JPH10282278A

JPH10282278A - 加圧水形原子炉用の核燃料棒

Info

Publication number: JPH10282278A
Application number: JP10075488A
Authority: JP
Inventors: Swam Leonard F P Van; エフピーヴァンスワムレオナード
Original assignee: Siemens Nuclear Power Corp
Current assignee: Framatome ANP Richland Inc
Priority date: 1997-03-27
Filing date: 1998-03-24
Publication date: 1998-10-23
Also published as: KR19980080772A; US5768332A; EP0867889A1; TW373186B

Abstract

(57)【要約】【課題】加圧水形原子炉用の核燃料棒を提供する。【解決手段】該核燃料棒は、核燃料を収容するための
細長い中空の金属製管状クラッディングを有し、該クラ
ッディングはモリブデン、及びビスマス３〜６重量％、
残余のジルコニウムの合金成分を有するジルコニウム合
金からなる内部管状層を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、原子炉のための核
燃料棒、詳述すれば加圧水形原子炉用の核燃料アセンブ
リで使用するためのジルコニウムベース合金からなるク
ラッディングチューブを有する核燃料棒に関する。

【０００２】

【従来の技術】軽水炉用の核燃料棒で使用するためのク
ラッディングは、融合生成物が燃料から冷却材／減速材
内に放出されるのを防止しかつ燃料と冷却材／減速材と
の間の接触及び化学反応を防止するように機能する。該
クラッディングは、環境内におけるかつ原子炉運転中に
予測される条件のための優れた機械的特性及び高い耐食
性を有することが要求される。そのために、クラッディ
ングは、ほぼ３４５℃までの温度で水及び蒸気中で運転
するために燃料棒の寿命に亙る適当な耐食性、燃料棒の
寿命に亙る適当な強度及びクリープ挙動を有すること、
及び典型的には融合可能な燃料材料の経済的使用のため
の低い寄生的中性子吸収を有することが要求される。

【０００３】普通のクラッディング材料は、ジルコニウ
ム、ジルコニウム合金、及びステンレススチールを包含
する。主成分がジルコニウムであるジルコニウムベース
合金は、数十年間核燃料棒又は要素のクラッディングに
おいて使用されてきた。満足な性能を付与した２種類の
最も普通に使用されるジルコニウム合金は、ジルカロイ
−２及びジルカロイ−４であり、かつこれらはそれぞれ
American Society for Testing and Materials standa
rd B350-93 (1993), Standard SpecificationFor Zirco
nium and Zirconium Alloy Ingots For Nuclear Applic
ationに合金Ｒ６０８０２及びＲ６０８０４として記載
されている。ジルカロイ−２(合金Ｒ６０８０２）は、
錫１．２０〜１．７０重量％、鉄０．０７〜０．２０重
量％、クロム０．０５〜０．１５重量％、ニッケル０．
０３〜０．０８重量％から構成されており、この場合鉄
＋クロム＋ニッケル含量は０．１８〜０．３８重量％で
ありかつ残余はジルコニウム＋不純物である。ジルカロ
イ−４（合金Ｒ６０８０４）は、錫１．２０〜１．７
０重量％、鉄０．１８〜０．２４重量％、クロム０．０
７〜０．１３重量％から構成されており、この場合鉄＋
クロム含量は０．２８〜０．３７重量％でありかつ残余
はジルコニウム＋不純物である。ジルカロイ−２及びジ
ルカロイ−４に関する最大不純物は、ＡＳＴＭＢ−３
５０−９３規格の表Ｉである以下の表に記載されてい
る：

