JPS6049270B2 - 核燃料要素 - Google Patents
核燃料要素Info
- Publication number
- JPS6049270B2 JPS6049270B2 JP54120263A JP12026379A JPS6049270B2 JP S6049270 B2 JPS6049270 B2 JP S6049270B2 JP 54120263 A JP54120263 A JP 54120263A JP 12026379 A JP12026379 A JP 12026379A JP S6049270 B2 JPS6049270 B2 JP S6049270B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- nuclear fuel
- cladding tube
- tube
- protective layer
- cladding
- 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.)
- Expired
Links
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
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、核燃料ペレットを装填する被覆管構造を改良
した核燃料要素に関するものである。
した核燃料要素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、被覆管の破損事故は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、従来は粋蒸気ゲツターを被覆管
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。しカル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つてきた
。このような応力腐蝕割れ防止策として、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が、近年、原子力
発電の比重が高まるに一つれて、原子炉の経済的高効率
運転が切望され、急速立上り、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次のような構造が開発されてい
る。
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、被覆管の破損事故は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、従来は粋蒸気ゲツターを被覆管
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。しカル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つてきた
。このような応力腐蝕割れ防止策として、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が、近年、原子力
発電の比重が高まるに一つれて、原子炉の経済的高効率
運転が切望され、急速立上り、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次のような構造が開発されてい
る。
例えばジルコニウム合金からなる被覆管の内面に、ライ
ニング、電気メッキ、一体押出し、などの手法により銅
、ニッケル、鉄、アルミニウム、ニオブ、モリブデン、
クロム、およびこれらの合金、またはシリカなどからな
る金属保護層を設けたジルコニウム合金複合被覆管、あ
るいは、前記金属保護層とジルコニウム合金からなる被
覆管との間に拡散障壁層を介在させた複合被覆・管など
がある。しかしながら、このような構造の被覆管は、製
造中、水素化合物の巻込みのため水素脆化を誘発したり
、あるいは長時間高温度条件下で運転中に脆弱な拡散層
が発生し、また内面保護層の中性子フ吸収断面積が大き
く中性子経済に負の効果をもたらすなどの種々の欠点が
あつた。
ニング、電気メッキ、一体押出し、などの手法により銅
、ニッケル、鉄、アルミニウム、ニオブ、モリブデン、
クロム、およびこれらの合金、またはシリカなどからな
る金属保護層を設けたジルコニウム合金複合被覆管、あ
るいは、前記金属保護層とジルコニウム合金からなる被
覆管との間に拡散障壁層を介在させた複合被覆・管など
がある。しかしながら、このような構造の被覆管は、製
造中、水素化合物の巻込みのため水素脆化を誘発したり
、あるいは長時間高温度条件下で運転中に脆弱な拡散層
が発生し、また内面保護層の中性子フ吸収断面積が大き
く中性子経済に負の効果をもたらすなどの種々の欠点が
あつた。
本発明は、かかる従来の欠点を改善するためになされた
もので、核燃料ペレットと被覆管どの機械的相互作用を
緩和すると共に、核燃料の核分裂５生成ガスによるジル
コニウム合金被覆管の応力腐蝕割れを防止し、且つ長時
間の高温運転下においても拡散による脆弱な中間層の発
生がなく、しかも中性子経済からも有利な核燃料要素を
提供することを目的とするものである。即ち、本発明は
ジルコニウム合金からなる被覆管内に、核燃料ペレット
を装填し、密封してなる核燃料要素において、前記被覆
