JP3424452B2 - Fuel assembly, fuel channel box used therefor, and method of manufacturing the same - Google Patents
Fuel assembly, fuel channel box used therefor, and method of manufacturing the sameInfo
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Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は原子力プラントの燃
料集合体に関し、特に出力ピーキングを抑制し核熱的制
約を軽減し核燃料の経済性を向上させ、さらに新規なジ
ルコニウム基合金を用いることにより、照射による曲が
り及び膨れ変形を低減した燃料集合体とそれに用いる燃
料チャンネルボックス及びその製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel assembly for a nuclear power plant, and more particularly, by suppressing power peaking to reduce nuclear thermal restrictions to improve the economical efficiency of nuclear fuel, and further by using a novel zirconium-based alloy, The present invention relates to a fuel assembly in which bending and swelling deformation due to irradiation are reduced, a fuel channel box used for the fuel assembly, and a manufacturing method thereof.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、原子炉では、ウラン２３５に代表
される核***性物質を燃料棒内に封入して燃焼させるこ
とによって、その燃焼エネルギーを取り出して利用して
いる。前記燃料棒中に封入される核燃料物質は、一般
に、天然ウランを濃縮して得られる濃縮ウランが用いら
れている。該濃縮ウランは、二酸化ウラン焼結の状態で
燃料ペレットに成型・焼結され、正方格子形状に配列さ
れた燃料被覆管の中に収めて利用される。2. Description of the Related Art Conventionally, in a nuclear reactor, a fissionable material represented by uranium 235 is enclosed in a fuel rod and burned to extract and use the combustion energy. Generally, enriched uranium obtained by concentrating natural uranium is used as the nuclear fuel material enclosed in the fuel rod. The enriched uranium is molded and sintered into fuel pellets in the state of uranium dioxide sintering, and is stored in a fuel cladding tube arranged in a square lattice shape for use.
【０００３】一方、近年、ウラン資源の有効利用という
観点から、軽水炉から取り出された使用済みウラン燃料
中のプルトニウムを、再び、軽水炉へリサイクルするプ
ルサーマル計画が進められている。これは、ウラン燃料
集合体中のウラン燃料棒の一部あるいは大部分をプルト
ニウムを富化した混合酸化物(Mixed Oxide）燃料棒で置
き換えたＭＯＸ燃料集合体を燃料として軽水炉に装荷し
て使用するものである。On the other hand, in recent years, from the viewpoint of effective utilization of uranium resources, a pluthermal project for recycling plutonium in spent uranium fuel taken out of a light water reactor to the light water reactor again is under way. This is to use MOX fuel assemblies in which some or most of the uranium fuel rods in the uranium fuel assembly are replaced by plutonium-enriched mixed oxide fuel rods as fuel in a light water reactor. It is a thing.
【０００４】この時、前記ＭＯＸ燃料体の特性は、ウラ
ン燃料に近い方が望ましい。また、ウラン燃料の設計
は、高燃焼度化の方向にあり、これに伴いＭＯＸ燃料設
計も高富化度化、即ち、１体当たりのプルトニウム装荷
量をできるだけ大きくすることが望ましい。しかし、Ｍ
ＯＸ燃料集合体において、プルトニウムの装荷割合を増
加させた場合、ウランとプルトニウムの核特性の違いに
より、炉心特性上、ウラン炉心との差異を生じる。即
ち、核***性物質であるＰｕ−２３９，Ｐｕ−２４１の
熱中性子吸収断面積が、Ｕ−２３５より大きいことや、
Ｐｕ−２４０による中性子共鳴吸収が大きいことなどに
よって、ＭＯＸ燃料の中性子束スペクトルがウラン燃料
の中性子スペクトルよりも硬くなり、中性子減速効果が
低下してしまう。At this time, it is desirable that the characteristics of the MOX fuel body be close to those of uranium fuel. Further, the design of uranium fuel is in the direction of higher burnup, and accordingly, the MOX fuel design is also highly enriched, that is, it is desirable that the plutonium loading amount per body be as large as possible. But M
In the OX fuel assembly, when the loading ratio of plutonium is increased, the difference in the nuclear characteristics between uranium and plutonium causes a difference in core characteristics from the uranium core. That is, the thermal neutron absorption cross section of Pu-239, Pu-241 which is a fissile material is larger than U-235,
Due to the large neutron resonance absorption by Pu-240, the neutron flux spectrum of MOX fuel becomes harder than the neutron spectrum of uranium fuel, and the neutron moderating effect is reduced.