【０００４】

【表１】

【０００５】これらの及びその他の合金は一般的に適当
な性能を提供するにもかかわらず、これらは、最適な強
度及び耐食性の両方を有しない単一金属又は合金からな
るシングル壁クラッディング（しばしば“スルー（thro
ugh）”壁クラッディングと称される）に対する核燃料
棒クラッディングのための代替材料及び代替構造を見出
すための更なる分析及び探求を駆り立てる若干の欠陥を
有する。核燃料棒クラッディングとして使用するための
シングル又はスルー壁クラッディングに対する代用構造
は、２層又は多層チューブを含む。これらのタイプのク
ラッディングは、（ａ）高耐食性合金の外部層及び
（ｂ）クラッディングの機械的強度の大部分を提供する
内部層を有する。このタイプの、しばしばディュプレッ
クス・クラッディング（duplex cladding）とも称され
る超低錫ジルカロイタイプの外部層（公称錫０．８重量
％）及びジルカロイ−４内部層を有するクラッディング
は、一般に核燃料棒クラッディングにおいて使用され
る。種々の別の耐食性合金の薄い外部層（３〜５ミル）
を有するジルカロイ−４内部層クラッディングが製造さ
れかつ原子炉内で試験された。錫０．５重量％、鉄０．
５重量％、残余のジルコニウムを含有する外部層合金、
及び錫０．５重量％、鉄０．５重量％、クロム０．２重
量％、残余のジルコニウムを含有する別の外部層合金
は、それぞれ高温加圧水形原子炉において意想外な腐食
性能を示した。核燃料棒のための多重層管状構造及び合
金の例は、米国特許第５,４９３,５９２号、同第４,９
６３,３１６号及び同第４,７３５,７６８号明細書に記
載されている。

【０００６】探求され続けらておりかつ大きな経済的理
由のために、一層努力される高い燃焼率及び長い原子炉
内滞在時間のために、核燃料棒クラッディングに一般に
使用される合金はその性能限界に達している。ジルカロ
イの耐食性は、特に、ジルカロイ上の腐食被膜がほぼ５
０〜６０ＭＷｄ／ｋｇＵの燃焼率のために許容され得な
いレベルまで付着することがある低い漏れコア装填を使
用する現代の高い冷却材温度加圧水形原子炉において大
きな関心を有する。従って、ジルカロイの腐食性能を最
適化する努力において、錫レベルを減少させることによ
り、クラッディング材料の強度及びクリープ特性は減少
した。例えば、この１０年間に亙り、公称ほぼ１．５５
重量％に保たれた核燃料棒内のクラッディング材料とし
て使用されるジルカロイの錫レベルは、ほぼ１．３０重
量％の公称レベルに低下せしめられた。この錫のレベル
における減少は、特に高い燃焼率で著しく良好な腐食性
能を生じたが、しかし錫の減少はクラッディングの機械
的特性に不利な影響を与えた。錫はジルカロイにおける
溶質の溶解強化合金元素であり、かつ合金の強度及びク
リープ抵抗を改良する。しかしながら、ジルカロイにお
ける錫レベルの低下は、クラッディングのクリープダウ
ンに対する抵抗並びにクラッディングの強度を減少させ
る。

【０００７】ジルコニウム合金及びジルカロイの高い燃
焼性能における限界を克服する試みにおいて、合金開発
プログラムが開始され、今日まで、耐食性、高い強度及
びクレープ抵抗並びに小さい中性子断面積の一層好まし
い組み合わせを有する核燃料棒クラッディングとして使
用するためのジルコニウム合金のための探求及び開発が
続けられている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、
（Ｉ）意想外な原子炉内腐食特性を有する多重層クラッ
ディングチューブの外部層のための合金を使用し、かつ
本発明に基づき、（ＩＩ）ジルカロイル−２又はジルカ
ロイル−４よりも著しく高い強度を有し、しかもこれら
の合金の低い寄生中性子吸収特性を維持して、クラッデ
ィングの内部部分のための新規の合金を利用することに
より、今日まで製造された核燃料棒クラッディングを改
良することである。

【０００９】多重層クラッディングチューブの内部層の
ために前記のような高強度の合金を使用することによ
り、全体的クラッディングチューブ壁厚さを、なお燃料
棒の機械的設計及び性能基準に適合した状態で減少させ
ることができる。クラッディング壁厚さを減少させるこ
とが可能になることにより、クラッディングの単位長さ
当たりのクラッディング重量を減少させかつ所定の長さ
のクラッディングチューブのコストを低下させることで
きる。それというのも、クラッディングを製造するため
の材料が少なくて済むからである。更に、クラッディン
グ壁厚さを減少させることが可能であることにより、寄
生熱中性子吸収における減少から生じる燃料サイクルコ
ストにおける改良を達成することができる。それという
のも、所定の組成のクラッディングのための寄生中性子
吸収は、直接クラッディング壁厚さに比例するからであ
る。慣用の錫又はニオブ添加物よりも小さい熱中性子断
面積を有する合金元素は、合金の寄生中性子吸収をなお
一層減少させることができ、かつ燃料サイクルコストに
おいて付加的な改良を得ることができる。