管の内面に、結晶集合組織が（４）００１）面またはこ
の近傍に揃つた純ジルコニウム管からなる保護層を設け
て一体に接合したことを特徴とするものである。
もので、核燃料ペレットと被覆管どの機械的相互作用を
緩和すると共に、核燃料の核分裂５生成ガスによるジル
コニウム合金被覆管の応力腐蝕割れを防止し、且つ長時
間の高温運転下においても拡散による脆弱な中間層の発
生がなく、しかも中性子経済からも有利な核燃料要素を
提供することを目的とするものである。即ち、本発明は
ジルコニウム合金からなる被覆管内に、核燃料ペレット
を装填し、密封してなる核燃料要素において、前記被覆
管の内面に、結晶集合組織が（４）００１）面またはこ
の近傍に揃つた純ジルコニウム管からなる保護層を設け
て一体に接合したことを特徴とするものである。
以下、本発明を図面を参照して更に詳細に説明する。
第１図は本発明に係る核燃料要素の一実施例を示す縦断
面図である。
面図である。
この核燃料要素は被覆管１の内部に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トニウムなど
の核燃料ペレット２が複数個積層装填され、更にこの核
燃料ペレット２は前記被覆管１の上部端栓３に一端が当
接したスプリング４により固定されている。前記被覆管
１はジルコニウム合金で形成され、更にこの被覆管１の
内面には純ジルコニウム管からなる保護層５が一体に接
合されて複合管６を形成している。第２図は第１図に示
す核燃料要素の横断面を拡大して示すもので、前記純ジ
ルコニウム管からなる保護層５はその結晶集合組織が（
イ）００１）面または（イ）００１）面の近傍に揃つた
結晶面が形成さ−れている。この保護層５の厚さは、特
に限定されず、製管加工が容易な範囲で何れでも良いが
、望ましくは被覆管１の平均厚さの１１２０〜１１３の
範囲が良い。なお、図において７は被覆管１の下端を密
閉す．る下部端栓、８はプレナムである。
れた、例えば酸化ウランあるいは酸化プルトニウムなど
の核燃料ペレット２が複数個積層装填され、更にこの核
燃料ペレット２は前記被覆管１の上部端栓３に一端が当
接したスプリング４により固定されている。前記被覆管
１はジルコニウム合金で形成され、更にこの被覆管１の
内面には純ジルコニウム管からなる保護層５が一体に接
合されて複合管６を形成している。第２図は第１図に示
す核燃料要素の横断面を拡大して示すもので、前記純ジ
ルコニウム管からなる保護層５はその結晶集合組織が（
イ）００１）面または（イ）００１）面の近傍に揃つた
結晶面が形成さ−れている。この保護層５の厚さは、特
に限定されず、製管加工が容易な範囲で何れでも良いが
、望ましくは被覆管１の平均厚さの１１２０〜１１３の
範囲が良い。なお、図において７は被覆管１の下端を密
閉す．る下部端栓、８はプレナムである。
上記構造の核燃料要素において、複合管６の製造方法に
ついて説明すると、純ジルコニウムの中空スリーブの結
晶集合組織を０ジ方向になるように押出し加工して製管
した後、被覆管１の素材と、なるジルコニウム合金の中
空ビルツト内に嵌挿する。
ついて説明すると、純ジルコニウムの中空スリーブの結
晶集合組織を０ジ方向になるように押出し加工して製管
した後、被覆管１の素材と、なるジルコニウム合金の中
空ビルツト内に嵌挿する。
次にこの複合ビレツトの接合部に圧力を加えた状態で、
例えば７５０℃、８時間の拡散処理を行なつて中空スリ
ーブと中空ビルツトとを一体に接合した後、更に通常の
押出し加工を行なつて製管くを行ない、ジルコニウム合
金からなる被覆管１の内面に、結晶集合組織が（イ）０
０１）面またはこの近傍に揃つた純ジルコニウム管から
なる保護層５を設けた複合管６を得ることができる。上
記構造の核燃料要素によれば、被覆管１の内面に純ジル
コニウム管からなる保護層５を複合することによりこの
保護層５が障壁となり燃料の核分裂生成物である沃素ガ
スやセシウムガスから被覆管１を保護することができる
。
例えば７５０℃、８時間の拡散処理を行なつて中空スリ
ーブと中空ビルツトとを一体に接合した後、更に通常の
押出し加工を行なつて製管くを行ない、ジルコニウム合
金からなる被覆管１の内面に、結晶集合組織が（イ）０
０１）面またはこの近傍に揃つた純ジルコニウム管から
なる保護層５を設けた複合管６を得ることができる。上
記構造の核燃料要素によれば、被覆管１の内面に純ジル
コニウム管からなる保護層５を複合することによりこの
保護層５が障壁となり燃料の核分裂生成物である沃素ガ
スやセシウムガスから被覆管１を保護することができる
。
更にこの保護層５はその結晶集合組織（イ）００１）面
またはこの近傍に揃うように形成されているため優れた
耐蝕性を示す。この場合、保護層５を、結晶集合組織が
（０００１）面またはこの近傍に揃つていない純ジル）
コニウムで形成すると、核分裂生成物との化学反応を生
じて腐蝕が進行する問題があり、本発明では上記の如く
結晶面を選択することが必要である。また保護層５は純
ジルコニウムであるため、粒、径が大きく、粒径の小さ
いジルコニウム合金に比較して軟質であり、核燃料ペレ
ット２の膨張や変形により被覆管１の内壁面に加わる応
力集中に対して保護層５が緩衝材となり機械的相互作用
を緩和させることができる。
またはこの近傍に揃うように形成されているため優れた
耐蝕性を示す。この場合、保護層５を、結晶集合組織が
（０００１）面またはこの近傍に揃つていない純ジル）
