JPH08194081A

JPH08194081A - 燃料集合体及び燃料被覆管

Info

Publication number: JPH08194081A
Application number: JP7005482A
Authority: JP
Inventors: Noburo Tsutsumi; 信郎堤; Junjiro Nakajima; 潤二郎中島; Kenichi Ito; 賢一伊東; Masatoshi Inagaki; 正寿稲垣
Original assignee: Hitachi Engineering Co Ltd; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Engineering Co Ltd; Hitachi Ltd
Priority date: 1995-01-18
Filing date: 1995-01-18
Publication date: 1996-07-30

Abstract

(57)【要約】【目的】燃料集合体組立時に被覆管の内外両面に付く傷
を低減し、かつ水素の被覆管への吸収量を低減する。【構成】下部タイプレート及び上部タイプレートに下端
部及び上端部が保持される各燃料棒の燃料被覆管１２
は、ジルコニウム合金管１を外部に、ジルコニウムライ
ナである純ジルコニム層２を内部に設けている。ジルコ
ニウム合金管１及び純ジルコニム層２は、同じに押出し
成型されるので互いに結合されている。酸化膜３がジル
コニウム合金管１の外面に形成される。純ジルコニム層
２の内面に酸化膜４が形成される。酸化膜３の厚みは、
酸化膜４のそれよりも厚い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、燃料集合体及び燃料被
覆管に係り、特に、軽水炉に用いられる燃料集合体及び
燃料被覆管に関する。

【０００２】

【従来の技術】ジルカロイ−２，ジルカロイ−４などの
ジルコニウム合金は、（１）熱中性子吸収断面積が小さ
い、（２）原子炉内環境に対する耐食性が優れている、
及び（３）構造材料としての機械的性質を十分備えてい
る、などの理由により、原子炉の燃料集合体の構造材料
として使用されている。

【０００３】ジルコニウム合金製の被覆管は、表面に傷
が付くとその部分から局所的に腐食が進みやすくなる。
燃料集合体の組立時において、特に被覆管の表面に傷が
付き易い。この傷が表面に着くことを防止するため、被
覆管の内外面に酸化膜を形成させることが提案されてい
る。ジルコニウム合金の酸化膜は、金属ジルコニウムに
比べて硬い性質を持っているため、表面に酸化膜を付与
すると、燃料組立時に他の構造物及び燃料ペレットとの
接触によって発生する傷を小さく、かつ少なくすること
ができる。

【０００４】また、ジルコニウムは、水素を吸収した場
合に機械的性質が悪化する（水素脆化）。もし、何らか
の原因で被覆管が破損すると、この破損個所から冷却水
が燃料棒内部に侵入する。この時の燃料棒内部に侵入し
た冷却水が、高温の燃料ペレットに接触した場合に燃料
ペレットと冷却水が反応して水素ガスが発生する。この
水素ガスは、被覆管内表面から吸収され被覆管の内部に
侵入する。ジルコニウム合金製の被覆管は水素取り込み
量が増すにつれて脆化する。このため、被覆管の二次破
損の発生あるいは破損の拡大の確率が高くなる。被覆管
の水素吸収を低減するために、ジルコニウムライナ管に
酸化被膜を付与することが特開昭63−179286号公報に記
載されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ジルコニウム合金製の
被覆管の酸化膜中への水素の拡散係数は、金属ジルコニ
ウム合金中へのそれより約９桁小さい。従って、被覆管
の内表面に酸化膜を形成することによって、ジルコニウ
ム合金内部に入る水素量を極端に減らすことができる。

【０００６】被覆管内面からの水素吸収抑制を考慮すれ
ば、被覆管内に形成される酸化膜が厚い方がその抑制効
果が大きい。被覆管内面に厚い酸化膜を形成すると，被
覆管外面にも厚い酸化膜が形成される。外面に厚い酸化
膜を形成すると，金属層の肉厚が薄肉化するため、炉心
内で或る期間使用された場合と同じことになり、その
分、燃料集合体の寿命を短縮することになる。

【０００７】逆に、燃料集合体組立て時における被覆管
外面への傷防止の目的で酸化膜を付与することを考える
と、酸化膜の厚さは約１μｍ程度あれば十分であるの
で、外面の腐食による寿命の減少を考慮すると、約１μ
ｍ程度の酸化膜を付与するべきである。すると、内面に
も薄い酸化膜しか形成されない。内面に薄い酸化膜しか
形成されないと水素吸収に対して効果が少なくなる。