【００１０】多重層クラッディングの内部層のためにこ
のような高強度の合金を使用することにより、一定の燃
料棒外径を維持して、クラッディング壁厚さの減少、及
び、一層大きな直径の燃料ペレットの使用が可能になる
ことにより達成される燃料棒核融合性材料重量の増大よ
り、重要なエネルギー発生コスト倹約をも達成すること
ができる。所定の燃料棒設計のためには、クラッディン
グの外径は、第一に熱水力学的考察により決定され、従
って容易に変更することはできない。薄壁クラッディン
グは、同じ外径を有する厚壁クラッディングよりも大き
な直径の燃料ペレットに適合することができる。大きな
直径の燃料ペレットは、同じ量のエネルギーを発生させ
るために、より小さい直径のペレットよりも低いウラン
濃縮度を有することができる。僅かに濃縮した二酸化ウ
ラン核燃料のためには、燃料棒の単位長さの寿命エネル
ギー発生は、単位長さ当たりのＵ²³⁵の全数に比例す
る。従って、例えば、Ｕ²³⁵４．００重量％に濃縮され
た直径０．３００インチのペレットを含有する厚壁に設
計された燃料棒よりも０．００５インチの薄壁を有する
クラッディングを使用することにより、直径０．３１０
インチを有する燃料ペレットを使用することができる。
これらのペレットの減少した濃縮度は、燃料の単位長さ
当たりのＵ²³⁵のほぼ同じ数を維持するためには、以下
のようになる：

【００１１】

【数１】

【００１２】選択的に、同じＵ²³⁵濃縮度を維持しかつ
ペレット直径を増大させることにより、燃料棒の単位長
さ当たりのＵ²³⁵の数は増大されかつ燃料の単位長さの
寿命エネルギー発生は十分に増大せしめられる。いずれ
にせよ、厚い通し壁のジルカロイクラッディングを使用
するのに比較して、比較的高いコストの、但し薄い壁を
使用することにより燃料サイクルコスト減少がもたらさ
れる。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、核燃料を収容
するための細長い中空の金属製管状クラッディングを有
し、該管状クラッディングは外壁及び内壁を有しかつジ
ルコニウム合金から形成された外部管状層と、前記外部
管状層の内壁に結合されかつ実質的にビスマスを含有し
かつ１実施態様では、実質的にモリブデン及びビスマス
３〜６重量％、残余のジルコニウムからなる内部管状層
とからなり、かつ更に、管状クラッディング内に配置さ
れた核燃料材料の本体、及び金属製管状クラッディング
を気密シールするための管状クラッディングの両端部の
シール手段を有する加圧水形原子炉用の核燃料棒に関す
る。

【００１４】別の有利な実施態様では、実質的にビスマ
ス１．５〜６重量％及び錫約１〜４重量％、残余ジルコ
ニウムからなる高強度のジルコニウムベース合金から形
成された内部管状層を有する加圧水形原子炉用の核燃料
棒が提供される。

【００１５】もう１つの有利な実施態様では、実質的に
ビスマス１．５〜３重量％、ニオブ０．５〜３重量％、
モリブデン０．５〜１．５重量％、残余のジルコニウム
からなり、その際ニオブとモリブデンの和は１．５重量
％よりも大である高強度のジルコニウム合金から形成さ
れた内部管状層を有する加圧水形原子炉用の核燃料棒が
提供される。

