JPS6031088A - 核燃料複合被覆管 - Google Patents
核燃料複合被覆管Info
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- JPS6031088A JPS6031088A JP58138851A JP13885183A JPS6031088A JP S6031088 A JPS6031088 A JP S6031088A JP 58138851 A JP58138851 A JP 58138851A JP 13885183 A JP13885183 A JP 13885183A JP S6031088 A JPS6031088 A JP S6031088A
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- Japan
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- tube
- nuclear fuel
- zirconium
- composite
- outer tube
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- 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
- Rigid Pipes And Flexible Pipes (AREA)
- Laminated Bodies (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】
〔発明の技術分野〕
本発明は、核燃料ペレットを装填する被覆管構造に係シ
、特に内面に純ジルコニウムのライナ一層を設けた核燃
料複合被覆管およびその製造方法の改良に関するもので
ある。
、特に内面に純ジルコニウムのライナ一層を設けた核燃
料複合被覆管およびその製造方法の改良に関するもので
ある。
・従来、酸化ウランあるいは酸化プルトニウムを含有し
た核燃料ペレットを、ジルコニウム合金で被覆した核燃
料要素において、被覆管の破損事故祉主に水素が原因で
あると考えられていた。この水素は核燃料ペレットを製
造する際に除去されずに潜在していた水分が分解して生
成されるものと考えられ、従来は水蒸気ｒツタ−を被覆
管内に装填することにより水素の発生を軽減させる方策
が採られていた。しかし核燃料開発の研究が進むにつれ
て水素脆化による破損の他に、燃料の核分裂生成物であ
る沃素ガスあるいはセシウムガスによる被覆管の応力腐
蝕割れも、被覆管破損の大きな原因であることが分って
きたＯ このような応力腐蝕割れの防止策として、従来は原子炉
運転初期に出力上昇速度を落して運転し、被覆管に急激
な応力が加わらない様に運転している。しかし彦がら近
年、原子力発電の比重が高まるにつれて、原子炉の経済
的高率運転が切望され、急速立上υ、負荷変動の追従な
ど過酷な運転条件下でも、核燃料ペレットと被覆管との
機械的な相互作用を低減させ、核分裂生成物による被覆
管の応力腐蝕割れを低減させる構造が研究されている。
た核燃料ペレットを、ジルコニウム合金で被覆した核燃
料要素において、被覆管の破損事故祉主に水素が原因で
あると考えられていた。この水素は核燃料ペレットを製
造する際に除去されずに潜在していた水分が分解して生
成されるものと考えられ、従来は水蒸気ｒツタ−を被覆
管内に装填することにより水素の発生を軽減させる方策
が採られていた。しかし核燃料開発の研究が進むにつれ
て水素脆化による破損の他に、燃料の核分裂生成物であ
る沃素ガスあるいはセシウムガスによる被覆管の応力腐
蝕割れも、被覆管破損の大きな原因であることが分って
きたＯ このような応力腐蝕割れの防止策として、従来は原子炉
運転初期に出力上昇速度を落して運転し、被覆管に急激
な応力が加わらない様に運転している。しかし彦がら近
年、原子力発電の比重が高まるにつれて、原子炉の経済
的高率運転が切望され、急速立上υ、負荷変動の追従な
ど過酷な運転条件下でも、核燃料ペレットと被覆管との
機械的な相互作用を低減させ、核分裂生成物による被覆
管の応力腐蝕割れを低減させる構造が研究されている。
例えばベルイー特許第８３５４８１号明細書中には、外
管の内側に、クッション作用をなす純ジルコニウムを設
けて、核燃料ペレットとの機械的な相互作用を低減させ
る構造が示されている。
管の内側に、クッション作用をなす純ジルコニウムを設
けて、核燃料ペレットとの機械的な相互作用を低減させ