【０００５】原子炉においては、一定の運転期間の運転
が可能になるようにあらかじめ炉心は余剰反応度を有す
る設計としている。この余剰反応度を抑制するために
は、通常、燃料棒内部に、ガドリニアに代表される可燃
性毒物（ＢＰ）を混入する設計としている。ＭＯＸを用
いた原子炉炉心においても、燃料自身に可燃性毒物を混
入した燃料棒を複数本利用することによって、余剰反応
度の抑制に供している。一般に、中性子吸収断面積は、
中性子エネルギーに対して１／ｖ依存性を有しており、
エネルギーの低い中性子ほどよく吸収される傾向があ
る。そのために可燃性毒物の中性子吸収量は、中性子エ
ネルギースペクトルが柔らかい、つまり、熱中性子の多
い体系ほど多くなる。従って、可燃性毒物の反応度抑制
効果は、ＭＯＸを用いた原子炉炉心においては小さくな
り、ウラン炉心と同等の反応度抑制効果を得ようとすれ
ば、可燃性毒物を混入した燃料棒の使用本数を増加させ
ねばならない。このことに対する対応としては、特開昭
６０−146185号に示される技術の採用が考えられてい
る。これは、燃料集合体内部において、水ギャップに近
い燃料集合体外周部分が熱中性子量が多く、中性子スペ
クトルが柔らかいことに着目し、この領域にガドリニア
入り燃料棒を配置することで、ガドリニアの反応度価値
を高めて、使用するガドリニア本数を減少し、燃料集合
体のプルトニウムインベントリの増加、及び、使用ペレ
ット種類の低減を図るものである。In the nuclear reactor, the core is designed beforehand to have an excess reactivity so that it can be operated for a certain period of time. In order to suppress this excess reactivity, it is usually designed to mix a burnable poison (BP) represented by gadolinia inside the fuel rod. Even in a nuclear reactor core using MOX, the excess reactivity is suppressed by using a plurality of fuel rods in which combustible poisons are mixed in the fuel itself. In general, the neutron absorption cross section is
Has a 1 / v dependence on neutron energy,
Neutrons with lower energy tend to be better absorbed. Therefore, the neutron absorption of combustible poisons increases as the neutron energy spectrum becomes softer, that is, the system with more thermal neutrons. Therefore, the reactivity suppressing effect of the burnable poison becomes smaller in the reactor core using the MOX, and in order to obtain the reactivity suppressing effect equivalent to that of the uranium core, use of the fuel rod mixed with the burnable poison is required. The number must be increased. As a measure against this, adoption of the technique disclosed in JP-A-60-146185 is considered. This is because inside the fuel assembly, the peripheral portion of the fuel assembly near the water gap has a large amount of thermal neutrons and the neutron spectrum is soft, and by arranging the fuel rod with gadolinia in this region, the reaction of gadolinia The purpose is to increase the degree of value, reduce the number of gadolinia used, increase the plutonium inventory of fuel assemblies, and reduce the types of pellets used.