【００１６】

【実施例】次に図示の実施例につき本発明を詳細に説明
する。

【００１７】ジルカロイ−４及びジルカロイ−２は、未
合金の市販の純粋なジルコニウムよりも著しく強くかつ
極めて良好なクリープ抵抗を有する。ジルコニウムは、
典型的には２つの機構、即ち固溶硬化及び沈殿硬化によ
り強化することができる。これらの強化機構の組み合わ
せは、多くの高強度のジルコニウム合金で使用される。
最も卓越した沈殿強化剤はニオブである。これは就中、
ロシアで開発されたニオブ１％、錫１．２％、鉄０．４
％を有するジルコニウム合金及びＣＡＮＤＵ加圧チュー
ブのためにカナダで使用されるジルコニウム２．５％−
２．８％ニオブ合金で使用される。その他の沈殿強化剤
は、モリブデン及び珪素である。ジルカロイ−４及びジ
ルカロイ−２の強度は、主として、ジルコニウムマトリ
ックス内での溶解度に基づき固溶強化剤である錫の添加
から導かれる。錫の原子半径０．１５８４ｎｍは、ジル
コニウムの原子半径０．１６０２ｎｍとほぼ同じであ
り、かつ、錫原子は合金の結晶格子内のジルコニウム原
子の代わりとなるか又はそのための置換体である。その
ために、錫はまた、ジルコニウムベース合金で使用され
る場合、代用合金元素と称される。ジルカロイ−４への
鉄及びクロムの添加並びにジルカロイ−２への鉄、クロ
ム及びニッケルの添加は、これらの合金の機械的特性に
は実質的に影響を及ぼさない。それというのも、これら
の元素はジルコニウムアルファ相内に殆ど不溶性であり
かつ僅少量で添加されるに過ぎないからである。これら
の合金元素は、主としてジルカロイの腐食挙動を改良す
るために使用される。原子炉運転温度以下では、これら
の遷移元素は大凡の組成Ｚｒ（ＣｒＦｅ）₂又はＺｒ
（ＮｉＦｅ）を有する小さい金属内粒子の形で存在す
る。

【００１８】本発明において、一定の合金元素のジルコ
ニウムへの添加は合金処理的に改良された強度及びクリ
ープ抵抗をもたらすことが判明した。より詳細には、ビ
スマス約１．５〜６重量％及びモリブデン、錫及びニオ
ブからなる群から選択される元素または元素の混合物約
１〜４重量％、ニオブ０．５〜３重量％及び／又はモリ
ブデン０．５〜１．５重量％の添加、残余のジルコニウ
ムは、強度及びクリープ抵抗において著しい改良点を有
する合金を提供する。

【００１９】本発明によれば、高い強度及び改良された
クリープ挙動並びに減少した寄生中性子吸収を有する２
層クラッディングチューブの内部層又は３層以上のクラ
ッディングチューブの内部層として使用するための合金
は、ビスマス（Ｂｉ）１．５〜６重量％の添加物を有す
るジルコニウムからなる。錫に類似して、ビスマスは固
溶強化剤である。ジルコニウムの原子半径は０．１６０
２ｎｍであるのに対して、ビスマスの原子半径は０．１
７００ｎｍである。このことがビスマスを錫に類似した
代用合金元素にする。合金元素としてビスマスを使用す
る付加的な利点は、その極めて低い熱中性子断面積にあ
る、即ちジルコニウムの熱中性子断面積は０．１８４バ
ーンであるのに対して、ビスマスの該断面積は０．０３
４バーンである。錫の熱中性子断面積は、０．６１０バ
ーンである。錫のジルコニウムへの添加は、純粋なジル
コニウム金属の寄生中性子吸収を越える程合金の寄生中
性子吸収を増大するが、ビスマスの添加は、ジルコニウ
ム金属又はジルカロイのいずれかに比して該合金による
寄生中性子吸収を低下させる。

【００２０】以下の合金元素の濃度レベルを有するジル
コニウム合金は、ジルカロイ及びジルコニウムよりも高
い降伏強さ及びクリープ抵抗を有する。

【００２１】Ｉ．三元合金ａ．ビスマス３〜６重量％、及びモリブデン、残余のジ
ルコニウム、有利にはモリブデン０．５〜１．５重量％
を有するジルコニウム−ビスマス−モリブデン合金ｂ．錫１〜４重量％及びビスマス１．５〜６重量％、残
余のジルコニウムを有するジルコニウム−ビスマス−錫
合金 II．四元合金ａ．（Ａ）ビスマス３〜６重量％、及びモリブデン及び
ニオブ、残余のジルコニウム、有利にはモリブデン０．
５〜１．５重量％及びニオブ０．５〜３重量％を有する
ジルコニウム−ビスマス−モリブデン−ニオブ合金及び（Ｂ）ビスマス１．５〜３重量％、ニオブ０．５〜３．
０重量％及びモリブデン０．５〜１．５重量％、残余の
ジルコニウムを有し、この場合モリブデンとニオブの和
は１．５重量％よりも大である、ジルコニウム−ビスマ
ス−モリブデン−ニオブ合金ｂ．錫１〜４重量％、ビスマス１．５〜６重量％、及び
モリブデン、残余のジルコニウム、有利にはモリブデン
０．５〜１．５重量％を有するジルコニウム−ビスマス
−モリブデン−錫合金 III.五元合金ａ．錫１〜４重量％、ビスマス１．５〜６重量％、及び
モリブデン及びニオブ、残余のジルコニウム、有利には
モリブデン０．５〜１．５重量％及びニオブ０．５〜３
重量％を有するジルコニウム−ビスマス−モリブデン−
錫−ニオブ合金。

