JPS6036653A - 核燃料要素の被覆管 - Google Patents
核燃料要素の被覆管Info
- Publication number
- JPS6036653A JPS6036653A JP58143825A JP14382583A JPS6036653A JP S6036653 A JPS6036653 A JP S6036653A JP 58143825 A JP58143825 A JP 58143825A JP 14382583 A JP14382583 A JP 14382583A JP S6036653 A JPS6036653 A JP S6036653A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- grain size
- cladding tube
- nuclear fuel
- cladding
- fuel element
- 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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Classifications
-
- 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
- Heat Treatment Of Nonferrous Metals Or Alloys (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】
〔発明の利用分野〕
本発明は、核燃料要素の被覆管の改良に関するものであ
る。
る。
現在、設計、製造及び運転がなされている原子炉におい
ては、通常、核燃料物質を、耐食性、非反応性、かつ、
熱伝導性のすぐれた被覆管内に封入している。この燃料
要素を冷却材流れチャンネル内に一定間隔に格子状に集
合し組み立てて燃料集合体を形成し、これら燃料集合体
を適当数組み合せて核分裂反応の可能な核分裂連鎖反応
型集合体または炉心を形成し、この炉心を冷却材の流通
する原子炉容器内に入れている。
ては、通常、核燃料物質を、耐食性、非反応性、かつ、
熱伝導性のすぐれた被覆管内に封入している。この燃料
要素を冷却材流れチャンネル内に一定間隔に格子状に集
合し組み立てて燃料集合体を形成し、これら燃料集合体
を適当数組み合せて核分裂反応の可能な核分裂連鎖反応
型集合体または炉心を形成し、この炉心を冷却材の流通
する原子炉容器内に入れている。
被覆管は幾つかの目的で使用され、その第１の目的は、
核燃料と冷却材まだは減速材との接触及び化学反応を防
止することにある。第２の目的は、一部が気体である放
射性核分裂生成物が、燃料から冷却材まだは減速材、あ
るいは冷却材及び減速材の双方が存在する場合はこれら
双方の中にもれ出るのを防止することにある。
核燃料と冷却材まだは減速材との接触及び化学反応を防
止することにある。第２の目的は、一部が気体である放
射性核分裂生成物が、燃料から冷却材まだは減速材、あ
るいは冷却材及び減速材の双方が存在する場合はこれら
双方の中にもれ出るのを防止することにある。
普通の被覆管材料は、ステンレス鋼、ジルコニウム及び
その合金等である。これらの被覆管の破損、即ち、漏れ
、密封性の喪失が生じると、冷却材または減速材及びそ
の関連する系が、放射性長寿命生成物でプラントの運転
を妨げる程に汚染されるおそれがある。ジルコニウム及
びその合金は、平常条件下では優秀な被覆管材料である
。その理由は、ジルコニウム及びその合金が小さい中性
子吸収断面を有し、更に、約４００Ｕ以下の温度では、
原子炉冷却材及び減速材として普通に使用される水蒸気
の存在化で強く、延性を有し、極めて安定で、かつ、非
反応性であるからである。しかし、被覆管は使用中にク
リープ変形を生じる。特に中性子照射下で長期間使用し
た場合はクリープ変形は著しく、被覆管の製造時の形状
を保つことができず、初期の燃料の性能を損うことが多
条ある。現在のＢＷＲ，型原子炉燃料被覆管ではこのク
リープ変形はそれ程問題ではないが、将来、燃料の高燃
焼化に対しては解決を必要とする重要な問題である。
その合金等である。これらの被覆管の破損、即ち、漏れ
、密封性の喪失が生じると、冷却材または減速材及びそ
の関連する系が、放射性長寿命生成物でプラントの運転