【０００８】本発明の目的は、燃料集合体組立時に被覆
管の内外両面に付く傷を低減でき、かつ水素の被覆管へ
の吸収量を低減できる燃料集合体及び燃料被覆管を提供
することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的は、燃料棒に用
いられた被覆管が、管状のジルコニウム基合金と，前記
管状ジルコニウム基合金の内面に形成されたジルコニウ
ムライナ層とを有し、前記ジルコニウムライナ層の内面
に形成された緻密な第１酸化膜が前記管状ジルコニウム
基合金の外面に形成された緻密な第２酸化膜よりも厚い
ことによって達成できる。

【００１０】

【作用】燃料被覆管は、原子炉運転中において高温高圧
の炉水にさらされているため、炉水と接する外面の腐食
が、燃料被覆管の寿命を決める重要な要素の一つとなっ
ている。最近の耐食性の向上した被覆管においては、平
均すると３０日で約１μｍの酸化膜が形成される。従っ
て、例えば、燃料被覆管の外面に３μｍの酸化膜を形成
させると約９０日分の寿命が縮められることになり、そ
の分肉厚を厚くする必要があるため、経済性上問題であ
る。以上、被覆管の外表面に付ける酸化膜は、経済性
上、できるだけ薄い酸化膜を付けることが好ましいこと
がわかる。また、金属表面のままのジルコニウム合金、
あるいは純ジルコニウムの表面は軟らかく、摩擦やひっ
かき等による傷が付きやすい。それに比べ、酸化膜を付
けた表面は硬く、耐摩耗性に優れ、傷が付きにくい。燃
料被覆管表面は、燃料集合体の組立時に、被覆管の内側
にペレットを挿入し、被覆管の外側はスペーサに挿入さ
れるため、傷つけられやすい。したがって、燃料集合体
組立時に発生する傷を防止するためには、ジルコニウム
合金被覆管の内外両面に酸化膜を付けることは有効であ
る。図９に、耐摩耗性試験の結果を示す。試験は、試料
の表面にSiC研磨材を落下させて、摩耗による重量減少
を測定するものであり、定量的に耐摩耗性を評価でき
る。図９から判るように、重量減少は酸化膜の厚さ約１
μｍでほとんど飽和するので、耐摩耗性は酸化膜の厚さ
約１μｍあれば十分であり、それ以上付けても効果は大
きく向上しない。

【００１１】また、前記したように、ジルコニウム合金
の酸化膜中の水素の拡散係数は、金属ジルコニウム合金
中の水素の拡散係数より約９桁程度小さい。したがっ
て、酸化膜を付けることによって水素の侵入を極度に抑
えることが可能となる。しかし、酸化膜であればどんな
ものでも効果があるというわけではなく、緻密で欠陥の
少ない酸化膜を付ける必要がある。なぜならば、表面に
酸化膜を持つジルコニウム合金が水素を吸収するとき、
水素原子または水素イオンは、拡散現象によって被覆管
内部に侵入する。拡散経路は、媒体中の空洞，結晶粒
界，結晶中の欠陥，結晶中の格子間位置などである。特
に、多孔質媒体中では、空洞を経由した拡散が支配的と
なり、この拡散は完全な結晶中において支配的な格子間
位置経由の拡散に比べて約８桁拡散係数が大きい。以上
のように、ジルコニウム表面に形成される酸化膜は、緻
密であるほど水素透過能が小さく、障壁効果が高い。で
は、酸化膜の厚さはどうであるかというと、緻密な酸化
膜であれば、厚みが厚い方が拡散距離が長くなるので水
素障壁効果が高いことはいうまでもない。図１０に水素
吸収試験の結果を示す。試験は、４００℃，７０気圧の
水素雰囲気下で５０時間水素を吸収させるものである。
酸化膜は，ジルコニウムに鉄を２００ppm 添加した合金
を、４００℃，２気圧の高温水蒸気中に１〜５０時間さ
らすことにより付与した。酸化膜は電子顕微鏡によりそ
の厚さを測定し、欠陥の少ない緻密なものであることを
確認した。図１０から判るように、水素吸収量は酸化膜
の厚さと相関性があり、厚い方が水素吸収量が少ない。
以上から、被覆管の内表面に水素吸収抑制の目的で付け
る酸化膜は、緻密で、かつ、できるだけ厚い酸化膜を付
けることが好ましいことがわかる。

