SE434316B - Brenslestav for kernreaktor - Google Patents

Description

81301772-3 I Det är känt att i det invändiga skíktet använda zirkonium med en föroren- ingsnalt av minst 1 000 ppm (parts per million) och högst 5 000 ppm. Av föroreningarna utgöres därvid 200-1 200 ppm av syre. Halter av andra för- oreningar ligger inom de normala gränserna för resp ämnen i kommersiell zirkoniumsvamp av reaktorkvalitet, vilket innebär för aluminium 75 ppm eller mindre, för bor 0,H ppm eller mindre, för kadmium 0,U ppm eller mindre, för kol 270 ppm eller mindre, för krom 200 ppm eller mindre, för kobolt 20 ppm eller mindre, för koppar 50 ppm eller mindre, för hafnium l00 ppm eller mindre, för väte 20 ppm eller mindre, för järn I 500 ppm eller mindre, för molybden SO ppm eller mindre, för nickel 70 ppm eller mindre, för niob 100 ppm eller mindre, för kväve 80 ppm eller mindre, för kisel 120 ppm eller mindre, för tenn 50 ppm eller mindre, för volfram 100 ppm eller mindre, för titan 50 ppm eller mindre samt för uran 3,5 ppm eller mindre. Det är också känt att i det invändiga skiktet använda zirkonium med en föroreningshalt av mindre än 1 000 ppm.

Det är vidare känt att i det invändiga skyddsskiktet använda zirkonium inne- hållande molybden i en halt av högst 3 viktprocent eller kol, fosfor eller kisel i en halt av högst 1 viktprocent. Sådan zirkonium liksom zirkonium innehållande högst 3 viktprocent titan eller högst 1 viktprocent tenn är ett förhållandevis mjukt material med god resistens mot förhårdnande vid neutron- bestrålníng. Det har en avsevärt bättre resistens mot spånningskorrosion än materialet i kapselröret. Tjockleken hos det mot spänningskorrosion resistenta skiktet är lämpligen 0,005~O,8 mm och företrädesvis 0,05-0,1 mm.

Enligt den föreliggande uppfinningen användes ett mot spänningskorrosion resistent skikt av annat material än zirkonium innehållande högst 5000 ppm av i kommersiell zirkoniumsvamp av reaktorkvalitet ingående föroreningar, vilket material har större resistens mot spänningskorrosion än den zirko- niumbaserade legeringen i kapselröret och består av zirkonium innehållande andra ämnen än zirkonium i en halt av högst 3 viktprocent. På den mot kapselrörets centrum vända ytan av det resistenta skiktet är anbringat ett skyddsskikt av en zirkoniumbaserad legering innehållande 1,2-1,7 viktpro- cent tenn, 0,07-0,2H viktprocent järn, 0,05-0,15 viktprocent krom, 0-0,08 viktprocent nickel ooh 0,09-0,16 viktprocent syre, rest zirkonium och i zirkonium av reaktorkvalitet normalt förekommande föroreningar.

Den zirkoniumbaserade legeringen i skyddsskíktet består företrädesvis av en av de under handelsnamnen Zircaloy 2 eller Zircaloy H kända legeringarna, vilkas innehåll av tenn, järn, krom, nickel och syre ligger inom de i före- gående stycke angivna gränserna. Zircaloy 2 innehåller 1r,2-1,7 viktprocent '\f1 3 azo1v72-3 tenn, 0,07-0,20 viktprocent järn, 0,05-0,15 viktprouent krom, 0,03-0,08 vlktprocent nickel och 0,09-0,16 viktprocent syre Zircaloy H innehåller 1,2-1,7 víktprocent tenn, 0,18-0,2H viktprocent järn, 0,57-0,13 viktprocent krom och 0,09-0,16 viktprocent syre. Tjockleken nos skyddsskiktet uppgår lämpligen till 0,005-0,8 mm och företrädesvis till 0,01-0,3 mm.

Materialet i kapselröret utgöres lämpligen av en zirkoniumbaserad legering med en sammansättning som faller under den för :k~ddsskiktet i näst före- gående stycke definierade sammansättningen. Särskilt föredrages ett kapsel- rör av Zircaloy 2 eller Zircaloy U.

Det mot spänningskorrosion resistenta skiktet kan bestå av zirkonium inne- hållande 0,1-3 viktprocent molybden och/eller 0,03-1 viktprocent kol och/ eller 0,03-1 viktprocent fosfor och/eller 0,03-1 viktprocent kisel eller 0,1-1 viktprocent tenn eller 0,1-3 viktprocent titan samt sådana föroren- ingar, som normalt ingår i kommersiell zirkoniumsvamp av reaktorkvalítet.

