SE441791B - Brenslestav for kernreaktor - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 '8306575-5 ppm av syre. Halter av andra föroreningar ligger inom de normala gränserna för resp ämnen i kommersiell zirkoniumsvamp av reaktorkvalitet, vilket inne- bär för aluminium 75 ppm eller mindre, för bor 0,4 ppm eller mindre, för kadmium 0,4 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 100 ppm eller mindre, för väte 25 ppm eller mindre, för järn 1 500 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 ppm eller mindre.

Enligt den svenska patentansökningen 7511581-6 användes i det invândiga skiktet zirkonium med en föroreningshalt av mindre än 1 000 ppm, företrä- desvis mindre än 500 ppm. Av föroreningarna hålles syrehalten på en nivå understigande cirka 200 ppm.

Genom det svenska patentet 800ü9H6-2 är det känt att i det invändiga skik- tet använda zirkonium innehållande 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. Zirkoniumet kan därvid dessutom innehålla ovan angivna andra föroreningar, ingående i kommersiell zirkoniumsvamp av reaktorkvali- tet. Tillsatserna av molybden, kol, fosfor eller kisel antages 1 nämnda patent ge en utskiljning av stabila faser, såsom intermetalliska föreningar, karbider, fosfider och silicider, i form av fria partiklar i zirkoniummatri- sen. Denna utskiljning skulle förhindra en korntillväxt i samband med rörets tillverkning, så att en struktur med mindre korn erhålles i zirkoniumet än om tillsatserna inte göres. Den annorlunda finkornigare strukturen skulle' vara ansvarig för den ökade resistensen mot spänningskorrosion.

Enligt den föreliggande uppfinningen har det visat sig möjligt att uppnå den nämnda finkornigare strukturen och den 'ökade resistensen mot 'spännings- korrosion genom användning av relativt höga halter av en eller flera av- metallerna järn, krom och nickel. Att utnyttja denna möjlighet innebär en väsentlig fördel på grund av att dessa ämnen ingår som beståndsdel i den I 'zirkoniumbaserade legering i kapselröret, på vars insida det spännings- korrosionsbeständiga skiktet är anordnat. Härigenom kan nämligen sådant överskottsmaterial i det invändiga skiktet, som vid tillverkningen av det 10 15 20 25 30 8306575-5 belagda kapselröret med nödvändighet uppkommer, återanvändas för tillverkning av den zirkoniumbaserade legeringen i kapselröret. Sådan tillverkning sker normalt genom att zirkoniumsvamp av reaktorkvalitet, skrot av den zirkonium- baserade legeringen och legeringstillsatser blandas och smältes. Äteranvänd- ning av överskottsmaterialet i det invändiga skiktet på detta sätt innebär en avsevärd kostnadsbesparing.

Enligt den föreliggande uppfinningen innehåller zirkoniumet i skiktet på kapselrörets insida ett eller flera av ämnena järn, krom eller nickel i en sammanlagd halt av 0,5-1,5 viktprocent. Den sammanlagda halten av andra än Järn, krom och nickel i den zirkoniumbaserade legeringen ingående ämnen är mindre än 0,5 viktprocent och utgöres av i kommersiell zirkoniumsvamp av reaktorkvalitet ingående föroreningar.

Tjockleken hos zirkoniumskiktet uppgår till 0,005-0,8 mm, företrädesvis till 0,05-0,1 mm.

Den zirkoniumbaserade legeringen, på vars insida zirkoniumskiktet är anordnat, utgöres företrädesvis av en zirkonium-tenn-legering, t ex de under handels- namnen Zircaloy 2 och Zircaloy H kända zirkoniumbaserade legeringarna, vilkas innehåll av legeringsämnen ligger inom gränserna 1,2-1,7 % för tenn, 0,07-0,2N % för järn, 0,05-0,15 % för krom, 0-0,08 % för nickel, 0,09-0,16 % för syre, rest zirkonium och i zirkonium av reaktorkvalitet normalt förekommande för- oreningar. Zircaloy 2 innehåller 1,2-1,7 % tenn, 0,07-0,20 % järn, 0,05-0,15 % krom, 0,03-0,08 % nickel och 0,09-9,16 % syre. Zircaloy U innehåller 1,2-1,7 % tenn, 0,18-O,2M % järn, 0,07-0,13 % krom och 0,09-0,16 % syre. Samtliga angivna procent avser här viktprocent. Kärnbränslet i bränslestaven utgöres företrädes- 1l vis av urandioxid.

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 för en lättvattenreaktor. 0,5 viktdelar järn 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 H4 mm tillverkas av blandningen under det att deg smältesgßflöret anordnas i ett rör av ¿ircaloy 2 med en väggtjocklek av 10 mm, och en innerdiameter av H5 mm. De båda rören

Claims (1)

010 15 8306575-5 svetsas ihop vid rörens båda ândytor. Det så erhållna sammansatta röret strängpressas utan att underkastas någon uppvärmning. Den strängpressade produkten kallvalsas därefter i flera steg med mellanliggande rekristallisa- tionsglödgningar vid omkring 650 OC och en slutglödgning efter sista vals- ningen vid omkring 525 °C, varvid en i figuren visad rörformad slutprodukt erhålles, bestående av ett skikt 1Aav Zircalov 2 med en tjocklek av 0,73 mm '_och en innerdiameter av 10,65 mm och av ett skikt 2 av zirkonium med inlege- rat Järn med en tjocklek av 0,07 mm. I figuren är även kärnbränslet inritat, vilket består av_cirkulârcylindriska kutsar 3 av urandioxid staplade på var- andra i kapselrörets axelriktning. I stället för järn kan i det beskrivna exemplet bland annat användas 0,5 viktprocent krom eller 0,5 viktprocent nickel eller två eller samtliga av ämnena tillsammans, t ex 0,2 viktprocent av var och en av ämnena järn, krom och nickel. 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 ett skikt (2) väsentligen bestående av zirkonium är anordnat och som innehåller ett kärnbränsle (3), k ä n n e - t e c k n a d därav, att zirkoniumet i skiktet innehåller ett eller flera av ämnena järn, krom och nickel i en sammanlagd halt av 0,H-1,5 viktprocent _ och att sammanlagda halten av övriga i zirkoniumet i skiktet ingående ämnen är mindre än 0,5 viktprocent och utgöres av i kommersiell zirkoniumsvamp av reaktorkvalitet ingående föroreningar. -_