【００１２】また、ジルコニウム合金に付く酸化膜の厚
さは、材料の耐食性と酸化処理条件によって決まること
が知られている。図１１に示すモデルにより酸化膜の成
長を説明する。酸化膜中には酸素空孔と酸素イオンと電
子が存在する。酸化膜が成長するとき、これら３つが移
動することにより酸化が進む。この３つの媒体のうち、
酸化膜の成長に対しどれが支配的であるかは、酸化処理
条件によって決まる。つまり、酸素空孔と酸素イオンの
移動が支配的な酸化処理条件もあれば、電子の移動が支
配的な酸化処理条件もある。前者の場合、酸化膜の欠陥
が少ない方が、つまり、添加物の少ない純ジルコニウム
の方が酸化膜の厚さは薄くなるし、後者の場合、酸化膜
中の電子の量が少ない方が酸化膜の厚さは薄くなる。電
子の量は、ジルコニウム合金にＦｅ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｎｂ
等の添加物を加えたり、焼入れによって添加物元素の析
出物を再固溶させたりすることによって少なくすること
ができる。以上のようなジルコニウム合金の性質を利用
して、ジルコニウム合金被覆管の管の外面の酸化膜厚さ
よりも管の内面の酸化膜厚さを厚くすることができる。
特に、電子の移動が支配的な酸化処理条件で処理する場
合には、管の外面の添加物の量を増やしたり、管の外面
のみを焼入れを行ったりして、酸化膜中の電子の量を内
面よりも外面の方を少なくしてやれば良い。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の第１の実施例である燃料集合
体を図１，図２及び図３に基づいて説明する。

【００１４】燃料集合体５は、複数の燃料棒６，燃料棒
６の間に配置される水ロッド７，各燃料棒及び水ロッド
７の上下端部を保持する上部タイプレート８及び下部タ
イプレート９、及び燃料棒６相互の間隔を所定幅に保持
する燃料スペーサ１１を有する。チャンネルボックス１
０は、上部タイプレート８に取付けられ、燃料スペーサ
１１によって束ねられた燃料棒の束の外側を取り囲む。
燃料棒６は、上下端部が端栓で密封された燃料被覆管１
２内に、多数の燃料ペレット（図示せず）を充填したも
のである。

【００１５】燃料被覆管１２は、ジルコニウム合金管１
の内側に純ジルコニウム層２を内張りしたジルコニウム
ライナ管である。ジルコニウム合金管１は、原子炉内で
使用するために十分な機械的強度が保たれる肉厚を有す
る。ジルコニウム合金としては、ジルカロイ−２，ジル
カロイ−４、及びＺｒ−Ｎｂ系合金等の、ジルコニウム
を主成分とするジルコニウム合金が好ましい。純ジルコ
ニウム層２の厚さは５０〜１２０μｍが望ましい。純ジ
ルコニウム層２及びジルコニウム合金管１は、金属結合
により強く結合される。ジルコニウム合金管１は、アル
ファ再結晶化組織，ベータ焼入れ組織あるいは（アルフ
ァ＋ベータ）焼入れ組織を有するのが好ましい。燃料被
覆管１２は、ジルコニウム合金管１の外面に外側酸化膜
３を、純ジルコニウム層２の内面に内側酸化膜４をそれ
ぞれ有する。外側酸化膜３の厚さは１μｍ程度が好まし
い。また、内側酸化膜４の厚さは１０μｍ以下、好まし
くは１〜５μｍとする。

【００１６】燃料被覆管及び燃料集合体の製造工程を図
３により説明する。ジルカロイ−２インゴットを熱間鍛
造により成型してジルカロイ−２ビレットを製作する。
純ジルコニウムビレットがジルカロイ−２ビレット内に
挿入された複合ビレットが、熱間押出しされ、素管に成
型される。その後、素管に対して冷間圧延及び焼鈍が繰
り返し行われ、仕上がり寸法に加工された燃料被覆管が
得られる。

