JPS58132689A - 核燃料棒 - Google Patents
核燃料棒Info
- Publication number
- JPS58132689A JPS58132689A JP57014872A JP1487282A JPS58132689A JP S58132689 A JPS58132689 A JP S58132689A JP 57014872 A JP57014872 A JP 57014872A JP 1487282 A JP1487282 A JP 1487282A JP S58132689 A JPS58132689 A JP S58132689A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- nuclear fuel
- cladding tube
- tube
- cladding
- fuel rod
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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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
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Landscapes
- Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は核燃料棒に係シ、特に原子力発電プラントの原
子炉に用いるのに好適な核燃料棒に間中るものである。
子炉に用いるのに好適な核燃料棒に間中るものである。
核燃料棒は通常、第１図に示すように被覆管１内に複数
個の核燃料ペレット２を積層収納するとともに被覆管１
の両端開口を端＠３ｍ＋、３ｂで密對したものとなって
いる。上記核燃料ペレット２は核分裂性の酸化物燃料粉
末を例えば長さと直径との比が約１０円柱状ペレットに
成製焼結したものである。なお、第１図中、４は被覆管
ｌ内にガス溜め用プレナム５を形成する機能と核燃料ペ
レット８を安定に支持する機能とを果すスプリングを示
している。
個の核燃料ペレット２を積層収納するとともに被覆管１
の両端開口を端＠３ｍ＋、３ｂで密對したものとなって
いる。上記核燃料ペレット２は核分裂性の酸化物燃料粉
末を例えば長さと直径との比が約１０円柱状ペレットに
成製焼結したものである。なお、第１図中、４は被覆管
ｌ内にガス溜め用プレナム５を形成する機能と核燃料ペ
レット８を安定に支持する機能とを果すスプリングを示
している。
とζろで、上記のように構成され九核燃料棒において、
被覆管ＩＫは、核燃料ペレット２と冷却材との接触およ
び化学反応を阻止する機能と、燃料から放出される放射
性核分裂生成物が冷却材中に混入するのを阻止する機能
とが要求される。し九がって、このような機能を満足し
ない被覆管、つｔＣ被覆管が破損し九ような場合には、
冷却系プラントの放射能レベルが上昇し、安全を確保す
る丸めに原子炉の運転を停止させなければならないこと
４考えられ、原子カプラント全体の稼動率を低下させる
ことになシ、好ましくない。
被覆管ＩＫは、核燃料ペレット２と冷却材との接触およ
び化学反応を阻止する機能と、燃料から放出される放射
性核分裂生成物が冷却材中に混入するのを阻止する機能
とが要求される。し九がって、このような機能を満足し
ない被覆管、つｔＣ被覆管が破損し九ような場合には、
冷却系プラントの放射能レベルが上昇し、安全を確保す
る丸めに原子炉の運転を停止させなければならないこと
４考えられ、原子カプラント全体の稼動率を低下させる
ことになシ、好ましくない。
水冷蓋原子炉に用いられる核燃料棒の被覆管は、一般に
ジルコニウムおよびその合金系で形成されている。ジル
コニウムおよびその合金は、中性子吸収断画積が小さく
、かつ約４００Ｃ以下の温度で強靭で延性が良く、シか
も冷却材として用いられる水蒸気とも反応しない安定し
た特性を有している。
ジルコニウムおよびその合金系で形成されている。ジル
