 - 【請求項７】請求項１において、原子炉一次冷却水中に
Ｐｂ，Ａｕの少なくとも一つをイオン又は粒子又はその
化合物で含有させ、燃料棒被覆管の外表面に付着又は吸
着或いは析出させる核燃料被覆管。 - 【請求項８】被覆管の外表面又は母材に水の放射線分解
生成物の再結合を促進する成分を添加又は含有或いは付
着させた核燃料被覆管、又は、原子炉一次冷却水中にＰ
ｄ，Ａｕの少なくとも一つをイオン又は粒子又は化合物
で含有させ核燃料被覆管の外表面に付着又は吸着させる
装置を用い、原子炉運転を適切に行う機能及び装置を有
することを特徴とする原子炉システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6319760A JPH08179067A (ja) | 1994-12-22 | 1994-12-22 | 核燃料被覆管 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6319760A JPH08179067A (ja) | 1994-12-22 | 1994-12-22 | 核燃料被覆管 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08179067A true JPH08179067A (ja) | 1996-07-12 |
Family
ID=18113878
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6319760A Pending JPH08179067A (ja) | 1994-12-22 | 1994-12-22 | 核燃料被覆管 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08179067A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105556613A (zh) * | 2013-11-26 | 2016-05-04 | 阿科姆工程合资(控股)公司 | 一种消氢系统及其使用方法 |
-
1994
- 1994-12-22 JP JP6319760A patent/JPH08179067A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105556613A (zh) * | 2013-11-26 | 2016-05-04 | 阿科姆工程合资(控股)公司 | 一种消氢系统及其使用方法 |
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