【００１７】仕上がり寸法に加工された燃料被覆管は、
高温水蒸気中の焼鈍により外面及び内面に前述の各酸化
膜が形成され燃料被覆管１２となる。これらの酸化膜を
形成するために必要な高温蒸気中における焼鈍条件は、
温度３５０〜４５０℃，圧力１０気圧以下，時間２〜３
０時間が好ましい。焼鈍温度の下限値は、燃料被覆管の
内外面に形成される酸化膜の稠密性と酸化膜成長速度で
決定される。焼鈍温度の上限は、純ジルコニウム層２の
内面に稠密な酸化膜が形成される上限の値である。同様
に、焼鈍圧力の下限値は、燃料被覆管の内外面に形成さ
れる酸化膜の稠密性と酸化膜成長速度で決定される。焼
鈍圧力の上限は、純ジルコニウム層２の内面に稠密な酸
化膜が形成される上限の値である。さらに、焼鈍時間の
下限値は、純ジルコニウム層２内面の酸化膜厚さが水素
吸収に対して十分な効果を有するまでに必要な時間であ
る。焼鈍時間の上限値は、純ジルコニウム層２内面の酸
化膜厚さが耐ＰＣＩ特性を悪化させない時の最高の時間
である。

【００１８】図３の燃料集合体の組立ては以下のように
して行われる。内外面に酸化膜が形成された燃料被覆管
１２内に燃料ペレットが充填され、燃料被覆管１２が端
栓によって密封される。このようにして、各燃料棒６が
作られる。各燃料棒６及び水ロッド７が、軸方向に配置
された複数の燃料スペーサ１１内に挿入される。各燃料
棒６及び水ロッド７の上下端部が、上部タイプレート８
及び下部タイプレート９に挿入される。燃料棒６のうち
数本はタイロッドとして上部タイプレート８及び下部タ
イプレート９を連結する。

【００１９】次に、本実施例における水素吸収量、及び
酸化膜の耐摩耗性を図４及び５図により説明する。用い
た試験片は、ジルカロイ−２製のジルコニウム合金管１
の内側に純ジルコニウム層２を設けたジルコニウムライ
ナ管である。この被覆管は、外側のジルカロイ−２のほ
うが内側の純ジルコニウムよりも酸化膜中の電子の量が
少ないので、適切な酸化処理条件にて酸化処理すること
によって純ジルコニウム層２内面にジルコニウム合金管
１外面よりも厚い酸化膜が形成される。試験片の寸法は
内径１０.５mm，肉厚０.９mm，長さ３０mmのパイプを軸
方向に２分割したものである。これらの試験片は、以下
に示す試験に先立ち、ふっ酸，硝酸混合水溶液にて、表
面を酸洗した。

【００２０】試験片の一部に、温度４００℃、圧力２気
圧の高温水蒸気中で１４時間の焼鈍処理により酸化膜を
付けた。酸化膜の色は黒色であり、試験片の断面を研磨
して電子顕微鏡にて酸化膜の厚みを測定したところ純ジ
ルコニウム層２の内面には約２μｍ、ジルコニウム合金
管１の外面には約１μｍの緻密な酸化膜が形成されてお
り、気泡や空洞の少ない緻密な酸化膜であった。

【００２１】次に、純ジルコニウム層２の内面及びジル
コニウム合金管１の外面に酸化膜を形成した試験片と，
純ジルコニウム層２の内面及びジルコニウム合金管１の
外面に酸化膜を形成していない試験片を、温度４００
℃，圧力７０気圧の高温水素雰囲気中で５０時間の焼鈍
処理により水素を吸収させた。この試験結果を図４に示
す。内外面に酸化膜が形成されていない試験片が約５０
０重量ppm の水素を吸収しているのに対し、内外面に酸
化膜が形成されている試験片は約１００重量ppmの水素
しか吸収されていない。この試験結果から、温度４００
℃，圧力２気圧の高温水蒸気中で１４時間の焼鈍処理に
より、純ジルコニウム層２を有する燃料被覆管に付けた
酸化膜は水素吸収を抑制する効果が有る。