コニウムおよびその合金は、中性子吸収断画積が小さく
、かつ約４００Ｃ以下の温度で強靭で延性が良く、シか
も冷却材として用いられる水蒸気とも反応しない安定し
た特性を有している。
しかしながら、現在までの運転経験によると、ジルコニ
ウムおよびその合金で形成された被覆管であっても、中
性子照射を受けることによる材料強度、の低下および被
分裂生成物との化学反応による腐食などの相互作用に基
づく脆性割れを発生する可能性がある。
ウムおよびその合金で形成された被覆管であっても、中
性子照射を受けることによる材料強度、の低下および被
分裂生成物との化学反応による腐食などの相互作用に基
づく脆性割れを発生する可能性がある。
このような望ましくない現象は次のようＫして発生する
ものと考えられる。すなわち、核燃料ペレット２で発生
した熱を被覆管１の外表面に効率よく伝えるには、被覆
管１の内側面と核燃料ペレット２との間に形成されるギ
ャップを約１００建クロン以下に設定する必要がある。
ものと考えられる。すなわち、核燃料ペレット２で発生
した熱を被覆管１の外表面に効率よく伝えるには、被覆
管１の内側面と核燃料ペレット２との間に形成されるギ
ャップを約１００建クロン以下に設定する必要がある。
一方、運転時には核燃料ペレット２が発熱するのでベレ
ット１青が熱応力で割れ、その破面のくい違いや、さら
には燃焼とともに核燃料ペレット内に核分裂生成物が蓄
積して起こる体積−張などが原因して第２図に示すよう
に被覆管１が核燃料ペレット２によって押し拡げられ応
力を栄、ける、被覆管１が受ける歪の馬方向の平均値は
さ＃１ど大きくはないが、被燃料ベレット２と被覆管１
との界面摩擦力によシ核燃料ベレット２に生じたクラッ
ク６近傍の被覆管内面に歪が集中し、この歪紘降伏応力
以上に達する。さらに、核分裂に伴なって核燃料ペレッ
ト２から璽つ素および冒り素化合物、セシウムおよびセ
シウム化合物などの腐食性ガスが発生し、こＯ腐食性ガ
スは被覆管ｌ内の自由空間、すなわち、り２ツク６など
に集まる。つまシ、被覆管ｌの４１に歪が集中している
部分近傍に腐食性ガスが集〉島く、この部分を起点にし
て、たとえば応力腐食割れと呼称される脆性破壊現象が
発生する。
ット１青が熱応力で割れ、その破面のくい違いや、さら
には燃焼とともに核燃料ペレット内に核分裂生成物が蓄
積して起こる体積−張などが原因して第２図に示すよう
に被覆管１が核燃料ペレット２によって押し拡げられ応
力を栄、ける、被覆管１が受ける歪の馬方向の平均値は
さ＃１ど大きくはないが、被燃料ベレット２と被覆管１
との界面摩擦力によシ核燃料ベレット２に生じたクラッ
ク６近傍の被覆管内面に歪が集中し、この歪紘降伏応力
以上に達する。さらに、核分裂に伴なって核燃料ペレッ
ト２から璽つ素および冒り素化合物、セシウムおよびセ
シウム化合物などの腐食性ガスが発生し、こＯ腐食性ガ
スは被覆管ｌ内の自由空間、すなわち、り２ツク６など
に集まる。つまシ、被覆管ｌの４１に歪が集中している
部分近傍に腐食性ガスが集〉島く、この部分を起点にし
て、たとえば応力腐食割れと呼称される脆性破壊現象が
発生する。
ところで、現在のところ、これらの好ましくない被覆管
１の割れを完全に防止するに至っていない、ζζで、従
来のジルコニウム合金被覆管の製造ｌ１を第３ＥＫよシ
簡単に説明する。外径６０■、内１１４Ｇ−程度の熱間
押出し素管を室温で圧延し、外径および肉厚を小さくし
てから真空中で再績晶温度で焼鈍する。この工程を中間
圧延、中間焼鈍と呼んでいる。その後、室温で最終的に
圧延し、所定の製品寸法に仕上げる。最終焼鈍は、被覆
管に対してさらに大きい強度を要求される場合には、５
ｏｏｃ前後の温度で行い、破断延性が大きいことを重視
される場合には、５ｓｏｃ以上の温度で真空中でおいて
行うのが普通である。ジルカロイの金属組織は、ジルコ
ニウム結晶間に他の金属が金属間化合物として分散した
状態になっている。なお、ジルコニウム結晶は、最密六
方晶であり、大径厚内の押出し素管から薄肉管に室温で
圧延加工を施すと、六方晶の結晶軸が一定方向に集中的
に配列して、いわゆる集合組織を形成する。第４図は集
