JPS58199836A - Zirconium alloy diaphragm with improved anticorrosion - Google Patents

Zirconium alloy diaphragm with improved anticorrosion

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JPS58199836A
JPS58199836A JP57227826A JP22782682A JPS58199836A JP S58199836 A JPS58199836 A JP S58199836A JP 57227826 A JP57227826 A JP 57227826A JP 22782682 A JP22782682 A JP 22782682A JP S58199836 A JPS58199836 A JP S58199836A
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zirconium
zirconium alloy
fuel
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iron
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ロナルド・バ−ト・アダムソン
ハ−マン・ソロモン・ロ−ゼンバオム
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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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は原子炉の炉心内において使用すべき燃料要素の
改良に関するもので、更に詳しく言えば、鉄、クロム、
鉄+クロム、および銅の中から選ばれた金属とジルコニ
ウムとから成りかつジルコニウム合金製被覆基体の内面
に接合された希薄ジルコニウム合金の金属ライナを有す
る複合被覆容器を含む改良された燃料要素に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to improvements in fuel elements for use in the core of nuclear reactors, and more particularly to improvements in fuel elements for use in the core of nuclear reactors.
An improved fuel element comprising a composite cladding vessel comprising a metal selected from iron plus chromium and copper and zirconium and having a metal liner of a lean zirconium alloy bonded to the inner surface of a zirconium alloy cladding substrate.

発明の背景      。Background of the invention.

現在設計され、建設され、かつ運転されている原子炉に
おいては、核燃料は板状、管状または棒状のごとき様々
々幾何学的形状を持った燃料要素中に含まれている。こ
の場合、核燃料は耐食性、非反応性かつ熱伝導性の容器
または被覆材の中に収容されるのが通例である。かかる
燃料要素を冷却材流通用のチャネルボックス内に一定の
間隔で格子状に組立てることによって燃料集合体が形成
され、次いで十分な数の燃料集合体を組合わせることに
よって持続核分裂反応の可能な核分裂連鎖反応系すなわ
ち炉心が形成される。このような炉心は原子炉容器の内
部に収容され、そしてその原子炉容器を通して冷却材が
流される。
In nuclear reactors currently designed, constructed, and in operation, nuclear fuel is contained in fuel elements of various geometric shapes, such as plates, tubes, or rods. In this case, the nuclear fuel is typically contained in a corrosion-resistant, non-reactive and thermally conductive container or cladding. Fuel assemblies are formed by assembling such fuel elements in a lattice pattern at regular intervals within a channel box for coolant flow, and then a sufficient number of fuel assemblies are combined to produce nuclear fission capable of a sustained fission reaction. A chain reaction system or core is formed. Such a core is housed inside a nuclear reactor vessel, through which coolant is flowed.

上記の被覆材は幾つかの目的に役立つが、主なものを2
つ挙げれば次の通りである。第一には、冷却材、(減速
材が存在する場合ならば)減速材または1(冷却材と減
速材とが存在する場合ならば)それら両者と核燃料との
接触および化学反応を防止するのに役立つ。第二には、
気体状のものをも含む放射性核分裂、化1..成物が核
燃料から冷却材、減速材または(冷却材と減速材とが存
在する場合ならば)それら両者中に放出されるのを防止
するのに役立つ。通常の被覆材としては、ステンレス鋼
、アルミニウムおよびその合金、ジルコニウムおよびそ
の合金、ニオブ(コロンピニウム)、ある種のマグネシ
ウム合金などが挙げられる。被覆材の破損すなわち密閉
性の喪失が起これば、冷却材や減速材および関連系統が
長寿命の放射性生成物で汚染され、そのために発電所の
運転が妨害されることもある。
The above dressings serve several purposes, but the two main ones are
Here are some examples: First, it prevents contact and chemical reactions between the coolant, the moderator (if present), or both (if both coolant and moderator are present) and the nuclear fuel. useful for. Secondly,
Radioactive nuclear fission, including gaseous ones, Chemical 1. .. This serves to prevent products from being released from the nuclear fuel into the coolant, moderator, or both (if both are present). Common coating materials include stainless steel, aluminum and its alloys, zirconium and its alloys, niobium (columpinium), and certain magnesium alloys. If cladding failure or loss of seal occurs, the coolant, moderator, and associated systems may become contaminated with long-lived radioactive products, thereby disrupting power plant operations.

ある種の金属および合金を被覆材として使用する燃料要
素の製造および運転に当っては、特定の情況下でかかる
被覆材が機械的または化学的な反応を示すことに由来す
る幾つかの問題が見出された。ジルコニウムおよびその
合金は、通常の場合ならば優れた核燃料被覆材である。
The manufacture and operation of fuel elements using certain metals and alloys as claddings presents several problems due to the mechanical or chemical reactions of such claddings under certain circumstances. discovered. Zirconium and its alloys are normally excellent nuclear fuel cladding materials.

すなわち、それらは中性子吸収断面積が小さく、シかも
約750下(約398℃)より低い温度下では強靭で延
性に富み、極めて安定であり、かつ原子炉の冷却材およ
び減速材として通例使用される脱イオン水または水蒸気
の存在下でもほとんど反応を起こさない。
That is, they have small neutron absorption cross sections, are tough, ductile, and extremely stable at temperatures below about 750°C (about 398°C), and are commonly used as coolants and moderators in nuclear reactors. Almost no reaction occurs even in the presence of deionized water or steam.

しかるに、燃料要素の性能を試験したところ、核燃料、
被覆材、および核分裂反応に際して生じる核分裂生成物
の間の総合的な相互作用の結果として脆性破裂が起こる
という問題が明らかとなった。また、かかる望ましくな
い性能は、核燃料と被覆材との熱膨張の違いに原因する
機械的応力の局在によって助長されることも見出された
(被覆材中の応力は核燃料中の割れ目に集中するのであ
る)。他方、核燃料から放出される腐食性の核分裂生成
物は核燃料の割れ目と被覆材の内面との交点に蓄積する
。かかる核分裂生成物は原子炉運転時における核分裂連
鎖反応によって核燃料から生成されるものである。こう
して核燃料と被覆材との間の摩擦が大きくなる結果、局
部的な応力は一層増大することになる。
However, when testing the performance of the fuel elements, it was found that nuclear fuel,
It has become clear that brittle rupture occurs as a result of the overall interaction between the cladding material and the fission products produced during the fission reaction. It has also been found that such undesirable performance is exacerbated by the localization of mechanical stress due to differences in thermal expansion between the nuclear fuel and the cladding (stresses in the cladding are concentrated at cracks in the nuclear fuel). ). On the other hand, corrosive fission products released from the nuclear fuel accumulate at the intersections of the nuclear fuel cracks and the inner surface of the cladding. Such nuclear fission products are produced from nuclear fuel by a nuclear fission chain reaction during nuclear reactor operation. As a result of this increased friction between the nuclear fuel and the cladding material, the local stress will further increase.