【００２２】次に、酸化膜の耐摩耗性を調べた結果を図
５に示す。外側のジルカロイ−２製のジルコニウム合金
管１及び内側の純ジルコニウム層２とも、内外面に酸化
膜が形成されていない試験片よりも内外面に酸化膜が形
成されている試験片での重量減少が小さくなっている。
被覆管の内外面に酸化膜を設けることによって、図５の
ように燃料被覆管１２の耐摩耗性が向上する。これは、
燃料被覆管１２内への燃料ペレットの充填時において燃
料ペレットにより燃料被覆管１２内面に傷が付くこと
を、及び燃料棒６の燃料スペーサ１１内への挿入時にお
いて燃料スペーサ１１により燃料被覆管１２外面に傷が
付くことを低減できる。さらに、内外面に酸化膜が形成
されていない試験片の重量減少は、純ジルコニウムがジ
ルカロイ−２に比べて軟らかいので、ジルコニウム合金
管１よりも純ジルコニウム層２で大きくなっている。こ
れに対して、内外面に酸化膜が形成されている試験片の
重量減少は、ジルコニウム合金管１及び純ジルコニウム
層２においてほぼ同じである。従って、その酸化膜によ
る耐摩耗性の効果は純ジルコニウムの方が大きい。

【００２３】以上述べたように、燃料被覆管１２の内側
よりその外側の耐食性が優れているため純ジルコニウム
層２内面にジルコニウム合金管１の外面よりも厚く酸化
膜が形成されることを利用して、燃料被覆管１２外面の
炉内での腐食による寿命を縮めることなく、燃料集合体
組立時の被覆管の内外両面に付く傷を低減することと、
燃料破損によって発生する水素が被覆管中に吸収される
量を低減することができる燃料集合体を作ることができ
る。

【００２４】酸化膜の形成は高温水蒸気中での焼鈍処理
に限られるわけではない。つまり、酸化処理される被覆
管の内面と外面の材料の耐食性に合わせて、酸化処理時
の温度，圧力，時間、及び雰囲気を適切に選ぶことによ
り、被覆管の内外面に酸化膜を形成することができる。
例えば、高温水蒸気と酸素の混合雰囲気中での焼鈍法、
大気中での焼鈍法、高温高圧の純水または酸素含有水中
での酸化法、及び電解液中に被覆管を浸して被覆管に電
流を流して酸化膜を付与する陽極酸化法等でも同様に酸
化膜を形成することができる。

【００２５】本実施例の、燃料破損時における水素吸収
量を低減できる燃料被覆管１２を有する燃料集合体を使
用することによって、燃料被覆管１２の脆化を防ぐこと
ができるので、原子炉出力を下げる必要がなく、経済性
を大幅に向上させることができる。なぜなら、燃料棒６
内の燃料ペレットは、原子炉の運転中に燃料被覆管１２
を押し広げて燃料被覆管１２に応力を生じせしめる。こ
の応力の発生は、原子炉出力と相関があり、原子炉出力
が高いほど大きくなる。従来は、燃料棒が破損した場
合、水素を吸収して脆くなった被覆管に過度の応力が働
いて、破損がひどくなることを防ぐために、出力を下げ
て運転する運転方法が一般に行われていた。本実施例で
は、上記したように燃料被覆管１２の脆化を防ぐことが
できるので原子炉出力を下げる必要がない。

【００２６】また、本実施例の燃料集合体を用いること
によって、燃料被覆管１２の破損拡大の危険性を防ぐこ
とができるので、燃料棒６から炉水中への放射能の放出
を低減でき、定期検査時の作業員の被曝線量を下げるこ
とができる。

【００２７】本発明の第２の実施例である燃料集合体を
以下に述べる。第２実施例の燃料集合体は、図６に示す
燃料被覆管１２Ａを除いて第１実施例と同じ構成を有す
る。燃料被覆管１２Ａは、外側のジルコニウム合金管１
の内側にジルコニウム合金層１３を内張りした二重管で
ある。ジルコニウム合金管１の外面に酸化膜３が、ジル
コニウム合金層１３の内面に酸化膜１５が形成されてい
る。ジルコニウム合金層１３は、純ジルコニウムにＦ
ｅ、Ｎｉ、Ｃｒ及びＮｂのうち少なくともどれか一つを
１００〜６００ppm 加えて作られたジルコニウム合金で
ある。

【００２８】また、燃料被覆管１２Ａの製造工程におけ
る特徴は、図３において「純ジルコニウムビレットのジ
ルカロイ−２ビレット内への挿入」の替りに「ジルコニ
ウム合金層１３となるジルコニウム合金ビレットのジル
カロイ−２ビレット内への挿入」を行うことにある。