合組織の形成の仕方を模式的に示し九図である。ジルコ
ニウム単結晶のＣ軸方向の傾きは、第４図に示すように
、被覆管の円周（接線）方向からの角度−と、被覆管の
半径方向からの角度−とで表わす、上記のように圧延方
法で作られ九被覆管から薄膜試験片を採取し、Ｘ線回折
法によシ結晶の底面７（Ｃ軸の方向）の配列を測定した
結果の一例を極点図で示すと第５図に示すようになる。
１の割れを完全に防止するに至っていない、ζζで、従
来のジルコニウム合金被覆管の製造ｌ１を第３ＥＫよシ
簡単に説明する。外径６０■、内１１４Ｇ−程度の熱間
押出し素管を室温で圧延し、外径および肉厚を小さくし
てから真空中で再績晶温度で焼鈍する。この工程を中間
圧延、中間焼鈍と呼んでいる。その後、室温で最終的に
圧延し、所定の製品寸法に仕上げる。最終焼鈍は、被覆
管に対してさらに大きい強度を要求される場合には、５
ｏｏｃ前後の温度で行い、破断延性が大きいことを重視
される場合には、５ｓｏｃ以上の温度で真空中でおいて
行うのが普通である。ジルカロイの金属組織は、ジルコ
ニウム結晶間に他の金属が金属間化合物として分散した
状態になっている。なお、ジルコニウム結晶は、最密六
方晶であり、大径厚内の押出し素管から薄肉管に室温で
圧延加工を施すと、六方晶の結晶軸が一定方向に集中的
に配列して、いわゆる集合組織を形成する。第４図は集
合組織の形成の仕方を模式的に示し九図である。ジルコ
ニウム単結晶のＣ軸方向の傾きは、第４図に示すように
、被覆管の円周（接線）方向からの角度−と、被覆管の
半径方向からの角度−とで表わす、上記のように圧延方
法で作られ九被覆管から薄膜試験片を採取し、Ｘ線回折
法によシ結晶の底面７（Ｃ軸の方向）の配列を測定した
結果の一例を極点図で示すと第５図に示すようになる。
極点図とは、回折Ｘ線の強度を平均値の倍率で表わし、
同じ倍率にある角度位置を等高線で結んだものである。
同じ倍率にある角度位置を等高線で結んだものである。
したがって、等高線の輪の中央はど大きい強度となるこ
とを示す、第４図と第Ｓ図とから考察すると、従来技術
で製造し九被覆管では、ジルコニウムの結晶のＣ軸は、
管の半径方向に対して分散配列となるが、長手方向およ
び円周方向を示す線に対しては対称に分散し、しかも、
管の長さ方向に傾く割合は少なく、円周方向に傾きやす
い、すなわち、第４図において、ｄは零、−は２０〜３
０°に傾いている結晶が最４多いことが第５図かられか
る。
とを示す、第４図と第Ｓ図とから考察すると、従来技術
で製造し九被覆管では、ジルコニウムの結晶のＣ軸は、
管の半径方向に対して分散配列となるが、長手方向およ
び円周方向を示す線に対しては対称に分散し、しかも、
管の長さ方向に傾く割合は少なく、円周方向に傾きやす
い、すなわち、第４図において、ｄは零、−は２０〜３
０°に傾いている結晶が最４多いことが第５図かられか
る。
本発−は以上の事情に鑑みてなされたもので、その目的
とするところは腐食性ガス中において、燃料との相互作
用によプ被覆管に応力が作用し九場合、被覆管の応力腐
食割れを起こす確率が大幅に低く、破損確率の低い信頼
性に富んだ核燃料棒を提供することＫある。
とするところは腐食性ガス中において、燃料との相互作
用によプ被覆管に応力が作用し九場合、被覆管の応力腐
食割れを起こす確率が大幅に低く、破損確率の低い信頼
性に富んだ核燃料棒を提供することＫある。
本発明の特徴は、製造時に軸対称ねじシ加工を施し九ジ
ルツエウム合金系材料よシなる被覆管を用い九核燃料棒
とした点にある。
ルツエウム合金系材料よシなる被覆管を用い九核燃料棒
とした点にある。
以下本発明を第６図、第７図を用いて詳細に説明する。
核分裂によって生じ九腐食性ガ一による核燃料棒の被覆
管の脆性割れの起し申す−８（８ＣＣ感受性）は、最近
の研究によれば、ジルコニウム単結晶の底面の方向と応
力の方向とに重要な相関関係があることが明らかＫなっ
ている。すなわち、被横管の脆性割れ（８ＣＣ）は、ジ
ルコニウム単結晶の底面に垂直方向の引張シ応力が作用
することによシ、その底面にへ自開割れが生ずることが
わかってきた。そζで、被覆管の最大応力方向である円