【０００６】しかしながら、この方法では、燃料集合体
内部の燃料内に存在する可燃性毒物を全くなくすること
はできず、プルトニウムインベントリを減少するという
観点からは、不十分であるとの問題があった。However, this method cannot completely eliminate the burnable poisons existing in the fuel inside the fuel assembly, and there is a problem that it is insufficient from the viewpoint of reducing the plutonium inventory. It was
【０００７】前記問題に対しては、特開昭59−72087 号
に示される技術による対応が考えられている。該技術
は、燃料集合体の燃料チャンネルボックス外周に反応度
制御部材を着脱自在に取付けることにより、燃料ペレッ
トに可燃性毒物を添加したり、ウラン濃縮度の調節を不
要にすることができるというものである。この場合の反
応度制御部材は、不錆鋼，ジルコニウム合金などの中性
子吸収材，ガドリニウム，銀，インジウム，ホウ素，カ
ドミウム，ハフニウム等の可燃性毒物を単体または化合
物の形で不錆鋼中に分散もしくはそのまま不錆鋼で被覆
したもの、ベリリウム等の反射材を不錆鋼で被覆したも
の等の他、前途の中性子毒物，反射材，天然・劣化ウラ
ンなどを不錆鋼でサンドイッチ状に挟み圧延するCo-ext
rusion加工を施したものが使用される。To solve the above-mentioned problems, it is considered that the technique disclosed in JP-A-59-72087 is used. According to this technique, a reactivity control member is detachably attached to the outer periphery of the fuel channel box of the fuel assembly, so that it is possible to add a burnable poison to the fuel pellets and to eliminate the need to adjust the uranium enrichment. Is. In this case, the reactivity control member disperses neutron absorbing materials such as anti-rust steel and zirconium alloy, and burnable poisons such as gadolinium, silver, indium, boron, cadmium and hafnium in the anti-rust steel in the form of a single substance or a compound. Alternatively, in addition to those coated with unrusted steel as it is, those coated with beryllium or other reflective materials with unrusted steel, neutron poisons, reflectors, natural or depleted uranium, etc. in the future are sandwiched between unrusted steel and rolled. Co-ext
A rusion processed product is used.
【０００８】また、前記問題に対して、特開平6−34209
1 号に示された技術が提案されている。該技術は、チャ
ンネルボックスの中央に配置される減速材棒を外管と内
管の二重管とし、該内外管の間に可燃性毒物を充填した
ものである。Further, with respect to the above problem, Japanese Patent Laid-Open No. 6-34209
The technology shown in No. 1 has been proposed. In this technique, a moderator rod arranged in the center of a channel box is a double pipe consisting of an outer pipe and an inner pipe, and a combustible poison is filled between the inner and outer pipes.
【０００９】一方、ジルコニウム合金は優れた耐食性と
小さい中性子吸収断面積を有する材料であるため原子炉
燃料集合体部材に使用されている。前記用途にはジルカ
ロイ−２，ジルカロイ−４とよばれるＺｒ−Ｓｎ−Ｆｅ
−Ｃｒ−Ｎｉ合金が主に使用されている。これら合金の
原子炉内で長期間使用すると、（０００１）面が板厚方
向に配向しているので、特定方向への伸び及び曲がり変
形及び照射，熱クリープによる膨らみ変形が生じる。燃
料チャンネルボックスに曲がり変形や膨らみ変形が発生
すると、制御棒が駆動するための間隙をふさぐため原子
炉の運転に支障をきたす。また、曲がり変形が生じる
と、燃料被覆管との間隔が変化し局部的に水対ウランの
比率が増減する為、核***反応度が変化する。この結
果、異常発熱による燃料被覆管の腐食加速、さらには燃
料破損の原因にも成りうる。このような中性子照射量の
不均一に起因する燃料チャンネルボックスに曲がり変形
を防止する為、炉心における燃料集合体装荷位置の入れ
替えによる中性子照射量の均一化が検討されているが、
曲がり変形を防止するには至らず、この曲がり変形によ
る制御棒駆動間隙の減少，核***反応度の変化が燃料チ
ャンネルボックスの寿命を制限する主因子となってい
る。On the other hand, zirconium alloy is used as a fuel assembly member of a nuclear reactor because it is a material having excellent corrosion resistance and a small neutron absorption cross section. Zr-Sn-Fe called Zircaloy-2 and Zircaloy-4 is used for the above applications.
