SE503349C2 - Kärnbränsleelement innefattande en kapsling med ett yttre skikt av Zr-Sn-Fe-legering - Google Patents

Kärnbränsleelement innefattande en kapsling med ett yttre skikt av Zr-Sn-Fe-legering

Info

Publication number
SE503349C2
SE503349C2 SE9403004A SE9403004A SE503349C2 SE 503349 C2 SE503349 C2 SE 503349C2 SE 9403004 A SE9403004 A SE 9403004A SE 9403004 A SE9403004 A SE 9403004A SE 503349 C2 SE503349 C2 SE 503349C2
Authority
SE
Sweden
Prior art keywords
enclosure
outer layer
zirconium
nuclear fuel
pct
Prior art date
Application number
SE9403004A
Other languages
English (en)
Other versions
SE9403004L (sv
SE9403004D0 (sv
Inventor
Mats Dahlbaeck
Peter Rudling
Original Assignee
Asea Atom Ab
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Asea Atom Ab filed Critical Asea Atom Ab
Priority to SE9403004A priority Critical patent/SE503349C2/sv
Publication of SE9403004D0 publication Critical patent/SE9403004D0/sv
Priority to DE29521487U priority patent/DE29521487U1/de
Priority to EP95931494A priority patent/EP0776379B1/en
Priority to US08/793,841 priority patent/US5901193A/en
Priority to PCT/SE1995/001003 priority patent/WO1996007764A1/en
Priority to DE69521322T priority patent/DE69521322T2/de
Priority to ES95931494T priority patent/ES2158125T3/es
Publication of SE9403004L publication Critical patent/SE9403004L/sv
Publication of SE503349C2 publication Critical patent/SE503349C2/sv

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C16/00Alloys based on zirconium
    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21CNUCLEAR REACTORS
    • G21C3/00Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
    • G21C3/02Fuel elements
    • G21C3/04Constructional details
    • G21C3/06Casings; Jackets
    • G21C3/07Casings; Jackets characterised by their material, e.g. alloys
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)
  • Rigid Pipes And Flexible Pipes (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)