を妨げる程に汚染されるおそれがある。ジルコニウム及
びその合金は、平常条件下では優秀な被覆管材料である
。その理由は、ジルコニウム及びその合金が小さい中性
子吸収断面を有し、更に、約４００Ｕ以下の温度では、
原子炉冷却材及び減速材として普通に使用される水蒸気
の存在化で強く、延性を有し、極めて安定で、かつ、非
反応性であるからである。しかし、被覆管は使用中にク
リープ変形を生じる。特に中性子照射下で長期間使用し
た場合はクリープ変形は著しく、被覆管の製造時の形状
を保つことができず、初期の燃料の性能を損うことが多
条ある。現在のＢＷＲ，型原子炉燃料被覆管ではこのク
リープ変形はそれ程問題ではないが、将来、燃料の高燃
焼化に対しては解決を必要とする重要な問題である。
本発明は上記の状況に鑑みなされたものであり、強度及
び耐食性を低下させることなくクリープひずみを低減で
きる核燃料要素の被覆管を提供することを目的としたも
のである。
び耐食性を低下させることなくクリープひずみを低減で
きる核燃料要素の被覆管を提供することを目的としたも
のである。
〔発明の概要〕
本発明の核燃料要素の被覆管は、ジルコニウムもしくは
ジルコニウム合金の金属被覆管内部に核燃料物質が装填
されてなり、上記金属被覆管が熱処理により結晶粒径が
大径化されているものである。
ジルコニウム合金の金属被覆管内部に核燃料物質が装填
されてなり、上記金属被覆管が熱処理により結晶粒径が
大径化されているものである。
核燃料要素の被覆管は３００〜３５０ｃの温度範囲で使
用され、負荷応力は降伏応力の１／２程度以下である。
用され、負荷応力は降伏応力の１／２程度以下である。
このような比較的低温で、かつ、低応力下でのクリープ
速度二は自己拡散律速過程に従い、次式で表わすことが
実験の結果明らかとなった。
速度二は自己拡散律速過程に従い、次式で表わすことが
実験の結果明らかとなった。
ここで、Ａ：定数、Ｄ；結晶粒径、Ｔ；絶対温度、σ；
負荷応力。
負荷応力。
（１）式によると、クリープ速度：は結晶粒径りの２乗
に反比例することになる。即ち、結晶粒径りが大きい程
クリープ速度は小さくなる。中性子照射下では自己拡散
が促進されクリープ速度−が加速されるが、このような
場合でも、（１）式の定数Ａが変化するのみで、クリー
プ速度二の結晶粒径依存性に変りはなく、結晶粒径りが
大きい程クリープ速度ｉは小さくなる。、 一方、一般に金属材料の降伏応力σアと結晶粒径りの間
には次の（２）式が成り立つ。
に反比例することになる。即ち、結晶粒径りが大きい程
クリープ速度は小さくなる。中性子照射下では自己拡散
が促進されクリープ速度−が加速されるが、このような
場合でも、（１）式の定数Ａが変化するのみで、クリー
プ速度二の結晶粒径依存性に変りはなく、結晶粒径りが
大きい程クリープ速度ｉは小さくなる。、 一方、一般に金属材料の降伏応力σアと結晶粒径りの間
には次の（２）式が成り立つ。
σアーσ＋］−に／Ｖ’山−・・・・・・・・・（２）
ここで、σＩ ７定数、ｋ ｉ定数、ジルカロイ−２で
は３００Ｃで、（’Ｉ ＝５６ＭＰａ 、に＝２１７Ｍ
Ｐａｖ’７ｚ血である。
ここで、σＩ ７定数、ｋ ｉ定数、ジルカロイ−２で
は３００Ｃで、（’Ｉ ＝５６ＭＰａ 、に＝２１７Ｍ
Ｐａｖ’７ｚ血である。
現行使用核燃料要素の被覆管ジルカロイ−２の結晶粒径
りは、２〜４μｍ程度である。現行使用被覆管の結晶粒
径を４μｍとしたときのクリープ速度を：（４μｍ）、
降伏応力をσｙ（４μｍ）と表わし、これよｐも結晶粒
径を大きくした場合のそれぞれの値の割合、即ち、結晶
粒径４μｍに対する各結晶粒径における二と０丁の割合
を第１表に示す。
りは、２〜４μｍ程度である。現行使用被覆管の結晶粒
径を４μｍとしたときのクリープ速度を：（４μｍ）、
降伏応力をσｙ（４μｍ）と表わし、これよｐも結晶粒
径を大きくした場合のそれぞれの値の割合、即ち、結晶
粒径４μｍに対する各結晶粒径における二と０丁の割合
を第１表に示す。
第１表
第１表から明らかなように、結晶粒径が大きくなるとク
リープ速度は急激に減少するのに対し、降伏応力は若干
減少するのみである。即ち、結晶粒径を大きくすること
によシ被覆管の強度をほとんど変えないでクリープ速度
を着しく減少させることができる。結晶粒径の大きさは
、強度を損わないで、かつ、クリープ速度を減少させる
範囲として、５〜７μｍ程度が妥尚である。