密閉された燃料要素の内部においては、被覆材とそれの
内部の残留水分との緩徐な反応によって水素ガスが生成
されることがある。かかる水素ガスが蓄積すると、ある
種の条件下では、被覆材の局部的な水素化およびそれに
伴う被覆材の機械内性質の局部的な劣化をもたらし得る
ほどのレベルに達することもある。被覆材はまた、広範
囲の温度下において酸素、窒素、−酸化炭素および二酸
化炭素のよう々ガスからも悪影響を受ける。燃料要素の
ジルコニウム被覆材は、原子炉内での照射に際して上記
のごときガスや核分裂生成物の1種まだは数種に暴露さ
れる。これは、原子炉の冷却材や減速材中にかかるガス
の存在する可能性力;なくても起こるし、また被覆材や
燃料要素の製造時に周囲の雰囲気からかかるガスをでき
るだけ排除したとしても起こる。すなわち、核燃料とし
て使用される耐火性の焼結セラミック組成物(たとえば
二酸化ウランやその他の組成物)は加熱時(たとえば燃
料要素の製造時)にかなりの量の上記ガスを放出し、ま
た照射時には核分裂生成物を放出する。更に、核燃料と
して使用される耐火性の粒状セラミック組成物(たとえ
ば二酸化ウラン粉末やその他の粉末)は照射時に一層多
量の上Beガスを放出することが知られそいる。こうし
て放出されたガスは、核燃料を収容するジルコニウム被
覆材と反応し得るものである。
Inside a sealed fuel element, hydrogen gas may be produced by the slow reaction of the cladding with residual moisture within it. Accumulation of such hydrogen gas can, under certain conditions, reach such levels that it can result in local hydrogenation of the cladding and concomitant local deterioration of the in-machine properties of the cladding. Coatings are also adversely affected by gases such as oxygen, nitrogen, carbon oxides and carbon dioxide over a wide range of temperatures. The zirconium cladding of a fuel element is exposed to one or more of the gases and fission products mentioned above during irradiation within a nuclear reactor. This occurs despite the possible presence of such gases in the reactor coolant and moderator, and even if as much of the gases as possible are excluded from the surrounding atmosphere during the manufacture of the cladding and fuel elements. . That is, refractory sintered ceramic compositions (e.g. uranium dioxide and other compositions) used as nuclear fuels emit significant amounts of these gases when heated (e.g. during the manufacture of fuel elements) and when irradiated. Releases fission products. Furthermore, it is becoming known that refractory particulate ceramic compositions used as nuclear fuels (eg, uranium dioxide powder and other powders) release higher amounts of Be gas upon irradiation. The gases thus released can react with the zirconium cladding containing the nuclear fuel.

以上の説明かられかる通り、原子力発電所の運転に当っ
て燃料要素を使用する期間全体を通じて燃料要素の内側
から被覆材と反応し得る水、水蒸気およびその他のガス
(特に水素)の被覆材に対する作用を抑制することは望
ましいわけである。
As can be seen from the above description, water, water vapor, and other gases (particularly hydrogen) that can react with the cladding from inside the fuel element throughout the period of use of the fuel element in the operation of a nuclear power plant are Therefore, it is desirable to suppress the effect.

そのための方法の一つは、水、水蒸気およびその他のガ
スと急速に化学反応を行うことによってそれらを被覆材
の内側から排除するのに役立つような物質を見出すこと
であった。かかる物質はゲッタと呼ばれる。
One way to do this was to find materials that would rapidly chemically react with water, water vapor, and other gases, thereby helping to exclude them from inside the dressing. Such substances are called getters.

別の方法は、核燃料物質が水分に触れるのを防止するた
めに核燃料物質自体を各種の材料で被覆することであっ
た。かかる核燃料物質自体の被覆には、欠陥のない均一
な被@を形成するのが困難であるという点から見て信頼
性に問題がある。
Another method has been to coat the nuclear fuel material itself with various materials to prevent it from coming into contact with moisture. Such coatings of the nuclear fuel material itself have reliability problems in that it is difficult to form a uniform coating free of defects.

その上、被膜の劣化が起これば、核燃料物質の長期性能
の点で問題が生じることもある。
Furthermore, if coating degradation occurs, problems may arise in terms of the long-term performance of the nuclear fuel material.

1964年2月付の文書GFiAP−4555中には、
ジルコニウム合金に対してステンレス鋼の内張りを冶金
的に接合した複合被覆材が開示きれている。かかる複合
被覆材はステンレス鋼の内張りを有する中空のジルコニ
ウム合金ビレットを押出すことによって製造される。こ
のような被覆材には、ステンレス鋼が脆性相を生じ、か
つまたステンレス鋼の層が同じ厚さのジルコニウム合金
に比べ゛C約10〜15倍の中性子吸収障害を示すとい
う欠点がある。
In document GFiAP-4555 dated February 1964,
A composite cladding in which a stainless steel lining is metallurgically bonded to a zirconium alloy has been disclosed. Such composite cladding is manufactured by extruding a hollow zirconium alloy billet with a stainless steel lining. Such coatings have the disadvantage that the stainless steel develops a brittle phase and also that the stainless steel layer exhibits approximately 10 to 15 times more neutron absorption impairment than a zirconium alloy of the same thickness.

米国特許第3502549号明細書中には、ジルコニウ
ムまだはその合金上にクロムを電着させて保護すること
により原子炉用の複合材料を製造する方法が開示されて
いる。また、[エネルギア・ヌクレアーレ(Energ
ia Nucleare ) J第11巻第9号(19
64年9月)の505〜508頁には、ジルカロイ−2
の表面上に銅を電着させ、次いで熱処理によって電着金
属の表面拡散を行う方法が記載されている。また、エフ
・フ゛ロツサ(F、 BrO日sa)等の論文[ジルコ
ニウム合金に付カロされた水素障壁の安定性および適合
性(5tabilityand Compatibil
ity of Hydrogen BarriersA
pplied to Zirconium A110y
s ) J (ヨーロソノ;原子力共同体(Europ
ean Atomic EnergyCommunit
y )、合同原子力研究センター(JointNucl
、ear  Re5earch Center  ) 
、 KUR4098e 。
U.S. Pat. No. 3,502,549 discloses a method for producing composite materials for nuclear reactors by protecting zirconium or its alloys by electrodeposition of chromium. Also, [Energia Nucleale]
ia Nucleare) J Vol. 11 No. 9 (19
September 1964), pages 505-508, Zircaloy-2
A method is described in which copper is electrodeposited on the surface of a metal, followed by surface diffusion of the electrodeposited metal by heat treatment. In addition, a paper by F. F. Florussa et al. [Stability and Compatibility of Hydrogen Barriers Added to Zirconium Alloys]
of Hydrogen BarriersA
pplied to Zirconium A110y
s) J (Eurosono; Atomic Energy Community (Europe)
ean Atomic Energy Community
y), Joint Nuclear Research Center (JointNucl)
, ear Research Center)
, KUR4098e.

