JPH08209305A - 原子炉燃料棒用端栓 - Google Patents

原子炉燃料棒用端栓

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JPH08209305A
JPH08209305A JP7041271A JP4127195A JPH08209305A JP H08209305 A JPH08209305 A JP H08209305A JP 7041271 A JP7041271 A JP 7041271A JP 4127195 A JP4127195 A JP 4127195A JP H08209305 A JPH08209305 A JP H08209305A
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JP
Japan
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end plug
fuel rod
intermetallic compound
nuclear reactor
corrosion
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Withdrawn
Application number
JP7041271A
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English (en)
Inventor
Takeshi Isobe
毅 磯部
Takuya Murai
琢弥 村井
Yoshiharu Mae
義治 前
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Mitsubishi Materials Corp
Original Assignee
Mitsubishi Materials Corp
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Publication date
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    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 急激な腐食を防止し、強度を長期間維持する
ことができる原子炉燃料棒用端栓を提供する。 【構成】 原子炉燃料棒用端栓4を(Zr1-x Nbx
(Fe1-y Cry 2 または(Zr1-x Nbx 2 (F
1-y Cry )(ただし、0.05≦x≦0.7,0.
1≦y≦0.5)からなる組成の金属間化合物で構成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、原子炉燃料棒の被覆
管の両端部を封止するための端栓に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図1の断面図に示されるように、加圧水
型原子炉の燃料棒1は高純度ジルコニウムまたはジルカ
ロイ2(JIS H4751ZrNT802D)もしく
はジルカロイ4(JIS H4751ZrNT804
D)などのジルコニウム合金からなる被覆管2の内部に
UO2 燃料ペレット3を積重ねて充填し、スプリング5
でUO2 燃料ペレット3を押圧するようにして被覆管2
の両端を端栓4で溶接密封することにより組立てられ、
炉心に装入して使用されている。上記端栓4は、従来は
被覆管と共金のジルカロイ2またはジルカロイ4などの
ジルコニウム合金で作製されていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】近年、電力供給源とし
て原子力発電の比重が高まり、それにつれて原子力発電
所の効率的な運転が求められるようになってきた。
【0004】しかし、原子力発電所の効率的な運転は、
そこに設置されている原子炉の高効率運転を強いるよう
になり、原子炉の高効率運転はUO2 燃料の高燃焼を必
要とし、UO2 燃料を高燃焼させると被覆管の外側の水
側腐食が急激に増大し、このUO2 燃料の高燃焼を長期
にわたって続けると事故につながる恐れがあるなどの課
題があった。
【0005】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者等は原
子炉燃料の高燃焼を行っても被覆管の外側の水側腐食の
急激な増大が起こらないようにすべく研究を行っていた
ところ、(1) (Zr1-x Nbx )(Fe1-y
y 2 または(Zr1-x Nbx 2 (Fe1-y
y )(ただし、0.05≦x≦0.7,0.1≦y≦
0.5)からなる組成の金属間化合物をジルコニウム合
金に接触させておくと、ジルコニウム合金の腐食が減少
する、(2) (Zr1-x Nbx )(Fe1-y Cry
2 または(Zr1-x Nbx 2 (Fe1-y Cry )(た
だし、0.05≦x≦0.7,0.1≦y≦0.5)か
らなる組成の金属間化合物は、特に水素の吸収が少な
く、長期間に亘って高強度を維持することができる、な
どの研究結果が得られ、この研究結果に基づいて、図1
における燃料棒1の端栓4を(Zr1-x Nbx )(Fe
1-y Cry 2 または(Zr1-x Nbx 2 (Fe1-y
Cry )(ただし、0.05≦x≦0.7,0.1≦y
≦0.5)からなる組成の金属間化合物で作製し装着す
ると、両端部の端栓4は常にジルコニウム合金製被覆管
2に接触しているので被覆管2の急激な腐食を防止する
ことができ、さらにこの金属間化合物で作製した端栓4
は水素の吸収が少ないので強度を長期間維持することが
でき、従来よりも信頼性の高い原子炉燃料棒を得ること
ができるという知見を得たのである。
【0006】この発明は、かかる知見に基づいてなされ
たものであって、(Zr1-x Nbx )(Fe1-y
y 2 または(Zr1-x Nbx 2 (Fe1-y
y )(ただし、0.05≦x≦0.7,0.1≦y≦
0.5)からなる組成の金属間化合物で構成された原子
炉燃料棒用端栓に特徴を有するものである。