-Cr-Ni alloy is mainly used. When these alloys are used for a long time in a nuclear reactor, since the (0001) plane is oriented in the plate thickness direction, expansion and bending deformation in a specific direction and bulging deformation due to irradiation and thermal creep occur. If the fuel channel box is bent or bulged, the gap for driving the control rods is blocked, which hinders the operation of the reactor. Further, when the bending deformation occurs, the distance to the fuel cladding tube changes and the ratio of water to uranium locally increases or decreases, so that the fission reactivity changes. As a result, it may cause corrosion of the fuel cladding due to abnormal heat generation and further cause fuel damage. In order to prevent bending deformation in the fuel channel box due to such non-uniformity of neutron irradiation dose, homogenization of neutron irradiation amount by replacing the fuel assembly loading position in the core has been studied,
The bending deformation cannot be prevented, and the decrease in the control rod drive gap and the change in the fission reactivity due to the bending deformation are the main factors limiting the life of the fuel channel box.
【００１０】燃料チャンネルボックスの曲りを防ぐ方法
として特開昭59−229475号，特開昭62−200286号，特開
平5−17837号，特開平5−80170号公報には結晶粒の方位
をランダムにすることが開示されている。しかし、その
場合、クリープ変形に起因する膨らみ変形量が増大する
などの欠点もあり、完全な曲がり変形抑制技術とはなり
得ていない。As a method for preventing the bending of the fuel channel box, Japanese Patent Laid-Open Nos. 59-229475, 62-200286, 5-17837, and 5-80170 disclose random orientations of crystal grains. Is disclosed. However, in that case, there is a defect that the amount of bulging deformation due to creep deformation increases, and thus it cannot be a perfect technique for suppressing bending deformation.
【００１１】また、特に下部タイプレート近傍領域でチ
ャンネルボックスに膨らみ変形が発生すると、下部タイ
プレートとチャンネルボックスとの間隙から燃料集合体
の外側に流出する冷却水（バイパス流量）が増加し、そ
の分、燃料棒の冷却に寄与する冷却水の流量（チャンネ
ル内流量）が減少するため、燃料棒の熱的裕度が減少す
ることになる。逆に、バイパス流量が少ない場合はバイ
パス領域に蒸気ボイド（気泡）が過度に発生し、制御棒
と炉心計測装置を適切に冷却することができなくなる可
能性が生じる。バイパス流量は下部タイプレートとチャ
ンネルボックスとの間隙の大きさに依存するため、チャ
ンネルボックスのクリープ変形量が運転サイクル期間中
に過度に増加するのは好ましくない。バイパス流量の時
間変化を低減する方法として、チャンネルボックス長手
方向の端部のうち、下部タイプレートが装着される側の
チャンネルボックスの肉厚を厚くする方法や、下部タイ
プレート近傍領域のみα＋β焼入れをし、結晶方位の配
向度を大きくする方法などが提案されている。Further, when the channel box swells and deforms especially in the region near the lower tie plate, the cooling water (bypass flow rate) flowing out of the fuel assembly through the gap between the lower tie plate and the channel box increases. As a result, the flow rate of the cooling water that contributes to the cooling of the fuel rods (flow rate in the channel) is reduced, so that the thermal margin of the fuel rods is reduced. On the other hand, when the bypass flow rate is small, excessive steam voids (air bubbles) may be generated in the bypass region, and it may not be possible to appropriately cool the control rod and the core measuring device. Since the bypass flow rate depends on the size of the gap between the lower tie plate and the channel box, it is not preferable that the creep deformation amount of the channel box excessively increases during the operation cycle. As a method to reduce the change over time of the bypass flow rate, increase the wall thickness of the channel box on the side where the lower tie plate is installed in the end in the longitudinal direction of the channel box, or quench α + β only in the area near the lower tie plate. However, a method of increasing the degree of crystal orientation has been proposed.