【００２９】燃料被覆管１２Ａの内外面への酸化膜の形
成は、第１実施例と同様に、酸化処理される被覆管の内
面と外面の材料の耐食性に合わせて、酸化処理時の温
度，圧力，時間、及び雰囲気を適切に選んで行う。

【００３０】第２実施例で用いた燃料被覆管１２Ａの耐
摩耗性と耐水素吸収特性は、第１実施例と実質的に同じ
である。本実施例は、第１実施例と同じ効果を得ること
ができる。

【００３１】本発明の第３の実施例である燃料集合体を
以下に述べる。第３実施例の燃料集合体は、図７に示す
燃料被覆管１２Ｂを除いて第１実施例と同じ構成を有す
る。燃料被覆管１２Ｂは、外側のジルコニウム合金管１
と内側のジルコニウム合金層１３との間に１〜３層のジ
ルコニウム合金１４を設けたものである。ジルコニウム
合金管１の外面には酸化膜３が、ジルコニウム合金層１
３の内面には酸化膜４がそれぞれ形成されている。ジル
コニウム合金層１３は、第２実施例で述べた合金以外に
ジルカロイ−２またはジルカロイ−４を用いてもよい。
ジルコニウム合金層１３にジルカロイ−２及びジルカロ
イ−４を用いる場合は、前者の合金には後者の合金より
もＦｅ，Ｎｉを多量に加えて耐食性を良くした材料を使
用する。また、燃料被覆管１２Ｂの製造工程は、図３に
おいて「純ジルコニウムビレットのジルカロイ−２ビレ
ット内への挿入」の替りに「ジルコニウム合金層１３及
びジルコニウム合金１４となる複数のジルコニウム合金
ビレットのジルカロイ−２ビレット内への挿入」を行う
ことにある。

【００３２】燃料被覆管１２Ｂの耐摩耗性及び耐水素吸
収特性は、第１実施例と実質的に同じである。第３実施
例は、第１実施例と同じ効果を得ることができる。

【００３３】本発明の第４実施例である燃料集合体を以
下に説明する。第４実施例の燃料集合体は、図８に示す
燃料被覆管１２Ｃを除いて第１実施例の燃料集合体と同
じ構成を有する。燃料被覆管１２Ｃは、ジルコニウム合
金管１の外面に酸化膜３が、内面には酸化膜４が形成さ
れている。ジルコニウム合金管１の外面部には、（α＋
β）処理あるいはβ処理の焼入れ処理が施され、その外
面部の耐食性を向上させている。また、燃料被覆管１２
Ｃの製造工程は、図３において「純ジルコニウムビレッ
トのジルカロイ−２ビレット内への挿入」を行わず、素
管と燃料被覆管の間で上記の熱処理を行うことにある。

【００３４】燃料被覆管１２Ｃの耐摩耗性及び耐水素吸
収特性は、第１実施例と実質的に同じである。第３実施
例は、第１実施例と同じ効果を得ることができる。

【００３５】燃料被覆管１２Ｃに対して行った熱処理
は、前述の燃料被覆管１２，１２Ａ及び１２Ｂに対して
も同様に行ってよい。

【００３６】

【発明の効果】本発明によれば、燃料被覆管の水素脆化
及び燃料集合体組立て時に燃料被覆管が傷付くことを防
止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】燃料集合体に用いられる燃料棒の燃料被覆管の
縦断面図である。