Funktionen hos skyddsskiktet, som således är beläget innerst i röret, är att skydda det mot spänningskorrosion resistenta skíktet mot eventuell kontakt med vatten i den händelse en läcka skulle uppstå i ett kapselrör i en reak- tor med vatten som kylmedel. Läckan kan t ex utgöras av ett hål i en svets- fog. Vid kontakt mellan i kapselröret inträngt vatten och det resistenta skiktet reagerar vattnet och zirkoniumet i nämnda skikt häftigt under vätgas- bildning, med följd att skador uppstår i bränslestaven. Sprickor som kan upp- stå i skyddsskiktet på grund av spänningskorrosion medför att endast små ytor av det resistenta skiktet exponeras, vilket innebär att skyddsskiktets effek- tivitet i allt väsentligt bibehålles även om sprickor uppträder i det. Det -resistenta skiktet förhindrar att förekommande sprickor i skyddsskiktet fort- plantar sig genom hela kapselröret.

Uppfinningen skall förklaras närmare genom beskrivning av utföringsexempel under hänvisning till bifogade ritning, som visar ett tvärsnitt av en bränsle- stav enligt den föreliggande uppfinningen. 0,5 viktdelar tenn blandas med 99,5 viktdelar kommersiell zirkoniumsvamp av reaktorkvalitet med i beskrivningen tidigare angiven sammansättning. Ett rör med en väggtjocklek av 1,25 mm och en ytterdiameter av UM mm tillverkas av blandningen under det att den smältes. Röret anordnas i ett rör av Zircaloy 2

Claims (3)

10 15 8301772-3 med en väggtjooklek av 10 mm och en innerdiameter av H5 mm. Inuti det Fürst- nämnda röret anordnas ett rör av Ziroaloy 2 med en väggtjocklek av 1,25 mm ; och en ytterdiameter av ü2mm. De tre rören svetsas ihop vid rörens båda 2 ändytor. Det så erhållna sammansatta röret strängpressas utan att under- kastas någon uppvärmning. Den strängpressade produkten kallvalsas därefter i flera steg med mellanliggande rekristallisationsglödgningar vid omkring 650 G och en slutglödgning efter sista valsningen vid omkring 525 °C. var- vid en i figuren visad rörformad slutprodukt erhålles, bestående av ett skikt 1 av Zircaloy 2 med en tjocklek av 0,73 mm och en innerdiameter av 10,75 mm, ett skikt 2 av zirkonium med inlegerad tenn med en tjocklek av 0,07 mm och ett skikt 3 av Zircaloy 2 med en tjocklek av 0,07 mm. I figuren är även kärnbränslet inritat, vilket består av cirkulärcylindriska kutsar H av urandioxid staplade på varandra i kapselrörets axelriktning. Tennet kan i det beskrivna exemplet ersättas med en lika stor mängd titan, molybden, kol, fosfor eller kisel. Bränslestaven enligt uppfinningen är i första hand avsedd att användas i en reaktor med vatten som kylmedel. PATENTKRAV

1. Bränslestav för kärnreaktor omfattande ett kapselrör (1) av zirkonium- baserad legering, på vars invändiga yta är anordnat ett mot spänningskorro- sion resistent skikt (2), k ä n n e t een k n a d därav, att det resistenta skiktet består av annat material än zirkonium innehållande högst 5000 ppm av i kommersiell zirkoniumsvamp av reaktorkvalitet ingående föroreningar, vilket ' material har större resistens mot spänningskorrosion än den zirkoniumbaserade ' legeringen i kapselröret och består av zirkonium innehållande flndfê ämnen än zirkonium i en halt av högst 3 viktprocent, och därav, att på den mot kapsel- rörets centrum vända ytan av det resistenta skiktet är anordnat ett skydds- skikt (3) av en zirkoniumbaserad legering innehållande 1,2-1,7 viktprocent tenn, 0,07-O,2U viktprocent järn, 0,05-0,15 viktprocent krom, O-0,8 viktpro- cent nickel och 0,09-0,16 viktprocent syre, rest zirkonium och i zirkonium av reaktorkvalífiet normalt förekommande föroreningar.

2. Bränslestav enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att skyddsskiktet (3) av zirkoniumbaserad legering har en tjocklek av 0,005-0,8 mm. also - Hší 1772 z

3. Bränslestav enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att det mot spänningskorrosion resistenta sklktet består av zirkonium innehåll- ande 0,1-3 viktprocent molybden ochieller 0,03-1 víktprocent kol och/eller 0,03-1 viktprocent fosfor och/eller 0,03-1 vikhprocent kisel eller 0,1-1 viktprocent tenn eller 0,1-3 viktprocent titan samt sådana föroreningar, som normalt ingår i kommersiell zirkoniumsvamp av reaktorkvalitet.