Description

503 349 z lO en inre del som är avspänningsglödgad och en yttre del som är rekristallisationsglödgad. En sådan skillnad i tillstànd mellan den inre delen och ytterskiktet leder till olika hydridorientering i delarna och till att hydrider ansamlas i gränsskiktet mellan delarna. Hydrider i kapslingsmaterialet beror av att väte som utvecklas under korrosionen av zirko- nium under reaktordrift till en viss del tas upp av kaps- lingsmaterialet och eftersom zirkonium har låg löslighet av väte kommer det upptagna vätet att utskiljas i form av zirkoniumhydrider. Dessa är långsmala till formen och mycket spröda.
Vid framställning av kapslingsrör för kärnbränsleelement är det därför viktigt att tillse att hydrider som utskiljs i kapslingsmaterialet är jämt utspridda i materialet och tangentiellt fördelade i tvärsnittet. Hydriderna är mycket spröda och kan verka som brottsanvisningar. Därför är det viktigt att hydriderna utskiljs tangentiellet i rörets tvärsnitt och att det finns mycket få radiellt riktade hydrider som kan verka som anvisningar för en spricka genom kapselväggen.
Kärnbränsle med kapsling bestående av tvä skikt är också känt genom WO 93/18520. Där beskrivs en tvåskiktskapsling, där bägge skikten innehåller samma legeringselement, för att underlätta hantering av äterfört material från framställ- ningsprocessen, och varav dessa åtminstone är Sn, Fe och Cr.
Det bärande inre skiktet innefattar 1 - 2 % Sn, 0.05 - 0.25 % Fe, 0.05 - 0.2 % Cr och det yttre skiktet 0.5 - 1.3 % Sn, 0.15 - 0.5 % Fe och 0.05 - 0.4 % Cr och för att erhålla förbättrad bearbetbarhet och bindning mellan skikten vid framställning av kapslingen ska förhållandet mellan halterna av Sn i ytterskiktet och innerskiktet ligga inom intervallet 0.35 till 0.7 och halten Sn i innerskiktet ska vara två till fem gånger halten av Fe och Cr i ytterskiktet. 503 349 Problem med denna typ av kärnbränsle är att även för dessa legeringar kan stora skillnader i Sn halt mellan ytter- och innerskikt förekomma. Ytterskiktet i WO 93/18520 uppges förutom Sn innehälla Fe och Cr och dä företrädesvis 0.28 + 0.04 % Fe och 0.17 + 0.03 % Cr, bearbetad legering. Ett exempel som anges är zirkonium med 1.1 % Sn, 0.4 % Fe och 0.25 % Cr. för att inte fä en svär- Andra kända bränsleelement med tväskiktskapsling beskrives i BP 212 351, som visar ytterskikt bestäende av zirkonium med tillsatser av Fe, V, Pt eller Cu. EP 380 381 beskriver ytterskikt av zirkonium med 0.35 till 0.65 % Sn, 0.2 till 0.65 % Fe, 0.24 till 0.35 % Nb.
Uppfinningen bygger pä insikten om att ett bränsleelement med tvàskiktskapsling, för att erhälla liten mängd utskilda hydrider i gränszonen mellan skikten och tangentiell hydrid- fördelning i bade inner- och ytterdelen, ska vara uppbyggt av zirkoniumlegeringar vars Sn halt inte skiljer mer än 0.7 %. skillnaden i Sn halt mellan den inre och yttre delen inte Genom att kapslingen är uppbyggd pä sä sätt att överstiger 0.7 % sä har bägge delar relativt lika rekristal- lisationstemperatur, vilket medför att avslutande avspänn- ingsglödgning av kapslingen resulterar i att ytterskiktet är avspänningsglödgat eller endast delvis rekristalliserat. Sn och O höjer rekristallisationstemperaturen vid en given bearbetningsgrad, medan andra legeringselement säsom Fe, Cr, Ni och Nb sänker rekristallisationsglödgningstemperaturen.
Genom tväskiktskapsling kan man utnyttja goda korrosions- egenskaper hos en legering för det yttre skiktet tillsammans med goda mekaniska och krypegenskaper hos ett konventionellt konstruktionsmaterial för bränslekapsling säsom Zircaloy-2 och Zircaloy-4, som utgör inre bärande del. Zircaloy-2 inne- haller 1.2 - 1.7 % Sn, 0.07 - 0.2 % Fe, 0.05 - 0.15 % Cr, 0.03 - 0.08 % Ni, 0.07 - 0.15 % O och den totala mängden Fe.
Cr och Ni är inom intervallet 0.18 - 0.38 %. Zircaloy-4 503 349 innehäller 1.2 - 1.7 % Sn, 0.18 - 0.24 % Fe, 0.07 - 0.13 % Cr och 0.10 - 0.16 % O och den sammanlagda halten av Fe och Cr är inom intervallet 0.28 - 0.37 %.
Enligt uppfinningen erhälles god korrosionsresistens och litet väteupptag för ett bränsleelement med ett kapslingrör vars yttre del bestär av en zirkoniumlegering med tillsats av Sn inom haltintervallet 0.65 till 0.95 % och Fe inom intervallet 0.35 till 0.5 %. Innerdelen av kapslingen kan bestä av en konventionell zirkoniumlegering säsom Zirkaloy-4 och Zircaloy-2 med normal Sn halt (inom intervallet 1.2 till 1.7 %), men kan även utgöras av annan zirkoniumlegering med tillräckligt goda mekaniska och kryphällfasthetegenskaper för att kunna utgöra bärande del av en bränslekapsling. Av vikt är dock att kapslingen vid avspänningsglödgning av innerdelen vid 450 till 510 °C erhàller en endast delvis rekristalliserad ytterdel. Vid uppskattning av rekristal- lisationstemperatur kan hänsyn tagas till samtliga lege- ringselement i innerskiktet vilket förutom Sn kan innefatta Fe, Cr, Ni och Nb.
Sn halten i ytterdelen och innerdelen ska vara relativt lika och inte skilja mer än högst 0.7 %, för att en slutvärme- behandling av kapslingen vid 450 till 510 °C ska resultera i att den bärande innerdelen är avspänningsglödgad och ytter- skiktet är endast delvis rekristalliserat. Pà sà sätt kan man säkerställa att väte som upptas av bränslekapslingen under drift kommer att utskiljas jämt i kapslingens tvär- snitt och inte företrädesvis i gränszonen mellan skikten och dessutom erhalls i stort tangentiell utskiljning av hydri- derna. Genom att Fe halten i ytterskiktet är relativt hög samt i partiellt rekristallisationsglödgat tillstànd erhälls ett härdare ytterskikt vilket underlättar montering av bränslestavar i bränsleknippet.
Vid framställning av ett kapslingsrör för bränslestavar ingaende i ett bränsleelement enligt uppfinningen samman- so: 349 fogas ett innerrör av Zircaloy-4 med en ytterdel av zirko- nium med 0.8 % Sn och 0.4 % Fe. Innerdelen av Zircaloy-4 ar vald sa att Sn halten i materialet ej överskrider Sn halten i ytterskiktet med mer än högst 0.7 %. I bàde Zircaloy-4 och ytterskiktet är övriga ämnen i materialen begränsade till högsta tillàtna värden för zirkonium av reaktorkvalitet.
Delarna sammanfogas medelst strangpressning sà att dessa är metallurgiskt förbundna, varefter rörframstàllning pá kon- ventionellt satt med kallvalsningsoperationer med mellan- liggande vàrmebehandlingar äger rum. Slutvärmebehandling sker vid 450 - 510 °C i 2 - 5 timmar.
Mätning av hydridorienteringen visar att bade inner- och ytterdel erháller ett fn-värde < 0.05. Med fn-värde avses andelen hydrider orienterade inom 45 ° fran radiell riktning i förhållande till totala antalet hydrider.
Vid en normal hydridtest, innefattande avsiktlig hydrering av röret sa att detta inneháller minst 100 ppm väte, sá finns fa i mikroskop synbara hydrider i ytterskiktet eller i bindzonen mellan skikten. Ytterskiktet utgör ca 10-25 % av kapslingsrörets vàggtjocklek.
Vid framställning av kapslingsröret är det fördelaktigt om den s k glödgningsparametern A är hög. Ett riktmarke är att log A bör vara större än -13. A är ett matt pá summan av samtliga varmebehandlingar under rörtillverkningen och definieras som A = Eiti-exp(-Q/RTi), där ti = glödgningstid i timmar, Ti = glödgningtemperatur i °K, Q = aktiveringsenergin = 15000 J/mol, R ar allmänna gaskonstanten.