【００１２】しかし、チャンネルボックスの曲がり変形
とクリープ変形を同時に低減する方法は提案されていな
い。However, no method has been proposed for simultaneously reducing the bending deformation and the creep deformation of the channel box.
【００１３】[0013]
【発明が解決しようとする課題】特開昭59−72087 号の
技術では、チャンネルボックスと反応度制御部材との間
に隙間が生じ、隙間腐食やガルバニック腐食が生じやす
くなる。さらに、反応度制御部材が直接炉水に接してし
まうために、反応度制御部材自体の腐食も問題になる。In the technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 59-72087, a gap is formed between the channel box and the reactivity control member, so that gap corrosion or galvanic corrosion is likely to occur. Further, since the reactivity control member comes into direct contact with the reactor water, corrosion of the reactivity control member itself becomes a problem.
【００１４】また、前述したように、原子炉燃料には、
初期の余剰反応度を抑制するために可燃性毒物が混入し
ている。ウランとプルトニウムの吸収断面積の中性子エ
ネルギーに対する依存性を比較すると、プルトニウムの
方が中性子吸収が多い。このためにプルトニウムを軽水
炉で用いる場合には、制御棒材質や可燃性毒物といった
反応度抑制物質が吸収する熱中性子量が減少し、ＭＯＸ
燃料集合体を装荷した炉心では、制御棒価値，可燃性毒
物の反応度価値が低下し、そのためにＭＯＸ燃料集合体
を装荷した炉心では、使用する可燃性毒物を含んだ燃料
棒の本数を多くする必要が生じていた。As described above, the reactor fuel contains
Combustible poisons are mixed in to suppress the initial excess reactivity. Comparing the dependence of the absorption cross sections of uranium and plutonium on the neutron energy, plutonium has more neutron absorption. For this reason, when plutonium is used in a light water reactor, the amount of thermal neutrons absorbed by reactivity suppressing substances such as control rod materials and combustible poisons decreases, and MOX
In the core loaded with fuel assemblies, the control rod value and the reactivity value of burnable poisons are reduced, and therefore, in the core loaded with MOX fuel assemblies, the number of fuel rods containing burnable poisons used is large. Had to be done.
【００１５】このことは、燃料集合体の１体当たりのプ
ルトニウムインベントリが減少する事を意味し、同量の
プルトニウムを消費するために製造する燃料集合体数が
増加する結果となる。これは、燃料製造費，燃料輸送費
の上昇を招く。[0015] This means that the plutonium inventory per fuel assembly is reduced, resulting in an increase in the number of fuel assemblies manufactured to consume the same amount of plutonium. This causes an increase in fuel production costs and fuel transportation costs.
【００１６】また、原子炉燃料は、その健全性を維持す
るために、局所ピーキング係数を燃料寿命中にわたって
適切な値を保ち、熱的な運転制限値を守るように設計し
なければならない。一般に、沸騰水型原子炉燃料では、
燃料集合体の外周部、つまり水ギャップに近いところで
は、熱中性子束が相対的に高くなり、外周部の燃料棒の
出力が高くなる傾向がある。そのために燃料集合体外周
部に配置された燃料棒の局所ピーキング係数を低く抑え
るべく、ペレットの濃縮度・富化度種類を増やして設計
する必要が生じている。特開平6−342091 号に示された
技術では、チャンネルボックスの中央に可燃性毒物が配
置されていることから、前記問題の対処としては十分で
ないと云える。Further, in order to maintain the soundness of the nuclear reactor fuel, the local peaking coefficient must be designed to keep an appropriate value throughout the life of the fuel and to meet the thermal operation limit value. Generally, with boiling water reactor fuel,
At the outer periphery of the fuel assembly, that is, near the water gap, the thermal neutron flux tends to be relatively high, and the output of the fuel rods at the outer periphery tends to be high. Therefore, in order to suppress the local peaking coefficient of the fuel rods arranged on the outer periphery of the fuel assembly to be low, it is necessary to increase the pellet enrichment / enrichment type for design. In the technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 6-342091, a burnable poison is arranged in the center of the channel box, so it can be said that it is not sufficient to deal with the above problem.