【0007】この発明の原子炉燃料棒用端栓を構成する
金属間化合物(Zr1-x Nbx )(Fe1-y Cry 2
または(Zr1-x Nbx 2 (Fe1-y Cry )におけ
るxおよびyの値を上記の如く限定したのは、x<0.
05では金属間化合物への水素吸収量が多くなって金属
間化合物の劣化を引き起こすので好ましくなく、一方、
x>0.7となると金属間化合物に取り込まれる水素吸
収量は減少するが、それ以上の改善効果がみられないと
いう理由によるものであり、さらにy<0.1となると
金属間化合物の耐食性(耐酸化性)が低くなり、腐食に
伴って崩壊してしまうため端栓として長期の使用に耐え
られなくなるので好ましくなく、一方、y>0.5とな
るとジルコニウム合金被覆管の腐食量が増大するので好
ましくないという理由によるものである。
【0008】xおよびyの一層好ましい範囲はそれぞれ
0.1≦x≦0.5,0.1≦y≦0.35である。
【0009】
【実施例】
実施例1〜13、比較例1〜4および従来例1 高純度ジルコニウムからなり、幅:10mm、長さ:50
mm、厚さ:2mmの寸法を有する板および表1に示される
xおよびyの値を有する(Zr1-x Nbx )(Fe1-y
Cry 2 金属間化合物小塊(粒径:10mm)を用意
し、これらを溶接にて結合して試験片A〜Qを作製し、
この試験片A〜Qをオートクレーブ装置に装入し、36
0℃の高温水中に3日間保持の条件による実施例1〜1
3および比較例1〜4の腐食試験を行った。
【0010】かかる腐食試験を行った試験片A〜Qの高
純度ジルコニウム板酸化膜の厚さを測定し、さらに金属
間化合物部分を粉砕して水素濃度を測定し、その結果を
表1に示した。また、一部の金属間化合物については腐
食試験後、溶接結合していたはずの金属間化合物が崩壊
しているものもあった。
【0011】さらに比較のために上記高純度ジルコニウ
ム板にジルカロイ−4(Zr−1.3%Sn−0.2%
Fe−0.1%Cr)板を溶接接合した複合板からなる
試験片Rをオートクレーブ装置に装入し、全く同じ条件
で腐食試験を行ない、従来例1による高純度ジルコニウ
ム板の酸化膜の厚さを測定し、その結果を表1に示し
た。
【0012】
【表1】
【0013】表1に示される結果から、従来例1の高純
度ジルコニウムとジルカロイ−4の複合板からなる試験
片Rは、xおよびyが0.05≦x≦0.7,0.1≦
y≦0.5の範囲内にある(Zr1-x Nbx )(Fe
1-y Cry 2 金属間化合物と高純度ジルコニウム板と
からなる試験片A〜Mに比べて、高純度ジルコニウム板
の酸化膜の厚さが厚いところから、上記金属間化合物を
接合することにより高純度ジルコニウム板の急激な酸化
を防止することができ、さらに上記金属間化合物の水素
吸収量が少ないところから、上記金属間化合物自体は長
期に亘って強度を維持できることがわかる。
【0014】しかし、この発明の条件から外れたxおよ
びyを有すると、比較例1〜4の試験片N〜Qに見られ
るように酸化膜厚、水素吸収量、崩壊など好ましくない
性質が表われることもわかる。
【0015】実施例14〜26および比較例5〜8 実施例1〜13、比較例1〜4および従来例1で使用し
た高純度ジルコニウム板に、表2に示されるxおよびy
の値を有する(Zr1-x Nbx 2 (Fe1-yCry
金属間化合物小塊(粒径:10mm)を溶接結合して試験
片a〜qを作製し、この試験片a〜qをオートクレーブ
装置に装入し、360℃の高温水中に3日間保持の条件
による実施例14〜26および比較例5〜8の腐食試験
を行ない、高純度ジルコニウム板の酸化膜の厚さおよび
金属間化合物部分の水素濃度を測定し、その結果を表2
に示した。
【0016】
【表2】
【0017】表2に示される結果から、上記金属間化合
物を高純度ジルコニウム板と接合すると、実施例1〜1
3に見られるように高純度ジルコニウム板の急激な酸化
を防止することができ、さらに上記金属間化合物は水素
吸収量が少なく、長期に亘って強度を維持することがで
きることがわかる。しかし、この発明の条件から外れた
xおよびyを有すると、比較例5〜8に見られるように
好ましくない性質が表われることもわかる。
【0018】実施例27および従来例2 ジルカロイ4(Zr−1.3%Sn−0.2%Fe−
0.1%Cr)製被覆管(外径:10mm、長さ:150
mm、肉厚:0.6mm)の内側にUO2 燃料を模擬した外
径:8mm、長さ:10mmのアルミナペレットを13個挿
入し、被覆管の両側にジルカロイ4製端栓をTIG溶接
にて接合させた原子炉燃料棒および(Zr0.7
0.3 )(Fe0.78Cr0.222 金属間化合物製端栓を
同様にして接合させた原子炉燃料棒を作製した。
【0019】これら原子炉燃料棒を360℃の高温水中
に600日間保持の腐食試験を行った後、端栓から50
mm離れた位置の長さ:10mmの被覆管を各々の燃料棒か
ら切り出し、酸化膜の厚さを測定し、次に端栓に含まれ
る水素吸収量を測定し、その測定結果を表3に示した。
【0020】
【表3】
【0021】表3に示される結果から、(Zr0.7 Nb
0.3 )(Fe0.78Cr0.222 金属間化合物製端栓は被
覆管の酸化を防止し、従来よりも信頼性の高い端栓であ
ることがわかる。
【0022】
【発明の効果】上述のように、(Zr1-x Nbx )(F
1-y Cry 2 または(Zr1-x Nbx 2 (Fe
1-y Cry )(ただし、0.05≦x≦0.7,0.1
≦y≦0.5)からなる金属間化合物を高純度ジルコニ
ウムまたはジルコニウム合金を接触させると、高純度ジ
ルコニウムまたはジルコニウム合金の耐酸化性が向上す
るところから、上記金属間化合物を原子燃料棒の端栓と
して使用すると、従来よりも信頼性が高い高効率運転が
可能な原子炉燃料棒を提供することができ、原子力産業
の発展に大いに貢献しうるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】原子炉燃料棒の構造を示す説明図である。
【符号の説明】
1 燃料棒 2 被覆管 3 UO2 燃料ペレット 4 端栓 5 スプリング