Claims (3)

503 349 6 10 15 20 25 PATENTKRAV
1. l. Kàrnbränsleelement innefattande bränslestavar innefatt- ande kärnbránsle inneslutet i en kapsling varvid sagda kapsling är uppbyggd av en inre bärande del av en zirkonium- legering sàsom Zircaloy-2 eller Zircaloy-4 och ett ytter- skikt utgörande 10 till 25 % av kapslingsväggens tjocklek och bundet till den inre delen k à n n e t e c k n a t av att kapslingens ytterskikt är av zirkonium med 0.65 till 0.95 % Sn och 0.4 till 0.5 % Fe samt föroreningar i halter normala för zirkonium av reaktorkvalitet; skillnaden i Sn halt mellan kapslingens inre del och ytterskiktet är högst 0.7 %; kapslingen är slutvàrmebehandlad inom intervallet 450 till 510 °C.
2. Kàrnbránsleelement enligt patentkrav 1 k à n n e - t e c k n a t av att kapslingen har ett fn-värde för hydridorienteringen som för bàde ytterskiktet och den inre delen understiger 0.10 och att ansamling av hydrider i ytterskiktet eller i bindzonen mellan skikten inte erhàlls.
3. Kàrnbrànsleelement enligt patentkrav 1 k ä n n e - t e c k n a t av att kapslingen ar värmebehandlad under tillverkning sa att för glödgningsparameter A gäller att log A > -13.
SE9403004A 1994-09-09 1994-09-09 Kärnbränsleelement innefattande en kapsling med ett yttre skikt av Zr-Sn-Fe-legering SE503349C2 (sv)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE9403004A SE503349C2 (sv) 1994-09-09 1994-09-09 Kärnbränsleelement innefattande en kapsling med ett yttre skikt av Zr-Sn-Fe-legering
DE29521487U DE29521487U1 (de) 1994-09-09 1995-09-07 Kernbrennelement für Druckwasserreaktoren
EP95931494A EP0776379B1 (en) 1994-09-09 1995-09-07 Nuclear fuel element for a pressurized-water reactor
US08/793,841 US5901193A (en) 1994-09-09 1995-09-07 Nuclear fuel element for pressurized-water reactors
PCT/SE1995/001003 WO1996007764A1 (en) 1994-09-09 1995-09-07 Nuclear fuel element for a pressurized-water reactor
DE69521322T DE69521322T2 (de) 1994-09-09 1995-09-07 Nukleare brennstoffelement für einen druckwasserreaktor
ES95931494T ES2158125T3 (es) 1994-09-09 1995-09-07 Elemento combustible nuclear para reactores de agua a presion.