リープ速度は急激に減少するのに対し、降伏応力は若干
減少するのみである。即ち、結晶粒径を大きくすること
によシ被覆管の強度をほとんど変えないでクリープ速度
を着しく減少させることができる。結晶粒径の大きさは
、強度を損わないで、かつ、クリープ速度を減少させる
範囲として、５〜７μｍ程度が妥尚である。
ジルカロイ−２被覆管の結晶粒径は、焼鈍温度を、現行
の５８０Ｃよ）も高温で行なうことにより容易に大きく
することができる。また、ジルヵロイ−２被覆管の耐食
性は化学組成によって支配され、結晶粒径の大小には依
存しない。従って、結晶粒径を変化させても耐食性は変
らない。
の５８０Ｃよ）も高温で行なうことにより容易に大きく
することができる。また、ジルヵロイ−２被覆管の耐食
性は化学組成によって支配され、結晶粒径の大小には依
存しない。従って、結晶粒径を変化させても耐食性は変
らない。
以下本発明の核燃料要素の被覆管の実施例を、第１図、
第２図により説明する。第１図はジルカロイ−２の被覆
管で直径ｄは１２．５咽、肉厚ｔは０．８６ｔｔｓであ
る。第２図はジルカロイ−２被覆管の結晶粒径りを横軸
にとり縦軸にクリープひずみ優をとり、結晶粒径りを種
々に変えた場合の３００Ｃにおけるクリープひずみの説
明図である。クリープ試験は、第１図の長さ４０（１ｍ
の被覆管１に管軸方向の引張応力十手含括十キ→を負荷
し、ｍａｄ巧っだ。結晶粒径１）１）Ｓ’ ４．９ ｐ
ｍ 。
第２図により説明する。第１図はジルカロイ−２の被覆
管で直径ｄは１２．５咽、肉厚ｔは０．８６ｔｔｓであ
る。第２図はジルカロイ−２被覆管の結晶粒径りを横軸
にとり縦軸にクリープひずみ優をとり、結晶粒径りを種
々に変えた場合の３００Ｃにおけるクリープひずみの説
明図である。クリープ試験は、第１図の長さ４０（１ｍ
の被覆管１に管軸方向の引張応力十手含括十キ→を負荷
し、ｍａｄ巧っだ。結晶粒径１）１）Ｓ’ ４．９ ｐ
ｍ 。
５．８μｍ、７４μｍ、９．Ｑμｍの被覆管は温度を、
それぞれ６２５０．７００ｔＴ、７９０Ｃ，８６０Ｃと
して、１時間加熱焼鈍することによって得たものである
。そして、Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄの各点は、これらの被覆管１
を、それぞれ引張応力９０ＭＰ＆、温度３００Ｃで１０
間クリープ試験を行った場合のクリープひずみ係である
。そして、Ｅ点は従来の現行の仕様被覆管の上記と同様
なりリープ試験を結晶粒径が４．９μｍ〜９０μｍの入
点ないしＤ点を結んだひずみの曲線である。第２図から
明らかなように、結晶粒径りが大きくなるに従いりＩＪ
−プひすみは減少しており、特に、結晶粒径が４．９μ
ｍ以」二でその効果は大きくなっている。
それぞれ６２５０．７００ｔＴ、７９０Ｃ，８６０Ｃと
して、１時間加熱焼鈍することによって得たものである
。そして、Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄの各点は、これらの被覆管１
を、それぞれ引張応力９０ＭＰ＆、温度３００Ｃで１０
間クリープ試験を行った場合のクリープひずみ係である
。そして、Ｅ点は従来の現行の仕様被覆管の上記と同様
なりリープ試験を結晶粒径が４．９μｍ〜９０μｍの入
点ないしＤ点を結んだひずみの曲線である。第２図から
明らかなように、結晶粒径りが大きくなるに従いりＩＪ
−プひすみは減少しており、特に、結晶粒径が４．９μ
ｍ以」二でその効果は大きくなっている。
第３図は横軸に第２図の横軸と全く同一の被覆管の結晶
粒径をとり、縦軸に降伏−Ｗ→応力をとって示した結晶
粒径及び孕すミ応力の関係説明図であり、試験温度は３
００ｔ：：である。Ａ’ 、Ｂ’ 。
粒径をとり、縦軸に降伏−Ｗ→応力をとって示した結晶
粒径及び孕すミ応力の関係説明図であり、試験温度は３
００ｔ：：である。Ａ’ 、Ｂ’ 。
ｃ ／ 、 ｎ ７点及びＥ′点はそれぞれ結晶粒径３
．９μｍ、４．９μｍ、５．８μｍ、７．２μｍ、９．
０μｍの被覆管１の降伏応力である。第３図から明らか
なように、結晶粒径が増大すると降伏応力は結晶粒径が
比較的小さい範囲ではあまり減少しないが、結晶粒径が
９，０μｍ近くになると降伏応力は急激に減少する。第
２図及び第３図から、結晶粒径は５〜７μｍ１まだ、熱
処理条件は６３０〜７５０Ｃ程度が最適と云える。
．９μｍ、４．９μｍ、５．８μｍ、７．２μｍ、９．