【００２２】前記の全ての合金は、更に、付加的な強度
及びグレイン改良目的のためにほぼ０．１重量％まで珪
素を含有していてもよい。有利な実施態様においては、
最低珪素含量は０．００８重量％（８０ｐｐｍ）である
べきである。これらの合金は、またグレイン寸法調節の
ために炭素ほぼ０．００８〜０．０２重量％（８０〜２
００ｐｐｍ）を含有していてもよい。前記合金中の酸素
レベルは、低温度強度を合金に付与するために０．０６
〜０．１８重量％（６００〜８００ｐｐｍ）及び有利に
は０．０６〜０．０９重量％（６００〜９００ｐｐｍ）
の範囲内に入るように調整することができる。

【００２３】図面に関して、図１は、下部結合板１２、
ガイドチューブ１４、半径方向で間隔を有しかつガイド
チューブに沿って間隔を有してスペーサグリッド１６に
より支持された核燃料棒１８、計装チューブ２８、及び
ガイドチューブの上端部に結合された上部結合板２６か
らなる加圧水形原子炉（ＰＷＲ）のために核燃料アセン
ブリ１０を示す。融合反応の制御を助成するために使用
される制御棒は、原子炉運転中にガイドチューブ内に配
置されるが、図示されていない。それぞれの燃料棒１８
は一般に金属製の燃料棒クラッディング１１０（１２
０）を有し、該クラッディング内部に融合可能な材料か
らなる核燃料ペレット８０、並びに金属製管状燃料棒ク
ラッディング内部に核燃料ペレットを気密シールする上
端プラグ２２及び下端プラグ２４が存在する。燃料ペレ
ットの位置を積み重ねた相対関係で維持するために、燃
料棒内部の上端プラグ２２と燃料ペレット８０の間にコ
イルばね部材が配置されていてもよい。

【００２４】図２には、本発明の技術思想に基づき構成
された図１に示されているようなＰＷＲのための核燃料
棒の横断面図が略示されており、該核燃料棒は、耐食性
ジルコニウム及び／又はジルコニウム合金から構成され
た外部層１１１と、外部層１１１の内壁１１３に冶金学
的に結合されかつ実質的にモリブデン、及びビスマス３
〜６重量％及び残余のジルコニウムからなり、この場合
有利にはモリブデンの量は０．５〜１．５重量％の範囲
内にあるジルコニウム合金から構成された内部層１１４
とからなる複合クラッディング１１０を有する。

【００２５】別の実施例においては、内部層１１４は、
実質的にモリブデン、ニオブ、及びビスマス３〜６重量
％及び残余のジルコニウムからなり、この場合有利には
モリブデンの量は０．５〜１．５重量％の範囲内にあり
かつニオブの量は０．５〜３重量％の範囲内にある別の
ジルコニウム合金から形成されている。

【００２６】もう１つの実施例では、内部層１１４は、
実質的にビスマス１．５〜６重量％及び錫１〜４重量
％、残余のジルコニウムからなるジルコニウム合金から
構成されている。

【００２７】もう１つの実施例では、内部層１１４は、
実質的にモリブデン及びビスマス１．５〜６重量％及び
錫１〜４重量％、残余のジルコニウムからなるジルコニ
ウム合金から構成されている。

【００２８】もう１つの実施例では、内部層１１４は、
実質的にモリブデン、ニオブ、及びビスマス１．５〜６
重量％及び錫１〜４重量％、残余のジルコニウムからな
り、この場合有利にはモリブデンの量は０．５〜１．５
重量％の範囲内にありかつニオブの量は０．５〜３重量
％の範囲内にあるジルコニウム合金から構成されてい
る。