【００１７】ＭＯＸ燃料の製造に当たっては、燃料ペレ
ットの成形加工を完全密封容器内で行うために、プルト
ニウム富化度を変える際のグローブボックスの洗浄は、
ウランの場合に比べると時間がかかり、製造時の稼働率
低下が大きい。そのため、富化度種類が増えれば、クリ
ーンアップ回数が増加し、燃料成形加工費の上昇につな
がるという問題点があった。In the production of MOX fuel, in order to perform the forming process of the fuel pellets in the completely sealed container, the cleaning of the glove box when changing the plutonium enrichment is performed.
Compared to the case of uranium, it takes more time and the operating rate at the time of manufacturing decreases significantly. Therefore, if the number of types of enrichment increases, the number of cleanups increases, which leads to an increase in fuel forming cost.
【００１８】また、燃料チャンネルボックスの曲がり変
形抑制の従来技術は、ジルコニウム合金部材の結晶方位
をランダムにするものであるが、チャンネルボックスは
四角の筒状であり、特に特開平5−17837号及び同5−801
70号公報には結晶方位のランダム化をβ温度領域での加
熱急冷する熱処理によって行うものであるが、全体を均
一な温度に加熱保持することは困難である。従って、全
体を均一な温度で加熱保持しないと中性子照射による変
形に差が生じる。この変形の差によって曲りが生じてし
まう。また、照射，熱クリープ変形による膨らみ変形を
抑制することはできない。Further, the conventional technique for suppressing the bending deformation of the fuel channel box is to make the crystal orientation of the zirconium alloy member random, but the channel box has a square tubular shape, and in particular, JP-A-5-17837 and Same as 5-801
In Japanese Patent Laid-Open No. 70-70, the crystal orientation is randomized by a heat treatment of heating and quenching in the β temperature region, but it is difficult to heat and maintain the whole at a uniform temperature. Therefore, unless the whole is heated and held at a uniform temperature, a difference occurs in deformation due to neutron irradiation. This difference in deformation causes bending. In addition, it is impossible to suppress bulging deformation due to irradiation and thermal creep deformation.
【００１９】本発明は、このような問題に鑑みてなされ
たものであって、その目的とするところは、プルトニウ
ムを混入した燃料集合体(ＭＯＸ燃料集合体)における燃
料棒内部に中性子吸収材、又は、可燃性毒物を混入する
ことなく、余剰反応度を適切に抑制することができ、同
時に、前述した照射成長に起因する曲がり変形を極めて
小さくすると伴に、照射，熱クリープによる膨らみ変形
を低減した原子力炉用チャンネルボックス及びその製造
方法を提供することである。The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a neutron absorber inside a fuel rod in a fuel assembly (MOX fuel assembly) containing plutonium, Alternatively, the excess reactivity can be appropriately suppressed without mixing burnable poisons, and at the same time, the bending deformation due to irradiation growth described above is extremely small, and the bulging deformation due to irradiation and thermal creep is reduced. A nuclear reactor channel box and a method for manufacturing the same.