る構造が示されている。
この複合被株管１の構造は第１図および第２図に示すよ
うに、ジルコニウム合金で形成された外管２の内側に純
ジルコニウムで形成されたライナ一層３が一体に接合さ
れている。この複合被覆管ｌの内部には、ペレット状に
形成された、例えば酸化ウランあるいは酸化プル）＝ラ
ムなどの核燃料ペレット４が掬数個積層充填され、更に
この核燃料ペレット４は前記複合被覆管ＩＯ上部端栓５
に一端が油接したスプリング６によシ固定されている。
うに、ジルコニウム合金で形成された外管２の内側に純
ジルコニウムで形成されたライナ一層３が一体に接合さ
れている。この複合被覆管ｌの内部には、ペレット状に
形成された、例えば酸化ウランあるいは酸化プル）＝ラ
ムなどの核燃料ペレット４が掬数個積層充填され、更に
この核燃料ペレット４は前記複合被覆管ＩＯ上部端栓５
に一端が油接したスプリング６によシ固定されている。
またベルイー特許第８７０３４２号明細書中には、ライ
ナ一層を、スポンジジルコニウムの如き酸素濃度の高い
金属ジルコニウム層で形成することが記載されている。
ナ一層を、スポンジジルコニウムの如き酸素濃度の高い
金属ジルコニウム層で形成することが記載されている。
このようなライナ一層を設けた核燃料複合被覆管の製造
方法としては、例えばジルコニウム合金製の中空ビレ、
トに、ライナー要用の純ジルコニウム製スリーブを挿着
した後、この複合スリーブを熱間押出し等によｐ同時に
押出し成型して複合管を製造する。
方法としては、例えばジルコニウム合金製の中空ビレ、
トに、ライナー要用の純ジルコニウム製スリーブを挿着
した後、この複合スリーブを熱間押出し等によｐ同時に
押出し成型して複合管を製造する。
次にこの複合管をピルガ−管絞シ機などの装置によシ複
数回の・マスを施す冷間加工によシ、所定の内径および
肉厚まで縮小して複合被曖管を製造する。この冷間加工
の各・９スの合間において通常はジルコニウム合金をほ
ぼ完全に再結晶させるのに十分な温度と時間により熱処
理して複合管の焼なましが行われる。
数回の・マスを施す冷間加工によシ、所定の内径および
肉厚まで縮小して複合被曖管を製造する。この冷間加工
の各・９スの合間において通常はジルコニウム合金をほ
ぼ完全に再結晶させるのに十分な温度と時間により熱処
理して複合管の焼なましが行われる。
最終の管絞シ工程の後に行われる熱処理は複合被覆管の
機械的特性を決定する重要な役割を果し、特開昭５５−
１６４３９６号公報・、においては［ライナ一層となる
純ジルコニウム層は実質的に完全が再結晶をも九らして
、軟質なりッシ冒ン効果を果すと同時に、外管となるジ
ルコニウム合金は完全な再結晶をもたらさないで、単に
冷間加工によシ生じた応力を除去するだけの熱処理を行
う必要がある」とし、その熱処理温度を４４０〜５ｉ０
℃の低い温度で熱処理することによシ、達成されるとし
ている。
機械的特性を決定する重要な役割を果し、特開昭５５−
１６４３９６号公報・、においては［ライナ一層となる
純ジルコニウム層は実質的に完全が再結晶をも九らして
、軟質なりッシ冒ン効果を果すと同時に、外管となるジ
ルコニウム合金は完全な再結晶をもたらさないで、単に
冷間加工によシ生じた応力を除去するだけの熱処理を行
う必要がある」とし、その熱処理温度を４４０〜５ｉ０
℃の低い温度で熱処理することによシ、達成されるとし
ている。
５−
しかしながら、発明者Ｆｉ複合被覆管について微視的な
研究を進めているうち、ジルコニウム合金よシ純ジルコ
ニウムの方が再結晶温度が高いことを発見し、上記公報
に記載された温度ではライナ一層となる純ジルコニウム
の再結晶化がなされず、逆に外管のゾルコニウム合金の
方が再結晶化され、実際には上記公報の記載とは反対の
現象が見い出された。
研究を進めているうち、ジルコニウム合金よシ純ジルコ
ニウムの方が再結晶温度が高いことを発見し、上記公報
に記載された温度ではライナ一層となる純ジルコニウム
の再結晶化がなされず、逆に外管のゾルコニウム合金の
方が再結晶化され、実際には上記公報の記載とは反対の
現象が見い出された。
本発明は、上記知見に基いてなされたもので、ライナ一
層となる純ジルコニウムをほぼ完全に再結晶化して、ク
ッション効果を持たせると共に、外管となるジルコニウ
ム合金の強度を同時に維持させｆｃ核燃料被覆管および
その製造方法を提供するものである。
層となる純ジルコニウムをほぼ完全に再結晶化して、ク
ッション効果を持たせると共に、外管となるジルコニウ