1969年〕中年上中各種の被膜を設置する方法および
かかる被膜の水素拡散障壁としての効率が記載されてい
る。それによれば、水素の拡散に対する障壁としてはA
t−8i被嘆が最も有望であると述べられている。更に
また、ダブリュー・ンー・ンノクナー(W、 O,5c
hickner )等の論文[ジルコニウムおよびジル
コニウム−スズへの電気めっき(Klectropla
ting on Zirconium and Zir
conium−Tin ) J [BMI −757、
技術情報ヤービス(Technical Inform
ation 5ervici )、1952年〕中ニハ
、ジルコニウムおよびジルコニウム−スズ合金にニッケ
ルを電気めっきし、次いで熱処理によって合金拡散接合
層を形成する方法が開示されている。
(1969) describe methods for installing various coatings and the efficiency of such coatings as hydrogen diffusion barriers. According to this, A as a barrier to hydrogen diffusion.
The T-8i delinquent is said to be the most promising. Furthermore, W, O, 5c
[Electroplating of zirconium and zirconium-tin (Klectroplating)]
ting on Zirconium and Zir
conium-Tin) J [BMI-757,
Technical Information YARVIS
tion 5ervici), 1952] discloses a method of electroplating nickel on zirconium and zirconium-tin alloys, followed by heat treatment to form an alloy diffusion bonding layer.

米国特許第3625821号明細書中に記載された原子
炉用の燃料要素においては、中性子捕獲断面積の小さい
金属(たとえばニッケル)およびその中に配置された可
燃性毒物の分散微粒子から成る被膜が燃利彼覆管の内面
上に設置されているCまた、1973年8月付の1原子
炉開発ゾロクラム経過報告書(Reactor Dev
elopment ProgramProgress 
Report ) j (AIJL−RDP−19) 
 中には、化学ゲッタとして消費されるべきクロム層を
ステンレス鋼被覆材の内面上に設置することが開示され
ている。
In the fuel element for a nuclear reactor described in U.S. Pat. In addition, the Zolokram Progress Report on Reactor Development dated August 1973 (Reactor Dev
elopment ProgramProgress
Report ) j (AIJL-RDP-19)
Therein, it is disclosed to place a chromium layer on the inner surface of a stainless steel cladding to be consumed as a chemical getter.

もう一つの方法は、核燃料物質とそ才tを収容する被覆
材との間に隔壁を導入することであった。
Another method was to introduce a barrier between the nuclear fuel material and the cladding containing the fuel.

かかる方法の実例は、米国特許第3230150号(銅
箔)、強国特許DAS 1238115号(チタン層)
、米国特許第3212988号(ジルコニウム、アルミ
ニウムまたはベリリウムの鞘)、米国特許第50182
38号(UO3とジルコニウム合金被覆相との間に配置
された結晶質炭素の隔壁)および米国特許第308Q8
93号(ステンレス鋼箔)によって開示されている。隔
壁の使用は有雫であることが判明しだが、上記文献中に
記載された材料の一部は適合性に問題がある。すなわち
、核燃料(たとえば炭素は核燃料から生じた酸素と化合
することがある)、被覆材(たとえば銅やその他の金属
は被覆材と反応してそれの性質を変化させることがある
)または核分裂反応(たとえばある種の材料は中性子吸
収材とし7て作用する)と適合しないものが含まれてい
るのである。
Examples of such methods are U.S. Pat.
, U.S. Pat. No. 3,212,988 (zirconium, aluminum or beryllium sheath), U.S. Pat. No. 50,182
No. 38 (Crystalline Carbon Barrier Disposed Between UO3 and Zirconium Alloy Coating Phase) and U.S. Patent No. 308Q8
No. 93 (Stainless Steel Foil). Although the use of septa has proven successful, some of the materials described in the above-mentioned documents have problems with their compatibility. i.e. nuclear fuel (e.g. carbon can combine with oxygen produced from the nuclear fuel), cladding (e.g. copper and other metals can react with the cladding and change its properties) or fission reactions (e.g. copper and other metals can react with the cladding and change its properties). For example, some materials are incompatible with neutron absorbers (7).

また、上記文献のいずれによっても、核燃料と被覆材と
の局部的な化学的−機械的相互作用の問題に対する解決
策は開示されてい、ない。
Furthermore, none of the above documents discloses a solution to the problem of local chemical-mechanical interaction between nuclear fuel and cladding material.

隔壁の使用に関するその他の方法は、米国特許第396
9186号(モリブデン、タングステン、レニウム、−
オブおよびそれらの合金のごとき超耐熱合鴨を単層もし
くは多層の管または陥として使用するか、あるいは被覆
材の内面上に被膜として使用する方法)および米国特許
第3925151号(ジルコニウム、ニオブまたはそれ
らの合金から成るライナを核燃料と被覆材との間に配置
しかつ滑性の大きい物質の被膜をライナと被覆材との間
に配置する方法)によって開示されている。
Other methods for using bulkheads are described in U.S. Pat. No. 396
No. 9186 (molybdenum, tungsten, rhenium, -
U.S. Pat. A method is disclosed in which a liner made of an alloy is disposed between a nuclear fuel and a cladding material, and a coating of a highly slippery material is disposed between the liner and the cladding material.

米国特許第4045288号明細書中には、ジルコニウ
ム合金基体、かかる−基体に対して冶金的に接合された
金属隔壁、およびかかる金属隔壁に対し゛C冶金的に接
合されたジルコニウム合金の内層から成る複合被覆材が
開示されている。上記隔壁の材料(はニオブ、アノしミ
ニラム、銅1ニッケル、ステンレス鋼および鉄の中から
選ばれる。このように即設された金属隔壁は核分裂生成
物や腐食性ガスによるヴ食を低減させるが、他方では応
力腐食割れや液体金属脆化を生じ易い。
U.S. Pat. No. 4,045,288 discloses a zirconium alloy substrate comprising a zirconium alloy substrate, a metal partition metallurgically bonded to such substrate, and an inner layer of a zirconium alloy metallurgically bonded to such metal partition. A composite dressing is disclosed. The material for the bulkhead is selected from niobium, anodized minilum, copper-nickel, stainless steel, and iron. These ready-installed metal bulkheads reduce corrosion by fission products and corrosive gases. On the other hand, stress corrosion cracking and liquid metal embrittlement are likely to occur.

米ト1特許第4200492号明細書中には、ジルコニ
ウム合金基体および海綿状ジルコニウムのライナから成
る複合被覆材が開示されている。
No. 4,200,492 discloses a composite coating consisting of a zirconium alloy substrate and a cancellous zirconium liner.

かかる軟質のジルコニウムライナは局部的なひずみを抑
制しかつ応力腐食割れや液体金属脆化を低減させるが、
他方では製造時のホーニング仕上などや酸化による損失
を受は易い。その上、被覆材に裂は目が生じて水および
(または)水蒸気が燃料棒内に侵入すると、ジルコニウ
ムライナは急速に酸化する傾向を示す。
Such soft zirconium liners suppress local strain and reduce stress corrosion cracking and liquid metal embrittlement;
On the other hand, it is susceptible to losses due to honing during manufacturing and oxidation. Additionally, zirconium liners exhibit a tendency to rapidly oxidize when cracks form in the cladding, allowing water and/or steam to enter the fuel rod.

それ故、上記の諸問題を解決するような燃料要素を開発
することは今なお望ましいわけである。
Therefore, it remains desirable to develop fuel elements that solve the above-mentioned problems.