【００２０】[0020]
【課題を解決するための手段】本発明に係る余剰反応度
を適切に抑制することができる燃料集合体は、ウラン又
はプルトニウムを含有する原子燃料棒を複数本配列した
燃料棒束と、該燃料棒束を囲むチャンネルボックス及び
ウオータロツドとを備え、それらの少なくとも一方が可
燃性毒物を配備し、該可燃性毒物が直接炉水に接するこ
とのないように埋設されるか、もしくは、前記可燃性毒
物が直接炉水に接することのないようにジルカロイ等の
耐食性金属でコーテングされるのが好ましい。SUMMARY OF THE INVENTION A fuel assembly according to the present invention capable of appropriately suppressing excess reactivity is a fuel rod bundle in which a plurality of nuclear fuel rods containing uranium or plutonium are arranged, and the fuel rod bundle. A channel box surrounding the rod bundle and a water rod, at least one of which is provided with a burnable poison and is buried so that the burnable poison does not come into direct contact with the reactor water, or the burnable poison. Is preferably coated with a corrosion resistant metal such as zircaloy so that it does not come into direct contact with the reactor water.
【００２１】本発明の具体的態様としては、前記チャン
ネルボックスとウォーターロッドの前記可燃性毒物が、
金属，合金，金属間化合物もしくはセラミックスであ
り、該金属，合金，金属間化合物もしくはセラミックス
が、カドミウム，サマリウム，ホウ素，ガドリニウム，
銀，インジウム，ハフニウムのうち少なくても一つを含
有するのが好ましい。As a specific embodiment of the present invention, the burnable poisons of the channel box and the water rod are:
Metals, alloys, intermetallic compounds or ceramics, and the metals, alloys, intermetallic compounds or ceramics are cadmium, samarium, boron, gadolinium,
It is preferable to contain at least one of silver, indium and hafnium.
【００２２】また、前記可燃性毒物は、カドミウム，サ
マリウム，ホウ素，ガドリニウム，銀，インジウム，ハ
フニウムのうち少なくても一つを、ジルコニウム又はジ
ルコニウム基合金に、合金元素として添加，金属，金属
間化合物，酸化物，水素化物，窒化物のうちの少なくと
も一つとして分散、又は、過飽和状態に固溶せしめた金
属，合金，金属間化合物もしくはセラミックスからなる
ものが好ましい。The burnable poison is at least one of cadmium, samarium, boron, gadolinium, silver, indium and hafnium added to a zirconium or zirconium based alloy as an alloying element, metal or intermetallic compound. , At least one of oxides, hydrides, and nitrides, or a metal, an alloy, an intermetallic compound, or a ceramic which is solid-dissolved in a supersaturated state is preferable.
【００２３】更に、本発明の燃料集合体のチャンネルボ
ックスへの可燃性毒物の配備の形態は、該可燃性毒物
が、長手方向から見たチャンネルボックスの断面で、不
均一に配置され、コーナー近傍に多く配備され、かつ、
対称に配置されると共に、前記可燃性毒物が、チャンネ
ルボックスの長手方向に不均一に配置され、かつ、長手
方向の下部に多く上部に少なく配置させるのが好まし
い。Further, the form of disposing the burnable poison in the channel box of the fuel assembly of the present invention is such that the burnable poison is non-uniformly arranged in the cross section of the channel box when viewed from the longitudinal direction, and the vicinity of the corner is provided. Have been deployed in
It is preferable that the burnable poisons are arranged symmetrically, and the burnable poisons are unevenly arranged in the longitudinal direction of the channel box, and the burnable poisons are arranged in a large amount in the lower portion in the longitudinal direction and a small amount in the upper portion.