ム合金の強度を同時に維持させｆｃ核燃料被覆管および
その製造方法を提供するものである。
本発明は外管となるジルコニウム合金と、この内側に冶
金的に接合したライナ一層となる純ジルコニウムとも、
実質的に完全な再結晶状態となりている核燃料複合被覆
管を第１の要旨と６− するものである。
金的に接合したライナ一層となる純ジルコニウムとも、
実質的に完全な再結晶状態となりている核燃料複合被覆
管を第１の要旨と６− するものである。
更に本発明はジルコニウム合金からなる外管の内側に、
ライナ一層となる純ジルコニウムスリーブを挿着して複
合し、この複合管を複数回のパスを順次経て、所定の内
径および肉厚まで縮小する管絞シ工程における冷間加工
の合間に、複合管の熱処理を行って、外管とライナ一層
とを冶金的に接合し、最終の管絞シ工程の後に、前記外
管となるジルコニウム合金とライナ一層となる純ジルコ
ニウムの両者に、実質的に完全な再結晶をもたらす十分
な温度で熱処理を行うことを特徴とする核燃料複合被覆
管の製造方法を第２の要旨とするものである。
ライナ一層となる純ジルコニウムスリーブを挿着して複
合し、この複合管を複数回のパスを順次経て、所定の内
径および肉厚まで縮小する管絞シ工程における冷間加工
の合間に、複合管の熱処理を行って、外管とライナ一層
とを冶金的に接合し、最終の管絞シ工程の後に、前記外
管となるジルコニウム合金とライナ一層となる純ジルコ
ニウムの両者に、実質的に完全な再結晶をもたらす十分
な温度で熱処理を行うことを特徴とする核燃料複合被覆
管の製造方法を第２の要旨とするものである。
本発明において外管として用いるジルコニウム合金とし
ては、例えばジルカロイ−２、ジルカロイ−４などが挙
げられる。
ては、例えばジルカロイ−２、ジルカロイ−４などが挙
げられる。
本発明では先ず外管となるノルコニウム合金の中空ビレ
ット内にライナ一層となる純ジルコニウムスリーブを挿
着して複合した後、この複合管を熱間押出しして一体に
接合する。
ット内にライナ一層となる純ジルコニウムスリーブを挿
着して複合した後、この複合管を熱間押出しして一体に
接合する。
次にこの複合管を複数回の・平スを経て冷間加工によシ
管絞シを行い所定の内径および肉厚に成型する。この冷
間加工の各パスの合間に熱処理を行ない、外管となるジ
ルコニウム合金を実質的に完全が再結晶状態とすると共
に、外管とライナ一層とを冶金的に一体に接合する。こ
の場合の熱処理条件としては、例えば５３８〜７０４℃
で１〜１５時間の加熱を行う。
管絞シを行い所定の内径および肉厚に成型する。この冷
間加工の各パスの合間に熱処理を行ない、外管となるジ
ルコニウム合金を実質的に完全が再結晶状態とすると共
に、外管とライナ一層とを冶金的に一体に接合する。こ
の場合の熱処理条件としては、例えば５３８〜７０４℃
で１〜１５時間の加熱を行う。
このようにして最終の管絞シ工程を行い、仕上シ寸法と
なった複合管に最終の熱処理を行ってジルコニウム合金
からなる外管と、純ジルコニウムからなるライナ一層の
両者に、実質的に完全な再結晶をもたらし、核燃料複合
被覆管を製造する。
なった複合管に最終の熱処理を行ってジルコニウム合金
からなる外管と、純ジルコニウムからなるライナ一層の
両者に、実質的に完全な再結晶をもたらし、核燃料複合
被覆管を製造する。
この場合、最終の熱処理によって、ライナ一層ｔ−再結
晶化させるが、この熱処理条件としては５８６〜７２０
℃、好ましくは５９０〜６２０℃で１−１５時間の加熱
を行う。最終の熱処理条件は、純ノルコニウムが実質的
に完全に再結晶化する範囲で定められる。再結晶の完了
点を決めるには、種々の方法があるが、例えば結晶粒径
、転位密歴、グイッカース硬さを測定し、これらが低く
飽和した状態から判定する。
晶化させるが、この熱処理条件としては５８６〜７２０
℃、好ましくは５９０〜６２０℃で１−１５時間の加熱
を行う。最終の熱処理条件は、純ノルコニウムが実質的
に完全に再結晶化する範囲で定められる。再結晶の完了
点を決めるには、種々の方法があるが、例えば結晶粒径
、転位密歴、グイッカース硬さを測定し、これらが低く
飽和した状態から判定する。
第３図ＦｉＲ累ｍＫが５０〜１ （Ｄ Ｏｐｐｍの純ジ
ルコニウムＡと、酸素濃度が約５００ ｐｐｍの純ジル
コニウムＢについて、焼なまし温度による転位密度、ヴ
イ、カース硬さ、および粒径の変化状態を示すグラフで
ある。このグラフから明らかなように、転位密度が急激
に低くなると共に、グイッカース硬さが低く飽和して、