発明の概要 さて本発明に従って述べれば、原子炉の炉心内において
特に効果的に使用し得る燃料要素は、基体の内面に対し
て冶金的に接合された希薄ジルコニウム合金のライナを
有する複合被覆容器を含むようなものである。かかる希
薄ジルコニウム合金は鉄、クロム、鉄十クロム、および
銅の中から選ばれた金属とジルコニウムとから成るもの
で、ジルコニウムと合金化される鉄の量は約0.2〜約
03(重量)%、クロムの量は約0.05〜約0.6(
重量)%、鉄子クロムの合計量は約015〜約03(重
量)%かつ鉄とクロムとの重量比は約1:1〜約4:1
、そして銅の量は約0.02〜約02(重量)%である
SUMMARY OF THE INVENTION In accordance with the present invention, a fuel element that can be used particularly effectively in the core of a nuclear reactor comprises a composite jacketed vessel having a dilute zirconium alloy liner metallurgically bonded to the interior surface of the substrate. It is like containing. Such dilute zirconium alloys consist of zirconium and a metal selected from iron, chromium, iron-decachromium, and copper, and the amount of iron alloyed with the zirconium is from about 0.2 to about 0.03 (by weight). %, the amount of chromium is about 0.05 to about 0.6 (
(weight)%, the total amount of iron chromium is about 0.015% to about 0.3% (by weight), and the weight ratio of iron to chromium is about 1:1 to about 4:1.
, and the amount of copper is about 0.02 to about 02% (by weight).

かかる複合被覆容器の基体は原子炉用の従来の被覆材、
に比べて設計および機能の点で全く変わりがなく、従っ
てジルコニウム合金のごとき通常の材料から成るもので
あればよい。ジルコニウム合金から成る場合、複合被覆
容器の基体は希薄ジルコニウム合金ライナよりも高い合
金含量を有する。このような希薄ジルコニウム合金ライ
ナは複合被覆容器の液体とその中に収容された核燃料物
質との間に連続した隔壁を形成すると共に、ジルコニウ
ム合金やその他の材料から成る基体を核分裂生成物やガ
スから遮蔽するのに役立つ。
The base of such a composite cladding vessel is comprised of conventional cladding materials for nuclear reactors;
There is no difference in design and function compared to , and therefore it may be made of a conventional material such as a zirconium alloy. When comprised of a zirconium alloy, the substrate of the composite coated vessel has a higher alloy content than the dilute zirconium alloy liner. Such a dilute zirconium alloy liner forms a continuous barrier between the liquid in the composite cladding vessel and the nuclear fuel material contained therein, and also protects the substrate of zirconium alloy or other material from fission products and gases. Helps cover.

上記の希薄ジルコニウム合金ライナは複合被覆容器の厚
さの約1〜約20%を占める。かかるライナは照射時に
も(基体に比べ)軟らかい状態を保って燃料要素内部の
局部的な応力を低減させ、それにより基体の応力腐食割
れや液体金属脆化を防+hするのに役立つ。また、希薄
ジルコニウム合金は燃料要素の内部に存在する揮発性不
純物や核分裂生成物との反応から基体を防護し、それに
よって揮発性不純物や核分裂生成物の作用から基体全保
護するのにも役立つ。 j9、。
The dilute zirconium alloy liner described above accounts for about 1 to about 20% of the thickness of the composite coated vessel. Such liners remain soft (relative to the substrate) during irradiation to reduce localized stresses within the fuel element, thereby helping to prevent stress corrosion cracking and liquid metal embrittlement of the substrate. The dilute zirconium alloy also serves to protect the substrate from reaction with volatile impurities and fission products present within the fuel element, thereby providing overall protection of the substrate from the effects of volatile impurities and fission products. j9,.

このように本発明は、希薄ジルコニウム合金ライナによ
って複合被覆容器の基体が核分裂生成物、腐食性ガスな
どとの接触から防護されると共に、基体の応力腐食割れ
や液体金属脆化も防+h Jれるという顕著な利点を有
している。しがも、がかるライナは中性子捕獲障害、熱
伝達障害、あるいは核燃料とライナとの不適合の問題を
導入することがほとんどない。その上、複合被覆容器に
裂は目が生じた場合でも、かかるライナは合金化されな
いジルコニウムに比べて優れた水蒸気または熱水酸什抵
抗性を示すのである。
In this way, the present invention provides that the dilute zirconium alloy liner protects the base of the composite coated vessel from contact with fission products, corrosive gases, etc., and also prevents stress corrosion cracking and liquid metal embrittlement of the base. It has this remarkable advantage. However, such liners are unlikely to introduce problems of neutron capture failure, heat transfer failure, or incompatibility between the nuclear fuel and the liner. Moreover, even if cracks occur in the composite coated container, such liners exhibit superior water vapor or hot water acid resistance compared to unalloyed zirconium.

本発明の上記およびその他の目的は、添付の図面を参照
しながら以下の詳細な説明を読むことにより当業者にと
って明らかなものとなろう。
These and other objects of the invention will become apparent to those skilled in the art upon reading the following detailed description in conjunction with the accompanying drawings.

〈発明の説明〉 先ず第1図を見ると、燃料集合体10の部分切欠き断面
図が示されている。かかる燃料集合体10は、上端に吊
上げ用取手12および下端にノーズピース(燃料集合体
10の下部を省略したため図示されていない)を具備し
たほぼ正方形の横断面の管状チャネルボックス11を含
んでいる。
DESCRIPTION OF THE INVENTION Turning first to FIG. 1, a partially cutaway cross-sectional view of a fuel assembly 10 is shown. Such a fuel assembly 10 includes a tubular channel box 11 of approximately square cross section with a lifting handle 12 at the upper end and a nosepiece (not shown since the lower part of the fuel assembly 10 has been omitted) at the lower end. .

チャネルボックス11の上端は出口13において開いて
おり、またノーズピースの下端には冷却材流通の開口が
設けられている。チャネルボックス11内には1Wの燃
料要素または燃料棒14が収容され、そして上部タイプ
レート15お−よび下部タイプレート(下部を省略した
ため図示されていない)により支持されている。普通、
液体冷却材はノーズピースの下端にある開1コから流入
し、燃料要素14の周囲を上向きに通過し、次いで高温
となって上部の出口16から流出する。このようにして
流出する冷却材は沸騰形原子炉では部分的に気化した状
態にある一方、加圧形原子炉では気化しない状態にある
The upper end of the channel box 11 is open at the outlet 13, and the lower end of the nosepiece is provided with an opening for coolant flow. A 1W fuel element or fuel rod 14 is housed within the channel box 11 and is supported by an upper tie plate 15 and a lower tie plate (the lower part is omitted and is not shown). usually,
Liquid coolant enters through an opening at the lower end of the nosepiece, passes upwardly around the fuel element 14, and then exits at a high temperature through an outlet 16 at the top. The coolant that flows out in this manner is partially vaporized in a boiling type nuclear reactor, while it is not vaporized in a pressurized type nuclear reactor.