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (Zr1-x Nbx )(Fe1-y Cry
    2 (ただし、0.05≦x≦0.7,0.1≦y≦0.
    5)からなる組成の金属間化合物で構成された原子炉燃
    料棒用端栓。
  2. 【請求項2】 (Zr1-x Nbx 2 (Fe1-y
    y )(ただし、0.05≦x≦0.7,0.1≦y≦
    0.5)からなる組成の金属間化合物で構成された原子
    炉燃料棒用端栓。
JP7041271A 1995-02-06 1995-02-06 原子炉燃料棒用端栓 Withdrawn JPH08209305A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008045980A (ja) * 2006-08-15 2008-02-28 Toshihisa Shirakawa Pwr核燃料棒利用型bwr用正方形の核燃料集合体
JP2014059193A (ja) * 2012-09-18 2014-04-03 Japan Atomic Energy Agency 燃料棒の被覆管試験片作製方法及び治具
US10410754B2 (en) 2016-10-11 2019-09-10 Bwxt Mpower, Inc. Resistance pressure weld for nuclear reactor fuel rod tube end plug

Cited By (4)

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JP2014059193A (ja) * 2012-09-18 2014-04-03 Japan Atomic Energy Agency 燃料棒の被覆管試験片作製方法及び治具
US10410754B2 (en) 2016-10-11 2019-09-10 Bwxt Mpower, Inc. Resistance pressure weld for nuclear reactor fuel rod tube end plug
US11049623B2 (en) 2016-10-11 2021-06-29 Bwxt Mpower, Inc. Resistance pressure weld for nuclear reactor fuel rod tube end plug

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