再結晶化が完了するのは５８６℃以上である。これ以上
の高い温度で熱処理すると粒径が次第に大きく成長して
いく。また熱処理温度の上限を７２０℃としたのは、こ
れを越える温度になると、外管を構成するジルコニウム
合金の粒径が規定の２０μｍを越えて強度が低下する虞
れがあるからである。
ルコニウムＡと、酸素濃度が約５００ ｐｐｍの純ジル
コニウムＢについて、焼なまし温度による転位密度、ヴ
イ、カース硬さ、および粒径の変化状態を示すグラフで
ある。このグラフから明らかなように、転位密度が急激
に低くなると共に、グイッカース硬さが低く飽和して、
再結晶化が完了するのは５８６℃以上である。これ以上
の高い温度で熱処理すると粒径が次第に大きく成長して
いく。また熱処理温度の上限を７２０℃としたのは、こ
れを越える温度になると、外管を構成するジルコニウム
合金の粒径が規定の２０μｍを越えて強度が低下する虞
れがあるからである。
このようにして得られた本発明の複合被覆管はライナ一
層が実質的に完全に再結晶化し、微細な等軸結晶組織を
有しているので、核燃料ペ９− レットとの機械的相互作用を緩和するクッションとして
の役割を果たし、応力腐蝕割れに対する抵抗が増大する
。
層が実質的に完全に再結晶化し、微細な等軸結晶組織を
有しているので、核燃料ペ９− レットとの機械的相互作用を緩和するクッションとして
の役割を果たし、応力腐蝕割れに対する抵抗が増大する
。
また外管となるジルコニウム合金も、同様に再結晶化し
て、粒径の成長を抑えて微細化しているので応力腐蝕割
れに対する抵抗も大きく、強度的にも優れ核燃料の被覆
管として優れた特性を有するものである。
て、粒径の成長を抑えて微細化しているので応力腐蝕割
れに対する抵抗も大きく、強度的にも優れ核燃料の被覆
管として優れた特性を有するものである。
外管となるジルコニウム合金中空ビレットと、ライナ一
層となる純ジルコニウムスリーブの表面を清浄化した後
、これを挿着して組合せる。
層となる純ジルコニウムスリーブの表面を清浄化した後
、これを挿着して組合せる。
次に組合せ後の複合管の境界線をエレクトロビーム溶接
によシ真空中で溶接する。
によシ真空中で溶接する。
次にこの複合管を熱間押出し加工した後、ビル〃−管絞
シ機で冷間加工を繰夛返し、複数回のパスを経て仕上フ
形状とした。この冷間加工の合間には５８０℃で２時間
の熱処理を行うて焼カましを行った。
シ機で冷間加工を繰夛返し、複数回のパスを経て仕上フ
形状とした。この冷間加工の合間には５８０℃で２時間
の熱処理を行うて焼カましを行った。
このようにして最終の冷間加工を終えた複合１０−
管を６００℃で２時間、真空熱処理を行って核燃料複合
被覆管を製造した。
被覆管を製造した。
このようにして得られた複合被覆管のライナ一層の厚さ
は約７０±２０μｍであｐｌまだこのライナ一層を形成
する純ジルコニウムと外管となるジルコニウム合金の転
位密度は共に２Ｘ１０９５Ｉ−２であり、実質的に両者
とも再結晶は完了していた。更にライナ一層の粒径は約
１０μｍであり、また外管の粒径は約３μｍで、微細で
あル強度的にも優れ友ものであった。
は約７０±２０μｍであｐｌまだこのライナ一層を形成
する純ジルコニウムと外管となるジルコニウム合金の転
位密度は共に２Ｘ１０９５Ｉ−２であり、実質的に両者
とも再結晶は完了していた。更にライナ一層の粒径は約
１０μｍであり、また外管の粒径は約３μｍで、微細で
あル強度的にも優れ友ものであった。
また本発明と比較する丸めに、従来、特開昭５５−１６
４３９６号公報で示されている方法によシ、最終の熱処
理を５００℃で２時間加熱したところ、ライナ一層の転
位密度は７ Ｘ １０１５ｃｒｎ−２で、再結晶化して
いないことが確認された。
４３９６号公報で示されている方法によシ、最終の熱処
理を５００℃で２時間加熱したところ、ライナ一層の転
位密度は７ Ｘ １０１５ｃｒｎ−２で、再結晶化して
いないことが確認された。
以上説明した如く、本発明に係る核燃料複合被覆管およ
びその製造方法によれば、ライナ一層となる純ジルコニ
ウムを実質的に完全に再結晶化して、クッション効果を
持たせると共に、外管となるノルコニウム合金の強度を
同時に維持させ、被覆管の応力腐蝕割れを低減させるこ
とができるものである。
びその製造方法によれば、ライナ一層となる純ジルコニ
ウムを実質的に完全に再結晶化して、クッション効果を
持たせると共に、外管となるノルコニウム合金の強度を
同時に維持させ、被覆管の応力腐蝕割れを低減させるこ
とができるものである。