燃料要素まだは燃料棒14の両端は被覆管17に溶接さ
れた端栓18により密封されており、また端栓18には
燃料集合体中への燃料棒の装着を容易にするだめの支柱
19が設げられることかある。燃料要素の一端には、′
核燃料物質の縦方向膨張および核燃料物質から放出され
るガスの蓄積を可能にするための空間またはプレナム2
0が設けられている。空間20の内部には、特に燃料要
素の取扱いおよび輸送に際してペレット柱の軸方向運動
を抑制するため、らせん部材から成る核燃料物質保持手
段24が配置されている。
The ends of the fuel rods 14 are hermetically sealed by end plugs 18 welded to the cladding tube 17, and the end plugs 18 are provided with sump struts 19 to facilitate installation of the fuel rods into the fuel assembly. may be established. One end of the fuel element has a
a space or plenum 2 to allow longitudinal expansion of the nuclear fuel material and accumulation of gases released from the nuclear fuel material;
0 is set. Inside the space 20, a nuclear fuel material holding means 24 consisting of a helical member is arranged, in order to suppress the axial movement of the pellet column, especially during handling and transport of the fuel elements.

上記のような燃料要素は、被覆管と核燃料物質との間に
優れた熱的接触が達成され、寄生的中性子吸収が最小と
なり、かつ低速での冷却材の流れによって時折引起こさ
れる振動や彎曲に対する抵抗性が得られるように設計さ
れる。
A fuel element such as the one described above achieves excellent thermal contact between the cladding and the nuclear fuel material, minimizes parasitic neutron absorption, and avoids vibrations and curvature occasionally caused by coolant flow at low velocities. Designed to provide resistance to

本発明の原理に従うて製造された燃料要素または燃料棒
14が、第1図中に部分断面図として示されている。か
かる燃料要素は、被穆管または被覆容器17の内部に配
置された核燃料物質の芯体または中心円柱部分(この場
合には核分裂可能物質および(または)燃料親物質から
成る複数の燃料ペレット)16を含んでいる。場合に応
じ、円柱状や球状のごとき様々な形状の燃料ペレットが
使用されることがあり、また粒状燃料のととき別の形態
の燃料が使用されることもある。なお、本発明にとって
燃料の物理的形態は重要でない。
A fuel element or rod 14 made in accordance with the principles of the present invention is shown in partial cross-section in FIG. Such a fuel element consists of a core or central cylindrical portion of nuclear fuel material (in this case a plurality of fuel pellets of fissionable material and/or fuel parent material) 16 disposed inside a cladding tube or cladding vessel 17. Contains. Depending on the case, fuel pellets of various shapes, such as cylindrical or spherical, may be used, and other forms of fuel may be used, such as granular fuel. Note that the physical form of the fuel is not important to the present invention.

また、ウラン化合物、プルトニウム化合物、トリラム化
合物およびそれらの混合物をはじめとする各種のtSI
8v=1物質を使用することができる。好適な燃料は二
酸化ウランまたは二酸化ウランと二酸化プルトニウムと
の混合物である。
In addition, various types of tSI, including uranium compounds, plutonium compounds, trilam compounds, and mixtures thereof,
8v=1 substance can be used. The preferred fuel is uranium dioxide or a mixture of uranium dioxide and plutonium dioxide.

次に第2図を見ると、燃料要素14の中心芯体を構成す
る核燃料物質16は被検管17によって包囲されている
が、かかる被覆管17は本発明の場合には複合被覆容器
と呼ばれる。複合被覆容器の内部に核分裂性の芯体を収
容する場合には、原子炉内での使用に際して芯体と容器
との間に空隙23が形成されるようにする。かかる複合
被覆容器は、ステンレス鋼やジルコニウム合金のごとき
通常の材料から成る基体2!を外側に有している。なお
、本発明の好適な実施例においては、かかる基体はジル
カロイ−2のごときジルコニウム合金か、ら成る。
Next, looking at FIG. 2, the nuclear fuel material 16 constituting the central core of the fuel element 14 is surrounded by a test tube 17, which cladding tube 17 is referred to as a composite cladding vessel in the present invention. . When a fissile core is housed inside the composite coated container, a gap 23 is formed between the core and the container when used in a nuclear reactor. Such a composite coated container consists of a substrate 2 of conventional materials such as stainless steel or zirconium alloys! It has on the outside. In a preferred embodiment of the invention, the substrate is comprised of a zirconium alloy such as Zircaloy-2.

基体21の内面には希薄ジルコニウム合金のライナ22
が冶金的に接合されていて、それにより複合被覆容器内
の核燃料物質16から基体を保護するだめの隔壁が形成
される。上記の希薄ジルコニウム合金ライナは複合被覆
容器の厚さ′の約1〜約20%を占めることが好ましい
。複合被覆容器の厚さの約1%未満を占める希薄ジルコ
ニウム合金ライナは商業的生産に際して実現することが
難しく、また複合被覆容器の厚さの20%を越える希薄
ジルコニウム合金ライナを用いても厚さの増加に相当す
る利塩が得られるわけではない。それどころか、ライナ
が複合被覆容器の厚さの約20%を越えるのに応じて基
体の厚さは減少し、そのため複合被覆容器の強度が低下
することもあり得る。
A dilute zirconium alloy liner 22 is provided on the inner surface of the base body 21.
are metallurgically bonded to form a bulkhead that protects the substrate from the nuclear fuel material 16 within the composite cladding vessel. Preferably, the dilute zirconium alloy liner comprises from about 1% to about 20% of the thickness of the composite coated vessel. A dilute zirconium alloy liner that accounts for less than about 1% of the thickness of the composite clad vessel is difficult to achieve in commercial production, and even with a dilute zirconium alloy liner that accounts for more than 20% of the thickness of the composite clad vessel, the thickness However, it is not possible to obtain salt benefits equivalent to an increase in . On the contrary, as the liner exceeds about 20% of the thickness of the composite coated container, the thickness of the substrate decreases, which may reduce the strength of the composite coated container.

上記の希薄ジルコニウム合金は、ジルコニウムと鉄、ク
ロム、鉄子クロム、および銅の中から選ばれた合金添加
剤とから成るものである。なお、本明細書中で使用され
る[希薄ジルコニウム合金」という用語は、同等の応力
条件下で基体材1よりも大きい延性およびひずみ速度を
示すのに十分な低い合金含量を持ったジルコニウム合金
を意味する。
The dilute zirconium alloy described above is comprised of zirconium and an alloy additive selected from iron, chromium, iron-chromium, and copper. It should be noted that the term "lean zirconium alloy" as used herein refers to a zirconium alloy that has a sufficiently low alloy content to exhibit greater ductility and strain rate than Substrate 1 under equivalent stress conditions. means.

ジルコニウムと合金化される鉄の量は、約02〜約O,
S (重量)%好ましくは約0.2〜約0.25(重量
)%である。
The amount of iron alloyed with zirconium ranges from about 02 to about 0,000
S% (by weight) preferably from about 0.2 to about 0.25% (by weight).

クロムの使用量は、約005〜約03(重i)%好”ま
しくは約015〜約0.25 (重量)%の範囲内であ
る。
The amount of chromium used ranges from about 0.05% to about 0.3% (by weight), preferably from about 0.15% to about 0.25% (by weight).

鉄子クロムの使用に当っては、両成分の合計量が約01
5〜約03(重量)%好ましくは約02〜約025(電
蓄)%となり、かつ鉄とクロムとの重量比が約1=1〜
約4:1好ましくは約2:1となるようにすればよい。
When using iron chromium, the total amount of both components should be approximately 0.1
5 to about 03% (by weight), preferably about 02 to about 025% (electricity storage), and the weight ratio of iron to chromium is about 1 = 1 to
The ratio may be about 4:1, preferably about 2:1.