周方向とジルコニウム単結晶のＣ軸方向とができるだけ
一致しないように、被覆管を構成しているジルコニウム
単結晶の方向を調整するようにして、ＳＣＣ発生の頻度
を低減するようにし九。
管の脆性割れの起し申す−８（８ＣＣ感受性）は、最近
の研究によれば、ジルコニウム単結晶の底面の方向と応
力の方向とに重要な相関関係があることが明らかＫなっ
ている。すなわち、被横管の脆性割れ（８ＣＣ）は、ジ
ルコニウム単結晶の底面に垂直方向の引張シ応力が作用
することによシ、その底面にへ自開割れが生ずることが
わかってきた。そζで、被覆管の最大応力方向である円
周方向とジルコニウム単結晶のＣ軸方向とができるだけ
一致しないように、被覆管を構成しているジルコニウム
単結晶の方向を調整するようにして、ＳＣＣ発生の頻度
を低減するようにし九。
以下実施例について説明する。第３図に示し九従来の被
覆管の加工方法での圧嬌工鵬において、本発明において
は、強制的に一定方向のねじシ加工を加えるようにし九
、すなわち、中間圧延工程において２ｘ／ｃｓｍ以上、
また、最終圧延工程においても２ ｗ／ａｍ以上のねじ
ｐ加工を与えなからジルコニウム合金の熱間押出し素管
を圧延するようにし九。
覆管の加工方法での圧嬌工鵬において、本発明において
は、強制的に一定方向のねじシ加工を加えるようにし九
、すなわち、中間圧延工程において２ｘ／ｃｓｍ以上、
また、最終圧延工程においても２ ｗ／ａｍ以上のねじ
ｐ加工を与えなからジルコニウム合金の熱間押出し素管
を圧延するようにし九。
このようにして製造した被覆管の集合組織を調べる丸め
、薄肉試料のＸＳ回折を行った結果、第６図に示す集合
組織図を得た。この測定例では、Ｃ軸方向は従来の被覆
管と同様、半径方向から約３０＠傾いているが、従来管
とは異なシＣ軸は被覆管の円周方向に対して対称的に分
散していない。
、薄肉試料のＸＳ回折を行った結果、第６図に示す集合
組織図を得た。この測定例では、Ｃ軸方向は従来の被覆
管と同様、半径方向から約３０＠傾いているが、従来管
とは異なシＣ軸は被覆管の円周方向に対して対称的に分
散していない。
そして従来管のαが０６であるのに対して、αは約２０
”円周方向から長手方向に傾いている。なお、被覆管と
して製造時に軸対称ねじシ加工をし九ジルーニウム合金
系被覆管を用いである以外は、核燃料棒としての構成は
、第１図と同様である。
”円周方向から長手方向に傾いている。なお、被覆管と
して製造時に軸対称ねじシ加工をし九ジルーニウム合金
系被覆管を用いである以外は、核燃料棒としての構成は
、第１図と同様である。
このようＫして製造し九被覆管の特性を調べるため、被
覆管内に中空の核燃料ベレットを挿入するとと４に、核
燃料ベレットの中空部に円柱状の純アル電エクム棒を充
填し、璽つ素濃度約１ｍｇ／／−ＩＩ−温１１３５Ｇｃ
の雰囲気下で上記アル１＝ウム棒を長手方向に圧縮し、
中空の核燃料ベレットを半径方向に膨張させることによ
って、炉内の被覆管に発生する円周方向応力を模擬し九
、そして、このときに被覆管に生じる平均歪と破損を生
じる確率との関係を模擬試験によって求め九。その結果
を第７図に示しである。第７図において、−一８は本発
明に係る被覆管の場合の特性で、曲線９は比較のために
求めた従来使用されている被覆管の場合の特性である。
覆管内に中空の核燃料ベレットを挿入するとと４に、核
燃料ベレットの中空部に円柱状の純アル電エクム棒を充
填し、璽つ素濃度約１ｍｇ／／−ＩＩ−温１１３５Ｇｃ
の雰囲気下で上記アル１＝ウム棒を長手方向に圧縮し、
中空の核燃料ベレットを半径方向に膨張させることによ
って、炉内の被覆管に発生する円周方向応力を模擬し九
、そして、このときに被覆管に生じる平均歪と破損を生
じる確率との関係を模擬試験によって求め九。その結果
を第７図に示しである。第７図において、−一８は本発
明に係る被覆管の場合の特性で、曲線９は比較のために
求めた従来使用されている被覆管の場合の特性である。
この結果かられかるように、本発明に係る被覆管は、応
力腐食割れに対する抵抗力が、従来のものよシ大きく、
大きな変形まで許容し得る。つまり、結晶軸方向を調整