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE9403004A SE503349C2 (sv) 1994-09-09 1994-09-09 Kärnbränsleelement innefattande en kapsling med ett yttre skikt av Zr-Sn-Fe-legering

Publications (3)

Publication Number Publication Date
SE9403004D0 SE9403004D0 (sv) 1994-09-09
SE9403004L SE9403004L (sv) 1996-03-10
SE503349C2 true SE503349C2 (sv) 1996-05-28

Family

ID=20395174

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SE9403004A SE503349C2 (sv) 1994-09-09 1994-09-09 Kärnbränsleelement innefattande en kapsling med ett yttre skikt av Zr-Sn-Fe-legering

Country Status (6)

Country Link
US (1) US5901193A (sv)
EP (1) EP0776379B1 (sv)
DE (2) DE29521487U1 (sv)
ES (1) ES2158125T3 (sv)
SE (1) SE503349C2 (sv)
WO (1) WO1996007764A1 (sv)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11194189A (ja) * 1997-10-13 1999-07-21 Mitsubishi Materials Corp 耐食性およびクリープ特性にすぐれた原子炉燃料被覆管用Zr合金管の製造方法
JP3510211B2 (ja) * 1999-03-29 2004-03-22 フラマトム アンプ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング 加圧水炉の燃料棒用の被覆管およびその被覆管の製造方法
SE516045C2 (sv) * 2000-03-20 2001-11-12 Westinghouse Atom Ab Komponent innefattande en zirkoniumlegering, förfarande för att tillverka nämnda komponent samt en nukleär anläggning innefattande nämnda komponent
SE525455C2 (sv) * 2002-06-07 2005-02-22 Westinghouse Atom Ab Förfarande, användning och anordning beträffande kapslingsrör för kärnbränsle samt bränslepatron för en nukleär kokarvattenreaktor
SE530673C2 (sv) * 2006-08-24 2008-08-05 Westinghouse Electric Sweden Vattenreaktorbränslekapslingsrör
US8116423B2 (en) 2007-12-26 2012-02-14 Thorium Power, Inc. Nuclear reactor (alternatives), fuel assembly of seed-blanket subassemblies for nuclear reactor (alternatives), and fuel element for fuel assembly
CN101911211B (zh) 2007-12-26 2014-02-12 钍能源股份有限公司 核反应堆(可选的)、用于核反应堆(可选的)的点火区-再生区子组件的燃料组件和用于燃料组件的燃料元件
AU2008365658B2 (en) 2008-12-25 2015-05-21 Thorium Power Inc. Fuel assembly for a light-water nuclear reactor (embodiments), light-water nuclear reactor and fuel element of the fuel assembly
WO2011143172A1 (en) 2010-05-11 2011-11-17 Thorium Power, Inc. Fuel assembly with metal fuel alloy kernel and method of manufacturing thereof
US10192644B2 (en) 2010-05-11 2019-01-29 Lightbridge Corporation Fuel assembly
US10170207B2 (en) 2013-05-10 2019-01-01 Thorium Power, Inc. Fuel assembly