銅の使用量は、約1]02〜約0.2(電歇)%好まし
くは約005〜約015(重量)%である。
The amount of copper used is about 1.02% to about 0.2% (by weight), preferably about 0.05% to about 0.15% (by weight).

かかる希薄ジルコニウム合金ライナは、基体を気体状の
不純物や核分裂生成物から遮蔽し、かかる不純物や核分
裂生成物との接触および反応から複合被覆容器の基体部
分を防獲し、かつ局部的な応力の発生を防止するのに役
立つ。
Such a dilute zirconium alloy liner shields the substrate from gaseous impurities and fission products, protects the substrate portion of the composite envelope from contact and reaction with such impurities and fission products, and protects the substrate from localized stress. Helps prevent occurrence.

鉄、クロム、鉄子クロム、および銅の中から選ばれた少
量の金属をジルコニウムに添加することは、添加量が各
金属の規定範囲内にありさえすれば、耐食性とりわけ熱
水または水蒸気による酸化に対しての抵抗性を改善する
のに役立つ。ジルコニウムと合金化される各金喝の量の
下限は、合金化されないジルコニウムに比べて耐食性を
顕著に改善するのに十分な該金属の量である。
The addition of small amounts of metals selected from iron, chromium, iron-chromium, and copper to zirconium improves its corrosion resistance, especially against oxidation by hot water or steam, as long as the amount added is within the specified range for each metal. Helps improve resistance to The lower limit on the amount of each metal alloyed with zirconium is the amount of that metal sufficient to significantly improve corrosion resistance compared to unalloyed zirconium.

ジルコニウムと合金化される各金属の量の上限は、一般
に、海綿状のジルコニウムに比べて耐食性を顕著に改善
するような該金属の最大量として設定されている。かか
る上限を越える量の金属を添加しても、ジルコニウムの
耐食性を顕著に向トさせることができないばかりか、ラ
イナの軟度および延性を低下させる点で有害となること
もある。
The upper limit for the amount of each metal alloyed with zirconium is generally set as the maximum amount of that metal that significantly improves corrosion resistance compared to cancellous zirconium. Addition of metal in amounts exceeding such upper limits not only fails to significantly improve the corrosion resistance of zirconium, but may also be detrimental in reducing the softness and ductility of the liner.

耐食性の最高度の改善を達成するためジルコニウムに添
加すべき各金属の量は、好ましい範囲として述べられて
いる。
The amounts of each metal to be added to zirconium to achieve the greatest improvement in corrosion resistance are stated as preferred ranges.

鉄、クロムおよび銅はジルコニウム中に離溶である。1
種以上のかかる金属を含有する希薄ジルコニウム合金に
熱処理を施せば、ゾルコニウム母体に対して不活性力微
細金属粒子を内部に分散させた材料を得ることができる
。合金成分は離溶であるから、ジルコニウムの固溶体強
化はほとんど起こら々い。このような強化効果暖少ない
から、ペレットと被覆材との相互作用による燃料要素の
破損を防止または低減させるため希薄ジルコニウム合金
ライナに対して要求される軟度は十分に維持される。
Iron, chromium and copper are leached into zirconium. 1
By heat-treating a dilute zirconium alloy containing at least one such metal, it is possible to obtain a material in which fine metal particles are dispersed inside due to the inertness of the zirconium matrix. Since the alloying components are dissolvable, solid solution strengthening of zirconium almost never occurs. This reinforcement effect is sufficient to maintain the softness required for the lean zirconium alloy liner to prevent or reduce fuel element failure due to pellet-to-cladding interaction.

複合被覆容器中の希薄ジルコニウム合金ライナハ、ジル
カロイやその他の通常のジルコニウム合金に比べて照射
硬化に耐える。そのため、長期照射後においても希薄ジ
ルコニウム合金ライナは、耐力や硬度のような望ましい
構造特性を通常のジルコニウム合金の場合よりもかなり
低いレベルに維持することができる。実際、照射を受け
た場合に希薄ジルコニウム合金ライチは通常のジルコニ
ウム合金はどには硬化しない。その結果、もともと耐力
の小さい希薄ジルコニウム合金ライナは塑性変形を示す
ことにより、た゛とえば原子炉の運転温度(300−5
’ 50℃)下で核燃料ペレットが膨張して被情材と接
触するため燃料要素中に生じることのあるペレット由来
の応力を緩和することができる。
The diluted zirconium alloy liner in the composite coated container resists radiation hardening compared to Zircaloy and other conventional zirconium alloys. Therefore, even after long-term irradiation, dilute zirconium alloy liners are able to maintain desirable structural properties such as yield strength and hardness at significantly lower levels than with conventional zirconium alloys. In fact, when exposed to irradiation, dilute zirconium alloy litchi does not harden as much as regular zirconium alloys. As a result, the diluted zirconium alloy liner, which originally has a low yield strength, exhibits plastic deformation, which can be applied at, for example, the operating temperature of a nuclear reactor (300-5
Since the nuclear fuel pellet expands and comes into contact with the target material at a temperature of 50° C., it is possible to alleviate pellet-induced stress that may occur in the fuel element.

鉄、クロム、鉄十クロム、および銅の中から選ばれた金
属とジルコニウムとから成り、通常のジルコニウム合金
製基体に対して接合され、かつ好ましくは複合被覆容器
の厚さの約5〜15%を占めるような希薄ジルコニウム
合金ライナは、複合被覆容器の破損を防止または低減さ
せるのに十分なだけの応力緩和をもたらす。
It is made of zirconium and a metal selected from iron, chromium, iron-decachromium, and copper, and is bonded to a common zirconium alloy substrate, and preferably about 5 to 15% of the thickness of the composite coated container. A dilute zirconium alloy liner, such as one that accounts for 10% of the zirconium alloy, provides sufficient stress relief to prevent or reduce failure of the composite coated vessel.

鉄、クロム、鉄子クロム、または銅と合金化されるジル
コニウム金属の純度は重要であって、希薄ジルコニウム
合金ライナに特別の性質を付4するだめの一因となる。
The purity of the zirconium metal that is alloyed with iron, chromium, iron-chromium, or copper is important and contributes to imparting special properties to the dilute zirconium alloy liner.

一般に、ジルコニウム金属中にはS O00ppm未満
の不純物が存在する。
Generally, less than 00 ppm of impurities are present in zirconium metal.

その内、酸素はできるだけ少なくすべきであるが、約1
000 ppmまでならば許容される。
Among them, oxygen should be as small as possible, but about 1
000 ppm is acceptable.

本発明の燃料要素の複合被覆容器は、基体に対して冶金
的に接合された希薄ジルコニウム合金ライナを含んでい
る。金属組織学的検査によれば、基体と希薄ジルコニウ
ム合金ライナとの間には全国結合を生み出すのに十分な
相互拡散が存在するが、希薄ジルコニウム合金ライナ自
体との著しい合金化をもたらすほどの相互拡散は存在し
ないことがわかる。
The composite cladding vessel of the fuel element of the present invention includes a dilute zirconium alloy liner metallurgically bonded to a substrate. Metallographic examination indicates that there is sufficient interdiffusion between the substrate and the diluted zirconium alloy liner to produce a nationwide bond, but not enough interdiffusion to result in significant alloying with the diluted zirconium alloy liner itself. It can be seen that there is no diffusion.