し九本発明に係る被覆管は、被覆管の脆性割れに対する
抵抗力が大きい。
力腐食割れに対する抵抗力が、従来のものよシ大きく、
大きな変形まで許容し得る。つまり、結晶軸方向を調整
し九本発明に係る被覆管は、被覆管の脆性割れに対する
抵抗力が大きい。
なお、本発明はジルカロイ−２製の被覆管に限らず、ジ
ルカロイ−４などＯ他のジルコニウム合金系で形成され
九被覆管にも適用できる。
ルカロイ−４などＯ他のジルコニウム合金系で形成され
九被覆管にも適用できる。
以上説明したように、本発明によれば、従来のものに比
較して被覆管の応力腐食割れを起し難く、信頼性に富ん
だ核燃料棒を提供できるという効果がある。
較して被覆管の応力腐食割れを起し難く、信頼性に富ん
だ核燃料棒を提供できるという効果がある。
第１１Ｉは核燃料棒の縦断面図、第２図は核燃料棒に起
シ中すい問題点を説明する丸めの切り欠いた縦断面を示
す斜視図、第３図は従来の被覆管の製造工稠例を示すフ
ローチャート、第４図は被覆管内のジル；ニウム単結晶
の方向を示す模式図、第５図は従来の被覆管内のジルコ
ニウム単結晶方向を示す集合組織図、第６図は本発明に
係るねじ）加工を与え九被覆管内のジルコニウム単結晶
方向を示す集金組織図、第７図は本発明に係る被覆管と
従来Ｏ被覆管との平均歪と割れ発生確率との関係を示す
線図である。 １・・・被覆管ｓ ２ｍ−燃料ペレット、３畠、３ｂ・
・・端橙、４−スプリング。 ′Ｖ−１口 茅３ 日墾
シ中すい問題点を説明する丸めの切り欠いた縦断面を示
す斜視図、第３図は従来の被覆管の製造工稠例を示すフ
ローチャート、第４図は被覆管内のジル；ニウム単結晶
の方向を示す模式図、第５図は従来の被覆管内のジルコ
ニウム単結晶方向を示す集合組織図、第６図は本発明に
係るねじ）加工を与え九被覆管内のジルコニウム単結晶
方向を示す集金組織図、第７図は本発明に係る被覆管と
従来Ｏ被覆管との平均歪と割れ発生確率との関係を示す
線図である。 １・・・被覆管ｓ ２ｍ−燃料ペレット、３畠、３ｂ・
・・端橙、４−スプリング。 ′Ｖ−１口 茅３ 日墾
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、ジルコニウム合金系被覆管内に核燃料ペレットが収
納され前記被覆管の両端開口を密閉してなる核燃料棒に
おいて、前記被覆管が製造時に軸対称ね、じシ加工を施
したジル；ニラ五合金系材料で構成しであることを特徴
とする核燃料棒。 ２、前記被覆管はＣ軸分布の対称７面が管円周方向にな
く、円周方向から管長手方向に約２０°以上傾いている
特許請求の範囲第１項記載の核燃料棒。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57014872A JPS58132689A (ja) | 1982-02-03 | 1982-02-03 | 核燃料棒 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57014872A JPS58132689A (ja) | 1982-02-03 | 1982-02-03 | 核燃料棒 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58132689A true JPS58132689A (ja) | 1983-08-08 |
Family
ID=11873102
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57014872A Pending JPS58132689A (ja) | 1982-02-03 | 1982-02-03 | 核燃料棒 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58132689A (ja) |
-
1982
- 1982-02-03 JP JP57014872A patent/JPS58132689A/ja active Pending
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