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4933136A (en) * 1985-03-08 1990-06-12 Westinghouse Electric Corp. Water reactor fuel cladding
ES2023983B3 (es) * 1987-07-21 1992-02-16 Siemens Ag Barra de combustible para un elemento de combustion de reactor nuclear
FR2642215B1 (fr) * 1989-01-23 1992-10-02 Framatome Sa Crayon pour assemblage combustible d'un reacteur nucleaire resistant a la corrosion et a l'usure
DE4037544A1 (de) * 1990-11-26 1992-05-27 Bernhard Ringler Vorrichtung zum absaugen von auf einer bearbeitungsmaschine im bereich eines werkstueckes anfallenden bearbeitungsrueckstaenden
FI923892A (fi) * 1991-09-16 1993-03-17 Siemens Power Corp Strukturella element foer en kaernreaktors braenslestavsmontering
FR2686445B1 (fr) * 1992-01-17 1994-04-08 Framatome Sa Crayon de combustible nucleaire et procede de fabrication de la gaine d'un tel crayon.
WO1993018520A1 (de) * 1992-03-13 1993-09-16 Siemens Aktiengesellschaft Kernreaktor-brennstab mit zweischichtigem hüllrohr

Also Published As

Publication number Publication date
US5901193A (en) 1999-05-04
DE69521322T2 (de) 2002-07-18
EP0776379A1 (en) 1997-06-04
SE9403004L (sv) 1996-03-10
DE69521322D1 (de) 2001-07-19
SE9403004D0 (sv) 1994-09-09
DE29521487U1 (de) 1997-07-10
ES2158125T3 (es) 2001-09-01
WO1996007764A1 (en) 1996-03-14
EP0776379B1 (en) 2001-06-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Sabol et al. Development of a cladding alloy for high burnup
JP4099493B2 (ja) 耐クリープ性が優れたジルコニウム合金組成物
JP3215112B2 (ja) 二層型被覆管を有する原子炉燃料棒
SE503349C2 (sv) Kärnbränsleelement innefattande en kapsling med ett yttre skikt av Zr-Sn-Fe-legering
KR970004349B1 (ko) 핵원자로 연료집합체용 연료봉
JP3950651B2 (ja) 優秀な耐蝕性と機械的特性を持つジルコニウム合金
AU2017249305A1 (en) High temperature, radiation-resistant, ferritic-martensitic steels
SK17393A3 (en) Nuclear fuel cell and method of its production
CN103717767A (zh) Ni基耐热合金
SE506174C2 (sv) Metod att framställa kärnbränsleelement
TW200951988A (en) A spacer grid
EP0651396B1 (en) Process for improving corrosion resistance of zirconium or zirconium alloy barrier cladding
RU2451347C2 (ru) Трубчатая оболочка тепловыделяющего элемента водяного реактора
JPH11101887A (ja) 高いフルエンスに晒される水性雰囲気中での使用のためのジルコニウム合金、耐食性原子炉要素、構造核燃料集成部材および該合金から構成されている原子炉燃料棒被覆材
KR100754477B1 (ko) 크립저항성이 우수한 지르코늄 합금 조성물
EP1511874B1 (en) Method, use and device concerning cladding tubes for nuclear fuel and a fuel assembly for a nuclear boiling water reactor
WO2000036170A1 (en) Zirconium based alloy and component in a nuclear energy plant
KIM et al. Irradiation test results of HANA cladding in HALDEN test reactor after 67 GWD/MTU
JP6228049B2 (ja) オーステナイト系ステンレス鋼
EP1136578A1 (en) Zirconium alloy for nuclear fuel assembly
JP2526744B2 (ja) ハフニウム含有合金
Kulakov et al. Development of materials and fuel elements for propulsion reactors and small nuclear power plants: experience and prospects
WO2023104989A1 (en) A nuclear fuel rod cladding tube and a method for manufacturing a nuclear fuel rod cladding tube
Chatterjee et al. Evaluation and analysis of critical crack length of irradiated pressure tubes from Indian Pressurised Heavy Water Reactors
WO1995000955A1 (en) A nuclear fuel element for a pressurized water reactor and a method for manufacturing the same

Legal Events

Date Code Title Description
NUG Patent has lapsed