適当な基体として使用し得る通常のジルコニウム合金の
中にはジルカロイ−2およびジルカロイ−4が含量れる
。ジルカロイ−2は約1.5(重量)%のスズ、012
(重重)%の鉄、009(1酸)%のクロム、および0
005(重着)%のニッケルを含有するもので、水冷形
原子炉において広く採用されている。ジルカロイ−4は
ジルカロイ−2より低いニッケル含量を有するが、鉄含
量は僅かに高い。本発明の燃料要素において使用される
複合被覆容器は、下記の方法のいずれかによって製造す
ることができる。
Among the common zirconium alloys that may be used as suitable substrates are Zircaloy-2 and Zircaloy-4. Zircaloy-2 is approximately 1.5% (by weight) of tin, 012
(by weight)% iron, 009 (1 acid)% chromium, and 0
It contains 0.005% (heavy loading) nickel and is widely used in water-cooled nuclear reactors. Zircaloy-4 has a lower nickel content than Zircaloy-2, but a slightly higher iron content. The composite coated container used in the fuel element of the present invention can be manufactured by any of the following methods.

一つの方法によれば、希薄ジルコニウム合金ライチ材料
製の管が基体用として選ばれた材料から成る中空ビレッ
トの中に挿入される。次いで、かかる集合体に爆発接合
操作を施すことによって管がビレゾrに接合される。こ
うして得られた複合物に対し、約1000〜1400下
(約538〜760℃)の高温下で通常の管押出操作が
施される。その後、通常の減径操作を含むプロセスによ
り、かかる押出複合物が所望寸法の被覆管に成形される
。この場合、中空ビレットと希薄ジルコニウム合金ライ
ナ管との相対肉厚は、完成した被覆管において所望の厚
さ比が得られるように選定される。
According to one method, a tube of dilute zirconium alloy litchi material is inserted into a hollow billet of the material selected for the substrate. The tube is then joined to the viresol by subjecting such assembly to an explosive joining operation. The composite thus obtained is subjected to a conventional tube extrusion operation at an elevated temperature of about 1000-1400° C. (about 538-760° C.). The extruded composite is then formed into a cladding tube of the desired size by a process that includes conventional diameter reduction operations. In this case, the relative wall thicknesses of the hollow billet and the dilute zirconium alloy liner tube are selected to provide the desired thickness ratio in the finished cladding tube.

別の方法によれば、希薄ジルコニウム合金ライナ材料製
の管が基体用として選ばれた材1から成る中空ビレット
の中に挿入される。次いで、良好な金萬間接触、をもた
らす圧縮応力の下でかかる集合体に(たとえば750℃
で8時間の)加熱操作を施すことによって管とビレット
との拡散接合が達成される。かかる拡散接合によって得
られた複合物に対して上記のごとき通常の管押出操作か
施される。その後、通常の減径操作を含むプロセスによ
り、かかる押出複合物が所望寸法の被覆管に成形される
According to another method, a tube of dilute zirconium alloy liner material is inserted into a hollow billet of material 1 selected for the substrate. The assembly is then subjected to compressive stress (e.g. 750°C) resulting in good metal-to-metal contact.
Diffusion bonding of the tube and billet is achieved by applying a heating operation (for 8 hours). The composite obtained by such diffusion bonding is subjected to a conventional tube extrusion operation as described above. The extruded composite is then formed into a cladding tube of the desired size by a process that includes conventional diameter reduction operations.

更に別の方法によれば、希薄ジルコニウム合金ライナ材
料製の管が基体用として選ばれた材料から成る中空ビレ
ットの中に挿入される。次いで、かかる集合体に対して
上記のごとき通常の前押出操作が施される。その後、通
常の減径操作を含むプロセスにより、かかる押出複合物
が所望手法の被覆管に成形される。
According to yet another method, a tube of dilute zirconium alloy liner material is inserted into a hollow billet of the material selected for the substrate. The assembly is then subjected to conventional pre-extrusion operations as described above. The extruded composite is then formed into a cladding tube in the desired manner by a process that includes conventional diameter reduction operations.

本発明の複合被覆容器の上記製造方法は、被覆管の製造
に使用されるその他の方法(たとえば電気めっきや蒸着
)に比べて著しく経済的である。
The method of manufacturing the composite cladding of the present invention is significantly more economical than other methods used to manufacture cladding (eg, electroplating or vapor deposition).

燃料要素の製造に当っては、先ず、一端の開いた複合被
覆容器が作製される。かかる複合被覆容器は基体および
内側の希薄ジルコニウム合金ライナから構成されるもの
で、後者は鉄、クロム、鉄十クロム、および銅の中から
選ばれた金属とジルコニウムとから成りかつ基体の内面
に対して冶金的に接合されている。次いで、開放端側に
空間が残るようにしながら、複合被覆容器内に核燃料物
質が充填される。空間内に核燃料物質保持手段を挿入し
た後、空間が核燃料物質と連”絡するようにしながら複
合被覆容器の開放端に端栓が設置される。
In manufacturing the fuel element, first a composite cladding container with one end open is created. Such a composite coated vessel consists of a base body and an inner dilute zirconium alloy liner, the latter consisting of zirconium and a metal selected from iron, chromium, ferrochromium, and copper, and metallurgically bonded. The composite cladding container is then filled with nuclear fuel material, leaving a space at the open end. After inserting the nuclear fuel material retaining means into the space, an end plug is installed at the open end of the composite cladding vessel, leaving the space in communication with the nuclear fuel material.

最後に、複合被覆容器の端部を端栓に接合することによ
って両者間が密封される。
Finally, the ends of the composite coated container are sealed by joining them to the end plugs.

本発明によれば、燃料要素の使用寿命の延長をもたらす
幾つかの利点が達成される。かかる利点としては、複合
被覆容器の化学的相互作用の低減、複合被覆容器のジル
コニウム合金製基体部分に加わる局部的な応力の緩和、
およびジルコニウム合金製基体に破損の起こる可能性の
減少が挙げられる。
According to the present invention, several advantages are achieved that result in an extension of the service life of the fuel element. These benefits include reduced chemical interactions in the composite coated vessel, relaxation of localized stresses on the zirconium alloy base portion of the composite coated vessel;
and a reduced likelihood of failure of the zirconium alloy substrate.

本発明の希薄ジルコニウム合金ライナは、周体に関する
応力および応力腐食を緩和するばかりでなく、基体に裂
は目が生じた場合でも水蒸気や熱水による酸化に耐える
。それに対し、合金化されないジルコニウムはこのよう
な条件下では急速に酸化する。他方、本発明の希薄ジル
コニウム合金ライナは合金化されないジルコニウムと同
等の塑性を示す。このような利点は、耐食性とりわけ熱
水や水蒸気による酸化に対しての抵抗性の増反と共に得
られるのである。
The dilute zirconium alloy liner of the present invention not only alleviates stress and stress corrosion on the surrounding body, but also resists steam and hot water oxidation even if the substrate is cracked. In contrast, unalloyed zirconium oxidizes rapidly under these conditions. On the other hand, the dilute zirconium alloy liner of the present invention exhibits plasticity comparable to unalloyed zirconium. These advantages are obtained along with increased corrosion resistance, especially resistance to oxidation by hot water or steam.

