SE441714B

SE441714B - Brenslestav for kernreaktor

Info

Publication number: SE441714B
Application number: SE8401386A
Authority: SE
Inventors: Vannesjo K Lundblad; G Vesterlund; Iii S G Mcdonald; G P Sabol; J P Foster
Original assignee: Asea Atom Ab
Priority date: 1984-03-13
Filing date: 1984-03-13
Publication date: 1985-10-28
Also published as: SE8401386D0; SE8401386L

Description

1D 8401386-1? av högst 1000.ppm (parts per million) respektive högst 5000 ppm. Det svenska patentet SOOHQÉÖ-2 beskriver skvddsskikt av zirkonium legerat med 0,1-3 vikt- procent molybden och/eller 0,03-1 viktprocent kol och/eller 0,03-1 viktpro- cent fosfor ochieller 0,03-1 viktprocent_kisel. Zirkoniumet kan därvid dess- utom innehålla andra i kommersiell zirkoniumsvamp av reaktorkvalitet ingående föroreningar. Det är vidare genom den svenska patentansökningen 8300016-6 känt att som invändigt skvddsskikt för ett kapselrör använda àirkonium legerat med 0,02-0,3 viktprocent järn, zirkonium legerat med 0,05~O,3 viktprocent krom, zirkonium legerat med 0,15~O,3 viktprocent järn plus krom och zirkonium legerat med 0,02-0,2 viktprocent koppar. Utöver resistens mot spänningskorrosion uppges skyddsskiktet uppvisa en större korrosionsbestän- 'dighet än olegeratzirkonium, i synnerhet mot oxidation genom inverkan av hett vatten eller vattenånga.

Enligt den föreliggande uppfinningen har det visat sig att vissa kända lege- ringar, nämligen zirkonium legerat med mindre mängder koppar och volfram samt zirkonium legerat med en mindre mängd tantal lämpar sig utmärkt som material i skyddsskikt på insidan av kapselrör av Zircaloy 2 och Zircaloy U.

Materialen ger inte bara en förhöjd resistens mot spänningskorrosion på grund av utmärkt resistens mot försprödning genom inverkan av fissionspro- dukter från bränslet utan uppvisar också en förbättrad resistens mot korro- siv inverkan av vatten och vattenånga av hög temperatur. Detta medför en långsammare bildning av korrosionsväte så att höga halter därav inte kan byggas upp och förorsaka en förstöring av kapselrörets mekaniska egenskaper på grund av lokal hydrering. Att de nämnda ämnena är utmärkta invändiga skyddsskikt i kapselrör av Zircaloy 2 och Zircaloy H är så mycket mer över- raskande som ämnena inte visat sig kunna ersätta Zircaloy 2 och Zircaloy R som material i kapslingsrör på grund av otillräckliga hållfasthetsegenska- per och otillräcklig resistens mot allmänkorrosion. p . _ Närmare bestämt består skyddsskiktet enligt den föreliggande uppfinningen av zirkonium innehållande 0,45-0,55 viktprocent koppar och O,U5-0,55 vikt- procent volfram eller av zirkonium innehållande 0,45-0,55 viktprocent tan- tal. Övriga i zirkoniumet ingående ämnen utgöres av i zirkoniumsvamp av reaktorkvalitet normalt förekommande föroreningar. Normala halter av förore- ningarna i zirkonium av sådan kvalitet är för syre 200-1200 ppm, för alumi- nium 75 ppm eller mindre, för bor 0,U 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 \ﬂ - 84501386-1 100 ppm eller mindre, för väte 25 ppm eller mindre, för järn 1500 ppm eller mindre, för magnesium 20 ppm eller mindre, för mangan 50 ppm eller mindre, för molybden 50 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 Fpm eller mindre. I de fall koppar och volfram utgör legeringstillsatser enligt den föreliggande upp- finningen är deras halter givetvis sådana som specificerats för respektive legering.

Tjockleken hos skyddsskiktet uppgår lämpligen till 0,0H-0,32 mm och före- trädesvis till 0,05-0,1 mm. Skiktets tjocklek utgör lämpligen 5-H0 % och företrädesvis 5-15 % av kapselrörets väggtjocklek.

Materialet i kapselröret har beskrivits inledningsvis. Till detta kan läggas att för Zircaloy 2 är sammansättningen 1,2-1,7 viktprocent tenn, 0,07~0,20 viktprocent järn, 0,05-0,15 viktprocent krom, 0,03-0,08 viktprocent nickel och 0,09-0,16 viktprocent syre och för Zircaloy 4 1,2-1,7 viktprocent tenn, 0,18-0,20 viktprocent Järn, 0,07-0,13 viktprocent krom och 0,09-0,16 vikt- procent syre. Resten av legeringen i kapselröret utgöres av zirkonium och i zirkonium av reaktorkvalitet normalt förekommande föroreningar, vilka redan beskrivits närmare. Kärnbränslet i bränslestaven utgöres företrädesvis av urandioxid.

Uppfinningen skall förklaras närmare genom beskrivning av utföringsexempel under hänvisning till bifogade ritning, som visar ett tvärsnitt av en bränslestav enligt den föreliggande uppfinningen för en lättvattenreaktor.

Ett rör av en legering av zirkonium innehållande 0,5 viktprocent koppar och och 0,5 víktprocent volfram med en väggtjocklek av 1,25 mm och en ytter- diameter av NU mm anordnas i ett rör av Zircaloy 2 med en väggtjocklek av mm och en innerdiameter av H5 mm. De båda rören svetsas ihop vid rörens båda ändytor. Det så erhållna sammansatta röret strängpressas utan att underkastas någon uppvärmning. Den strängpressade produkten kallvalsas där- efter i flera steg med mellanliggande rekristallisationsglödgningar vid om- kring 65O °C och en slutglödgning efter sista valsningen vid omkring 525 °C, varvid 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

Claims

8401386-1 i , l . 10,65 mm och av ett skikt 2 av en legering av zirkonium innehållande 0,5 gviktprooent koppar och 0,5 viktprooentßfølfram med en tjocklek av 0,07 mm. I figuren är även kärnbränslet inritat, vilket består av cirkulärcylind- riska kutsar 3 av urandioxid staplade på varandra i kapselrörets axelrikt- ning. I stället för en legering av zirkonium innehållande 0,5 viktprocent koppar -och 0,5 vikgproceﬁg volfram kan i det beskrivna exemplet användas en lege- ring innehållande 0,5 viktprocent taﬂﬁal- 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 en zirko- nium-tennflegering innehållande 1,2-1,7 viktprocent tenn, 0,07-0,24 vikt- procent järn, Ö,DS-0,15 viktprocent krom, 0-0,08 viktprocent nickel och 0,09~0,16 viktprocent syre och ett i kapselröret inneslutet kärnbränsle (3), varvid på kapselrörets invändiga yta är anordnat ett skyddsskikt (2), som skyddar kapselröret mot försprödning och som väsentligen består av zir- konium,':k ä n.n e t elc k n a d därav, att skyddsskiktet består av zirko- nium innehållande 0,45-0,55 viktprocent koppar och 0,N5-0,55 viktprocent volfram eller av zirkonium innehållande 0,U5-0,55 viktprocent tantal, var- vid övriga i zirkoniumet ingående i skyddsskiktet ingående ämnen utgöres av i zírkoniumsvamp av reaktorkvalitet normalt förekommande föroreningar,

2. Bränslestav enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att det väsentligen av zirkoniumet bestående skiktet har en tjocklek av 0,0U-0,32 mm.