【００２９】もう１つの実施例では、内部層は、実質的
にビスマス１．５〜３重量％、ニオブ０．５〜３重量
％、モリブデン０．５〜１．５重量％、残余のジルコニ
ウムからなり、この場合ニオブとモリブデンの和は１．
５重量％より大であるジルコニウム合金から構成されて
いる。

【００３０】図３には、本発明の技術思想に基づき構成
された図１に示されているようなＰＷＲのための核燃料
棒の横断面図が略示されており、該核燃料棒は、耐食性
ジルコニウム及び／又はジルコニウム合金から構成され
た外部層１２１と、高強度のジルコニウム合金から構成
された内部層１２４と、内部層１２４の内部面１２６に
冶金学的に結合された最内層１２７又はライナーから構
成された複合クラッディング１２０を有する。

【００３１】本発明によれば、複合クラッディング１２
０の内部層１２４は、実質的にモリブデン、及びビスマ
ス３〜６重量％及び残余のジルコニウムからなり、この
場合有利にはモリブデンの量は０．５〜１．５重量％の
範囲内にある高強度のジルコニウム合金から構成されて
いる。

【００３２】別の実施例においては、内部層１２４は、
実質的にモリブデン、ニオブ、及びビスマス３〜６重量
％及び残余のジルコニウムからなり、この場合有利には
モリブデンの量は０．５〜１．５重量％の範囲内にあり
かつニオブの量は０．５〜３重量％の範囲内にある別の
ジルコニウム合金から形成されている。

【００３３】もう１つの実施例では、内部層１２４は、
実質的にビスマス１．５〜６重量％及び錫１〜４重量
％、残余のジルコニウムからなるジルコニウム合金から
構成されている。

【００３４】もう１つの実施例では、内部層１２４は、
実質的にモリブデン、及びビスマス１．５〜６重量％及
び錫１〜４重量％、残余のジルコニウムからなるジルコ
ニウム合金から構成されている。

【００３５】もう１つの実施例では、内部層１２４は、
実質的にモリブデン、ニオブ、及びビスマス１．５〜６
重量％及び錫１〜４重量％、残余のジルコニウムからな
り、この場合有利にはモリブデンの量は０．５〜１．５
重量％の範囲内にありかつニオブの量は０．５〜３重量
％の範囲内にあるジルコニウム合金から構成されてい
る。

【００３６】もう１つの実施例では、内部層１２４は、
実質的にビスマス１．５〜３重量％、ニオブ０．５〜３
重量％、モリブデン０．５〜１．５重量％、残余のジル
コニウムからなり、この場合ニオブとモリブデンの和は
１．５重量％より大であるジルコニウム合金から構成さ
れている。

【００３７】ペレットクラッディング相互作用（ＰＣ
Ｉ）により誘発される欠陥に対する付加的な保護のため
に、最内層１２７は、ジルコニウムもしくはジルコニウ
ム合金、又は別の金属からなっていよもく、かつ有利に
は純粋もしくはスポンジ状ジルコニウム又は鉄約０．４
重量％を有する希釈されたジルコニウム鉄合金からな
る。

【００３８】ここまでの記載及び図面は本発明の有利な
実施例を示すものであり、当業者にとっては、本発明の
真の思想及び範囲から逸脱することなく種々の変更及び
修正を行うことができることは自明なことである。