【図２】本発明の第１実施例である燃料集合体の縦断面
図である。

【図３】図１の燃料集合体及び燃料被覆管の製造工程を
示す説明図である。

【図４】酸化膜を形成した燃料被覆管と酸化膜を形成し
ない燃料被覆管における水素吸収特性を示す説明図であ
る。

【図５】酸化膜を形成した燃料被覆管と酸化膜を形成し
ない燃料被覆管における外部のジルカロイ−２と内部の
純ジルコニウムとの重量減少特性を示す説明図である。

【図６】本発明の第２実施例である燃料集合体の燃料棒
に用いられる燃料被覆管の縦断面図である。

【図７】本発明の第３実施例である燃料集合体の燃料棒
に用いられる燃料被覆管の縦断面図である。

【図８】本発明の第４実施例である燃料集合体の燃料棒
に用いられる燃料被覆管の縦断面図である。

【図９】燃料被覆管に形成された酸化膜厚さと耐摩耗性
試験時の重量減少量との関係を示す特性図である。

【図１０】燃料被覆管に形成された酸化膜厚さと水素吸
収試験時の水素吸収量との関係を示す特性図である。

【図１１】酸化膜の成長メカニズムを示す説明図であ
る。

【符号の説明】

１…ジルコニウム合金管、２…純ジルコニウム層、３，
４…酸化膜、５…燃料集合体、６…燃料棒、７…水ロッ
ド、８…上部タイプレート、９…下部タイプレート、１
０…チャンネルボックス、１１…燃料スペーサ、１３…
ジルコニウム合金層、１４…ジルコニウム合金。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ２１Ｃ 3/06 ＧＤＬＪ (72)発明者伊東賢一茨城県日立市幸町三丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内 (72)発明者稲垣正寿茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の燃料棒と，これらの燃料棒の下端部
及び上端部を保持する下部タイプレート及び上部タイプ
レートと，燃料棒相互の間隔を保持する複数の燃料スペ
ーサとを備えた燃料集合体において、前記燃料棒に用いられた被覆管が、管状のジルコニウム
基合金と，前記管状ジルコニウム基合金の内面に形成さ
れたジルコニウムライナ層とを有し、前記ジルコニウム
ライナ層の内面に形成された緻密な第１酸化膜が前記管
状ジルコニウム基合金の外面に形成された緻密な第２酸
化膜よりも厚いことを特徴とする燃料集合体。
【請求項２】複数の燃料棒と，これらの燃料棒の下端部
及び上端部を保持する下部タイプレート及び上部タイプ
レートと，燃料棒相互の間隔を保持する複数の燃料スペ
ーサとを備えた燃料集合体において、前記燃料棒に用いられた被覆管が、管状のジルコニウム
基合金と，前記管状ジルコニウム基合金の内面に形成さ
れたジルコニウムライナ層とを有し、前記ジルコニウム
ライナ層の内面に形成された緻密な第１酸化膜が前記管
状ジルコニウム基合金の外面に形成された緻密な第２酸
化膜よりも厚く、かつ前記第２酸化膜の厚みが１μｍ程
度であることを特徴とする燃料集合体。
【請求項３】複数の燃料棒と，これらの燃料棒の下端部
及び上端部を保持する下部タイプレート及び上部タイプ
レートと，燃料棒相互の間隔を保持する複数の燃料スペ
ーサとを備えた燃料集合体において、前記燃料棒に用いられた被覆管が、管状のジルコニウム
基合金と，前記管状ジルコニウム基合金の内面に形成さ
れたジルコニウムライナ層とを有し、前記ジルコニウム
ライナ層の内面に形成された緻密な第１酸化膜が前記管
状ジルコニウム基合金の外面に形成された緻密な第２酸
化膜よりも厚く、かつ前記第１酸化膜の厚みが１０μｍ
以下であることを特徴とする燃料集合体。
【請求項４】管状のジルコニウム基合金と，前記管状ジ
ルコニウム基合金の内面に形成されたジルコニウムライ
ナ層とを有する燃料被覆管において、前記ジルコニウム
ライナ層の内面に形成された緻密な第１酸化膜が前記管
状ジルコニウム基合金の外面に形成された緻密な第２酸
化膜よりも厚いことを特徴とする燃料被覆管。
【請求項５】管状のジルコニウム基合金と，前記管状ジ
ルコニウム基合金の内面に形成されたジルコニウムライ
ナ層とを有する燃料被覆管において、前記ジルコニウム
ライナ層の内面に形成された緻密な第１酸化膜が前記管
状ジルコニウム基合金の外面に形成された緻密な第２酸
化膜よりも厚く、かつ前記第２酸化膜の厚みが１μｍ程
度であることを特徴とする燃料被覆管。
【請求項６】管状のジルコニウム基合金と，前記管状ジ
ルコニウム基合金の内面に形成されたジルコニウムライ
ナ層とを有する燃料被覆管において、前記ジルコニウム
ライナ層の内面に形成された緻密な第１酸化膜が前記管
状ジルコニウム基合金の外面に形成された緻密な第２酸
化膜よりも厚く、かつ前記第１酸化膜の厚みが１０μｍ
以下であることを特徴とする燃料被覆管。