第１図は核燃料複合被覆管内に核燃料ペレットを装着し
た核燃料要素を示す縦断面図、第２図は第１図の拡大横
断面図、第３図は最終熱処理温度に対する純ジルコニウ
ムの転位密度、グイッカース硬さ、および粒径の変化を
示すグラフである。 １・・・複合被覆管、２・・・外管、３・・・ライナー
１．４・・・核燃料ペレット、５・・・上部端栓、６・
・・スプリング。
た核燃料要素を示す縦断面図、第２図は第１図の拡大横
断面図、第３図は最終熱処理温度に対する純ジルコニウ
ムの転位密度、グイッカース硬さ、および粒径の変化を
示すグラフである。 １・・・複合被覆管、２・・・外管、３・・・ライナー
１．４・・・核燃料ペレット、５・・・上部端栓、６・
・・スプリング。
Claims (3)
- （１） ジルコニウム合金からなる外管の内側に、純ジ
ルコニウムをライナ一層として設け、両者が冶金的に接
合された核燃料複合被覆管において、前記外管となるジ
ルコニウム合金と、ライナ一層となる純ジルコニウムと
も実質的に完全な再結晶状態となっていることを特徴と
する核燃料複合被覆管。 - （２） ジルコニウム合金からなる外管の内側に、ライ
ナ一層となる純ジルコニウムスリーブを挿着して複合し
、この複合管を複数回の・ヤスを順次経て、所定の内径
および肉厚まで縮小する管絞シ工程における冷間加工の
合間に、複合管の熱処理を行って、外管とライナ一層と
を冶金的に接合し、最終の管絞り工程の後に、前記外管
となるジルコニウム合金とライナ一層となる純ジルコニ
ウムの両者に、実質的に完全な再結晶ｉ− をもたらす十分な温度で熱処理を行うことを特徴とする
核燃料複合被覆管の製造方法。 - （３）最終の管絞シ工程後に、再結晶化させる熱処理を
５８６〜７２０℃で行うことを特徴とする特許請求Ｏ範
囲第２項記載の核燃料複合被覆管の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58138851A JPS6031088A (ja) | 1983-07-29 | 1983-07-29 | 核燃料複合被覆管 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58138851A JPS6031088A (ja) | 1983-07-29 | 1983-07-29 | 核燃料複合被覆管 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6031088A true JPS6031088A (ja) | 1985-02-16 |
| JPH0560076B2 JPH0560076B2 (ja) | 1993-09-01 |
Family
ID=15231646
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58138851A Granted JPS6031088A (ja) | 1983-07-29 | 1983-07-29 | 核燃料複合被覆管 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6031088A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6166184A (ja) * | 1984-09-10 | 1986-04-04 | 日本核燃料開発株式会社 | 核燃料被覆管 |
| JPS6361989A (ja) * | 1986-09-03 | 1988-03-18 | 日立核燃料開発株式会社 | 核燃料用複合被覆管の製造方法 |
-
1983
- 1983-07-29 JP JP58138851A patent/JPS6031088A/ja active Granted
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6166184A (ja) * | 1984-09-10 | 1986-04-04 | 日本核燃料開発株式会社 | 核燃料被覆管 |
| JPS6361989A (ja) * | 1986-09-03 | 1988-03-18 | 日立核燃料開発株式会社 | 核燃料用複合被覆管の製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0560076B2 (ja) | 1993-09-01 |
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