【図面の簡単な説明】

【図１】加圧水形原子炉のために核燃料アセンブリの側
面立面図であり、この場合該アセンブリは高さが短縮さ
れている。

【図２】例えば図１の燃料アセンブリにおいて示されか
つ２層からなる複合二重クラッディングを有する核燃料
棒の略示横断面図である。

【図３】例えば図１の燃料アセンブリにおいて示されか
つ３層からなる複合三重クラッディングを有する核燃料
棒の略示横断面図である。

【符号の説明】

１０核燃料アセンブリ、１２下部結合板、１４
ガイドチューブ、１６スペーサグリッド、１８
核燃料棒、２２上端プラグ、２４下端プラグ、
２６下部結合板、２８実装チューブ、８０核
燃料ペレット１１０（１２０）金属製の管状燃料棒クラッディン
グ、１１１（１２１）外部層、１１３外部層の内
壁、１１４（１２４）内部層、１２７最内層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】加圧水形原子炉用の核燃料棒において、核燃料を収容するための細長い中空の金属製管状クラッ
ディングを有し、該管状クラッディングは外壁及び内壁
を有しかつジルコニウム合金から形成された外部管状層
と、前記外部管状層の内壁に結合されかつ実質的にビス
マス１．５〜3重量％、ニオブ０．５〜３重量％、モリ
ブデン０．５〜１．５重量％、残余のジルコニウムから
なり、この場合ニオブとモリブデンの和は１．５重量％
より大であるジルコニウム合金から形成された内部管状
層とからなり、かつ更に管状クラッディング内に配置さ
れた核燃料材料の本体及び金属製管状クラッディングを
気密シールするための管状クラッディングの両端部のシ
ール手段を有することを特徴とする、加圧水形原子炉用
の核燃料棒。
【請求項２】管状クラッディングが更に内部層の内壁
に結合された最内層を有する、請求項１記載の核燃料
棒。
【請求項３】最内層がジルコニウム及びジルコニウム
合金からなる群から選択される金属から形成されてい
る、請求項２記載の核燃料棒。
【請求項４】加圧水形原子炉用の核燃料棒において、核燃料を収容するための細長い中空の金属製管状クラッ
ディングを有し、該管状クラッディングは外壁及び内壁
を有しかつジルコニウム合金から形成された外部管状層
と、前記外部管状層の内壁に結合されかつ実質的にモリ
ブデン、及びビスマス３〜６重量％、残余のジルコニウ
ムからなる高強度のジルコニウム合金から形成された内
部管状層とからなり、かつ更に管状クラッディング内に
配置された核燃料材料の本体及び金属製管状クラッディ
ングを気密シールするための管状クラッディングの両端
部のシール手段を有することを特徴とする、加圧水形原
子炉用の核燃料棒。
【請求項５】モリブデンの量が０．５〜１．５重量％
の範囲内にある、請求項４記載の核燃料棒。
【請求項６】更に実質的にニオブからなる、請求項４
記載の核燃料棒。
【請求項７】モリブデンの量が０．５〜１．５重量％
の範囲内にある、請求項６記載の核燃料棒。
【請求項８】ニオブの量が０．５〜３重量％の範囲内
にある、請求項７記載の燃料棒。
【請求項９】管状クラッディングが更に内部層の内壁
に結合された最内層を有する、請求項４記載の核燃料
棒。
【請求項１０】最内層がジルコニウム及びジルコニウ
ム合金からなる群から選択される金属から形成されてい
る、請求項９記載の核燃料棒。
【請求項１１】核燃料材料の本体がウラン、プルトニ
ウム、トリウム及びそれらの混合物からなる群から選択
され、容器と核燃料の本体との間にギャップ及びクラッ
ディングの一方端部に内部キャビティーを残すように管
状クラッディング内に配置及び部分的に充填されてお
り、かつ更にキャビティー内に配置された核燃料保持手
段を有する、請求項４記載の核燃料棒。
【請求項１２】加圧水形原子炉用の核燃料棒におい
て、核燃料を収容するための細長い中空の金属製管状クラッ
ディングを有し、該管状クラッディングは外壁及び内壁
を有しかつジルコニウム合金から形成された外部管状層
と、前記外部管状層の内壁に結合されかつ実質的にビス
マス１．５〜６量％及び錫１〜４重量％、残余のジルコ
ニウムからなるジルコニウム合金から形成された内部管
状層とからなり、かつ更に管状クラッディング内に配置
された核燃料材料の本体及び金属製管状クラッディング
を気密シールするための管状クラッディングの両端部の
シール手段を有することを特徴とする、加圧水形原子炉
用の核燃料棒。
【請求項１３】ジルコニウム合金が更に実質的にモリ
ブデンからなる、請求項１２記載の核燃料棒。
【請求項１４】ジルコニウム合金が実質的にニオブか
らなる、請求項１３記載の核燃料棒。
【請求項１５】モリブデンの量が０．５〜１．５重量
％の範囲内にある、請求項１４記載の核燃料棒。
【請求項１６】ニオブの量が０．５〜３重量％の範囲
内にある、請求項１４記載の核燃料棒。
【請求項１７】管状クラッディングが更に内部層の内
壁に結合された最内層を有する、請求項１２記載の核燃
料棒。
【請求項１８】最内層がジルコニウム及びジルコニウ
ム合金からなる群から選択される金属から形成されてい
る、請求項１７記載の核燃料棒。