本発明の複合被覆容器の重要な性質の一つは、上記の様
々々改善が実質的な中性子捕獲障害を導入することなし
に達成されることである。かかる複合被覆容器は、冷却
材喪失事故や制御棒の落下に係る事故に際しても共融合
金を生成しないから、原子炉内に容易に受入れられるも
のである。その上、かかる複合被覆容器がもたらす熱伝
達障害は啄めて小さい。々ぜなら、燃料要素中に独立し
た箔やライナが挿入さiLる場合とは異なり、熱伝達に
対する障壁が存在しないからである。本発明の複合被覆
容器はまた、様々な製造段階および運転時期において通
常の非破壊試験法により検査することができる。
One of the important properties of the composite coated vessel of the present invention is that the various improvements described above are achieved without introducing substantial neutron capture obstacles. Such a composite coated vessel does not produce eutectic alloys even in the event of a loss of coolant accident or a control rod fall accident, and therefore can be easily accommodated in a nuclear reactor. Moreover, such composite coated containers present significantly less heat transfer impairment. This is because there is no barrier to heat transfer, unlike when a separate foil or liner is inserted into the fuel element. The composite coated containers of the present invention can also be tested by conventional non-destructive testing methods at various stages of manufacture and operation.

当業者にとっては自明の通り、本明mt中に記載された
本発明の実施例には様々な変更や修正を加えることがで
きる。それ故、本発明の範囲は前記特許請求の範囲に従
って最も広義に解釈すべきであることは言うまでもない
As will be apparent to those skilled in the art, various changes and modifications may be made to the embodiments of the invention described herein. Therefore, it goes without saying that the scope of the present invention should be interpreted in the broadest sense according to the scope of the claims.

、4、図面の簡単な説明 第1図は本発明の原理に従って製造された燃料要素を含
む燃料集合体の部分切欠き断面図、そ[7て第2図は本
発明の詳細な説明するのに役qつ第1図の燃料要素の拡
大横断面図である。
4. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a partially cut away sectional view of a fuel assembly containing fuel elements made in accordance with the principles of the invention; FIG. 2 is a detailed description of the invention. FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of the fuel element of FIG. 1 serving as a fuel element;

図中、10は燃料集合体、11はチャネルボックス、1
2は取手、14は燃料要素または燃料棒、15は上部タ
イプレート、16は芯体、17は複合被覆容器、18は
端栓、19は支柱、20はプレナム、21は基体、22
は希薄ジルコニウム合金ライナ、そして23は空隙を表
わす。
In the figure, 10 is a fuel assembly, 11 is a channel box, 1
2 is a handle, 14 is a fuel element or fuel rod, 15 is an upper tie plate, 16 is a core body, 17 is a composite jacket container, 18 is an end plug, 19 is a strut, 20 is a plenum, 21 is a base body, 22
represents the dilute zirconium alloy liner and 23 represents the air gap.

Fig、1 Fig、;)Fig, 1 Fig, ;)

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)(a)基体を形成するジルコニウム合金製の外側
部分並びに(b)鉄、クロム、鉄十クロム、および銅の
中から選ばれた金属とジルコニウムから成りかつ前記基
体の内面に対して冶金的に接合された希薄ジルコニウム
合金ライナの両者から構成され、しかも前記希薄ジルコ
ニウム合金ライナがそれによって得られる複合被覆容器
の厚さの約5〜約15%を占めることを特徴とする原子
炉用の複合被覆容器。
(1) (a) an outer part made of a zirconium alloy forming a substrate; and (b) a metallurgical component consisting of zirconium and a metal selected from among iron, chromium, ferrochromium, and copper, and metallurgical to the inner surface of said substrate. a diluted zirconium alloy liner and a diluted zirconium alloy liner that are bonded together, the diluted zirconium alloy liner accounting for about 5 to about 15% of the thickness of the resulting composite cladding vessel. Composite coated container.
(2)前記希薄ジルコニウム合金ライナが約0.2〜約
0.3(重量)%の鉄および残部のジルコニウムから成
る特許請求の範囲第1項記載の複合被覆容器。
2. The composite coated container of claim 1, wherein said dilute zirconium alloy liner comprises about 0.2 to about 0.3 percent (by weight) iron and the balance zirconium.
(3)  前記希薄ジルコニウム合金ライナが約0.2
〜約0.2 s (重量)%の鉄および残部のジルコニ
ウムから成る特許請求の範囲第1項記載の複合被覆容器
(3) The dilute zirconium alloy liner has a thickness of about 0.2
A composite coated container according to claim 1, comprising ~0.2% (by weight) iron and the balance zirconium.
(4)前記希薄ジルコニウム合金ライナが約005〜約
α3(重量)%のクロムおよび残部のジルコニウムから
成る特許請求の範囲第1項記載の複合被覆容器。
4. The composite coated container of claim 1, wherein said dilute zirconium alloy liner comprises about 0.005% to about 3% (by weight) chromium and the balance zirconium.
(5)  前記希薄ジルコニウム合金ライナが約015
〜約(125(重量)%のクロムおよび残部のジルコニ
ウムから成る特許請求の範囲第1項記載の複合被覆容器
(5) The dilute zirconium alloy liner is about 0.015
A composite coated container according to claim 1, comprising from about (125% (by weight)) chromium and the balance zirconium.
(6)  前記希薄ジルコニウム合金ライナが合計して
約α15〜約0.3(重量)%の鉄十クロムおよび残部
のジルコニウムから成り、かつ前記鉄と前記クロムとの
重量比が約1=1〜約4=1である特許請求の範囲第1
項記載の複合被覆容器。
(6) The dilute zirconium alloy liner comprises a total of about α15 to about 0.3% (by weight) of ten chromium iron and the balance zirconium, and the weight ratio of the iron to the chromium is about 1 to about 1. Claim 1 where approximately 4=1
Composite coated container as described in section.
(7)前記希薄ジルコニウム合金ライナが合計して約α
2〜約0.25 (重量)%の鉄子クロムおよび残部の
ジルコニウムから成り、かつ前記鉄と前記クロムとの重
量比が約1:1〜約4=1である特許請求の範囲第1項
記載の複合被覆容器。
(7) The dilute zirconium alloy liner is approximately α in total.
2 to about 0.25% (by weight) of iron chromium and the balance zirconium, wherein the weight ratio of said iron to said chromium is from about 1:1 to about 4=1. Composite coated container.
(8)前記希薄ジルコニウム合金ライナが約002〜約
0,2(重量)%の銅および残部のジルコニウムから成
る特許請求の範囲第1項記載の複合被覆容器。
8. The composite coated container of claim 1, wherein said dilute zirconium alloy liner comprises from about 0.02% to about 0.2% (by weight) copper and the balance zirconium.
(9)  前記希薄ジルコニウム合金ライチが約005
〜約o、 1s (重量)%の銅および残部のジルコニ
ウムから成る特許請求の範囲第1・項記載の複合被覆容
器。
(9) The dilute zirconium alloy lychee is about 0.005
A composite coated container according to claim 1, comprising ~0.1 s (by weight) percent copper and the balance zirconium.
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