０μｍの被覆管１の降伏応力である。第３図から明らか
なように、結晶粒径が増大すると降伏応力は結晶粒径が
比較的小さい範囲ではあまり減少しないが、結晶粒径が
９，０μｍ近くになると降伏応力は急激に減少する。第
２図及び第３図から、結晶粒径は５〜７μｍ１まだ、熱
処理条件は６３０〜７５０Ｃ程度が最適と云える。
このように本実施例の核燃料要素の被覆管は焼鈍によっ
て結晶粒径を現行使用被覆管の場合よシも大きくするこ
とにより従来と同等の強度及び耐食性を有しクリープひ
ずみを著しく小さくできる。
て結晶粒径を現行使用被覆管の場合よシも大きくするこ
とにより従来と同等の強度及び耐食性を有しクリープひ
ずみを著しく小さくできる。
上記実施例はジルカロイ−２の場合について述べたが、
ジルコニウムでも全く同じである。
ジルコニウムでも全く同じである。
以上記述した如く本発明の核燃料要素の被覆管は、強度
及び耐食性を低下させることなくクリープひずみを低減
できる効果を有するものである。
及び耐食性を低下させることなくクリープひずみを低減
できる効果を有するものである。
第１図は本発明の核燃料要素の被覆管の実施例の断面図
、第２図は逐次焼鈍温度を高め粒径が大きくされた各結
晶粒径を有する第１図のそれぞれの被覆管のクリープひ
ずみ説明図、第３図は第２図の各結晶粒径を有する各被
覆管の降伏応力説明図でおる。 １・・・被覆管。 代理へ 弁理士 高橋明夫 ￥ １口 ３．９４．９５．８ ７．２ ９・Ｏ （ｐケ）ｖ６晶舷径
、第２図は逐次焼鈍温度を高め粒径が大きくされた各結
晶粒径を有する第１図のそれぞれの被覆管のクリープひ
ずみ説明図、第３図は第２図の各結晶粒径を有する各被
覆管の降伏応力説明図でおる。 １・・・被覆管。 代理へ 弁理士 高橋明夫 ￥ １口 ３．９４．９５．８ ７．２ ９・Ｏ （ｐケ）ｖ６晶舷径
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、ジルコニウムもしくはジルコニウム合金の金属被覆
管内部に核燃料物質が装填された被覆管において、上記
金属被覆管が熱処理により結晶粒径が大径化されている
ことを特徴とする核燃料要素の被覆管。 ２、上記金属被覆管の結晶粒径が、５μｍないし７μｍ
に形成されている特許請求の範囲第１項記載の核燃料要
素の被覆管。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58143825A JPS6036653A (ja) | 1983-08-08 | 1983-08-08 | 核燃料要素の被覆管 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58143825A JPS6036653A (ja) | 1983-08-08 | 1983-08-08 | 核燃料要素の被覆管 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6036653A true JPS6036653A (ja) | 1985-02-25 |
Family
ID=15347825
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58143825A Pending JPS6036653A (ja) | 1983-08-08 | 1983-08-08 | 核燃料要素の被覆管 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6036653A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102018202974A1 (de) | 2017-03-15 | 2018-09-20 | Yazaki Corporation | Verbinder |
-
1983
- 1983-08-08 JP JP58143825A patent/JPS6036653A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102018202974A1 (de) | 2017-03-15 | 2018-09-20 | Yazaki Corporation | Verbinder |
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