コニウムで形成すると、核分裂生成物との化学反応を生
じて腐蝕が進行する問題があり、本発明では上記の如く
結晶面を選択することが必要である。また保護層５は純
ジルコニウムであるため、粒、径が大きく、粒径の小さ
いジルコニウム合金に比較して軟質であり、核燃料ペレ
ット２の膨張や変形により被覆管１の内壁面に加わる応
力集中に対して保護層５が緩衝材となり機械的相互作用
を緩和させることができる。
従つて、前述の如く保護層５が耐食性に優れていると共
に、被覆管１に加わる応力を緩和できることから、これ
らの相乗作用によつて核分裂生成物である沃素ガスやセ
シウムガスによる応力腐蝕割れを阻止することができる
。
に、被覆管１に加わる応力を緩和できることから、これ
らの相乗作用によつて核分裂生成物である沃素ガスやセ
シウムガスによる応力腐蝕割れを阻止することができる
。
また苛酷な高温下長時間の原子炉運転条件によつても保
護層５と被覆管１との間に、拡散による脆弱な中間層が
生成されず、従来の構造に比べて、強度的にも優れてい
る。
護層５と被覆管１との間に、拡散による脆弱な中間層が
生成されず、従来の構造に比べて、強度的にも優れてい
る。
更に保護層５が純ジルコニウムで形成されていることか
ら中性子吸収断面積が小さく、中性子経済からも、従来
の金属による保護層に比べて有利である。
ら中性子吸収断面積が小さく、中性子経済からも、従来
の金属による保護層に比べて有利である。
第３図は本発明の他の実施例に係る核燃料要素を示すも
ので、ジルコニウム合金からなる被覆管１の内面全周に
長手方向に沿つた縦溝９が形成され、ここに結晶集合組
織を揃えた純ジルコニウム管からなる保護層５が一体に
被着されたものである。
ので、ジルコニウム合金からなる被覆管１の内面全周に
長手方向に沿つた縦溝９が形成され、ここに結晶集合組
織を揃えた純ジルコニウム管からなる保護層５が一体に
被着されたものである。
これはジルコニウム合金からなる中空ビルツトの内面全
周に縦溝９を形成した後、この内側に、結晶集合組織を
００方向に製管した純ジルコニウムからなる中空スリー
ブを嵌装して複合ビルツトを形成し、以後、通常の押出
し加工により製管して複合管６とするものである。
周に縦溝９を形成した後、この内側に、結晶集合組織を
００方向に製管した純ジルコニウムからなる中空スリー
ブを嵌装して複合ビルツトを形成し、以後、通常の押出
し加工により製管して複合管６とするものである。
この方法では、複合ビレツトの押出し加工の際に、ジル
コニウム合金からなる硬い中空ビルツトの縦溝９が、軟
らかい純ジルコニウムからなる中空スリーブの外面に食
い込み、接触部の溝山と側面に強い摩擦力が働き、両者
の表面の薄い酸化被膜か局部的に破れて活性化し、更に
押出し加工を行なうことにより、拡散処理を行なわずに
強固に密着接合した複合管６を得ることができる。
コニウム合金からなる硬い中空ビルツトの縦溝９が、軟
らかい純ジルコニウムからなる中空スリーブの外面に食
い込み、接触部の溝山と側面に強い摩擦力が働き、両者
の表面の薄い酸化被膜か局部的に破れて活性化し、更に
押出し加工を行なうことにより、拡散処理を行なわずに
強固に密着接合した複合管６を得ることができる。
以上説明した如く、本発明によれば、核燃料ペレットと
被覆管との機械的相互作用を緩和すると共に、核燃料の
核分裂生成ガスによるジルコニウム合金被覆管の応力腐
蝕割れを防巾し、且つ長時間の高温運転下においても拡
散による脆弱な中間層の発生がなく、しかも中性子経済
からも有利な核燃料要素を得ることができるものである
。
被覆管との機械的相互作用を緩和すると共に、核燃料の
核分裂生成ガスによるジルコニウム合金被覆管の応力腐
蝕割れを防巾し、且つ長時間の高温運転下においても拡
散による脆弱な中間層の発生がなく、しかも中性子経済
からも有利な核燃料要素を得ることができるものである
。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明に係わる核燃料要素の一実施例を一部切
欠して示す縦断面図、第２図は第１図の核燃料要素を拡
大して示す横断面図、第３図は本発明の他の実施例に係
る核燃料要素を示す横断面図てある。 １・・・・・・被覆管、２・・・・・・核燃料ペレット
、３・・・・上部端栓、４・・・・・・スプリング、５
・・・・・・保護層、６・・・・複合管、７・・・・・
・下部端栓、８・・・・・・プレナム、９・・・・・・
縦溝。
欠して示す縦断面図、第２図は第１図の核燃料要素を拡
大して示す横断面図、第３図は本発明の他の実施例に係
る核燃料要素を示す横断面図てある。 １・・・・・・被覆管、２・・・・・・核燃料ペレット
、３・・・・上部端栓、４・・・・・・スプリング、５
・・・・・・保護層、６・・・・複合管、７・・・・・
・下部端栓、８・・・・・・プレナム、９・・・・・・
縦溝。
Claims (1)
- １ ジルコニウム合金からなる被覆管内に、核燃料ペレ
ットを装填し、密封してなる核燃料要素において、前記
被覆管の内面に、結晶集合組織が（０００１）面または
この近傍に揃つた純ジルコニウム管からなる保護層を設
けて一体に接合してなることを特徴とする核燃料要素。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP54120263A JPS6049270B2 (ja) | 1979-09-19 | 1979-09-19 | 核燃料要素 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP54120263A JPS6049270B2 (ja) | 1979-09-19 | 1979-09-19 | 核燃料要素 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5643583A JPS5643583A (en) | 1981-04-22 |
| JPS6049270B2 true JPS6049270B2 (ja) | 1985-10-31 |
Family
ID=14781873
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP54120263A Expired JPS6049270B2 (ja) | 1979-09-19 | 1979-09-19 | 核燃料要素 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6049270B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60261981A (ja) * | 1984-06-07 | 1985-12-25 | Sanshin Ind Co Ltd | エンジンのア−ス回路 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007299936A (ja) * | 2006-04-28 | 2007-11-15 | Sunx Ltd | 電子機器の取付構造 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5169795A (ja) * | 1974-11-11 | 1976-06-16 | Gen Electric |
-
1979
- 1979-09-19 JP JP54120263A patent/JPS6049270B2/ja not_active Expired
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5169795A (ja) * | 1974-11-11 | 1976-06-16 | Gen Electric |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60261981A (ja) * | 1984-06-07 | 1985-12-25 | Sanshin Ind Co Ltd | エンジンのア−ス回路 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5643583A (en) | 1981-04-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4045288A (en) | Nuclear fuel element | |
| US4372817A (en) | Nuclear fuel element | |
| US3925151A (en) | Nuclear fuel element | |
| US4022662A (en) | Nuclear fuel element having a metal liner and a diffusion barrier | |
| US3141830A (en) | Nuclear fuel elements and manufacturing method | |
| US4406012A (en) | Nuclear fuel elements having a composite cladding | |
| JP2846266B2 (ja) | 被覆管 | |
| JPH0658412B2 (ja) | 燃料棒用の耐食性被覆 | |
| US4717534A (en) | Nuclear fuel cladding containing a burnable absorber | |
| JPH0213280B2 (ja) | ||
| KR910003286B1 (ko) | 원자로용 복합 크래딩 콘테이너 | |
| JPH033917B2 (ja) | ||
| US3215607A (en) | Multi-region neutronic fuel element | |
| JPS6049270B2 (ja) | 核燃料要素 | |
| JPS639187B2 (ja) | ||
| GB1569078A (en) | Nuclear fuel element | |
| JPH0457237B2 (ja) | ||
| JPS6051071B2 (ja) | 原子炉用制御棒 | |
| JPS58216988A (ja) | 埋設ジルコニウム層 | |
| JPS6238388A (ja) | 原子燃料用複合被覆管 | |
| CA1209727A (en) | Buried zirconium layer | |
| JPS60122385A (ja) | 核燃料要素 | |
| JPS6051070B2 (ja) | 核燃料要素およびその製造方法 | |
| JPS60129690A (ja) | 核燃料複合被覆管およびその製造方法 | |
| JPS6051672B2 (ja) | 核燃料要素の製造方法 |