【００２４】前述の本発明に係わる燃料集合体用チャン
ネルボックスは、大型ジルコニウム合金板材の六方晶Ｚ
ｒ金属の〈０００１〉結晶方位がランダム化されている
とともに、合金板のどの位置で同じランダム化が達成さ
れており、かつβ相Ｚｒの粒内の亜粒界が除去されてい
ることを特徴とし、Ｓｎ５重量％以下及び／又はＮｂ５
重量％以下を含有し、９０重量％以上のＺｒを有し、幅
１００mm以上及び長尺のジルコニウム基合金板におい
て、該合金の六方晶Ｚｒの〈０００１〉結晶方位の長手
方向の配向率（Ｆｌ値）が０.２０〜０.３５であり、好
ましくは中央部と端部とのＦｌの差（ΔＦｌ）を０.０
２５ 以下とするものである。特に、合金の六方晶Ｚｒ
の〈０００１〉結晶方位の筒状部材表面に対する垂直方
向への配向率（Ｆｒ値），筒状部材の長手方向への配向
率（Ｆｌ）及び板幅方向への配向率（Ｆｔ）がいずれも
０.２０〜０.３５であり、対向する面のＦｌの差が0.02
5 以下であるものが好ましい。また、合金はβ相を有
し、結晶粒径が５０〜５００μｍであり、板幅の中央部
と端部での結晶方位の配向率が実質的に同一であること
が好ましい。更に、合金の六方晶Ｚｒの〈０００１〉結
晶方位が実質的にランダムであり、取出し燃焼度３５Ｇ
Ｗｄ／ｔの中性子照射による前記部材の曲がり量が２.
１６mm 以下であるのが好ましい。The above-described channel box for a fuel assembly according to the present invention is a hexagonal crystal Z of a large zirconium alloy plate material.
The <0001> crystal orientation of the r metal is randomized, the same randomization is achieved at any position of the alloy plate, and the subgrain boundaries within the β phase Zr grains are removed. And Sn5 wt% or less and / or Nb5
In a zirconium-based alloy sheet containing Zr of 90 wt% or more, containing 100 wt% or less, and having a width of 100 mm or more and a long length, a hexagonal Zr <0001> crystal orientation of the alloy in the longitudinal orientation ratio (Fl) Value) is 0.20 to 0.35, and the difference (ΔFl) in Fl between the central portion and the end portion is preferably 0.0.
It should be 25 or less. In particular, the hexagonal Zr of the alloy
The <0001> crystal orientation in the vertical direction (Fr value) with respect to the surface of the tubular member, the orientation ratio in the longitudinal direction of the tubular member (Fl), and the orientation rate in the plate width direction (Ft) are all It is 0.20 to 0.35, and the difference in Fl between the opposing surfaces is 0.02.
It is preferably 5 or less. Further, it is preferable that the alloy has a β phase, the crystal grain size is 50 to 500 μm, and the orientation ratios of the crystal orientations at the central portion and the end portion of the plate width are substantially the same. Further, the <0001> crystal orientation of the hexagonal Zr of the alloy is substantially random, and the take-out burnup is 35G.
The amount of bending of the member due to Wd / t neutron irradiation is 2.
It is preferably 16 mm or less.
【００２５】本発明は、２個のコの字型ジルコニウム基
合金部材を用いて溶接接続された角形筒状部材からなる
燃料チャンネルボックスからなり、全表面にオートクレ
ーブ処理による酸化皮膜が形成されていることが好まし
い。The present invention comprises a fuel channel box consisting of a rectangular tubular member welded and connected by using two U-shaped zirconium-based alloy members, and an oxide film formed by autoclave treatment is formed on the entire surface. It is preferable.
【００２６】本発明は、燃料ペレットを燃料被覆管内に
内蔵した燃料棒，該燃料棒を複数本収納するチャンネル
ボックス，該チャンネルボックス内の前記燃料棒の間を
仕切るスペーサ，前記チャンネルボックスの上部及び下
部に設けられた上部格子板及び下部格子板を備えた燃料
集合体において、前記チャンネルボックスは前述の可燃
性毒物を有するジルコニウム基合金板からなり、該合金
の六方晶Ｚｒの〈０００１〉結晶方位の長手方向の配向
率（Ｆｌ値）が０.２０〜０.３５であり、好ましくは対
向面での前記Ｆｌの差が０.０２５ 以下であることを特
徴とする。According to the present invention, a fuel rod having fuel pellets contained in a fuel cladding tube, a channel box for accommodating a plurality of the fuel rods, a spacer for partitioning the fuel rods in the channel box, an upper portion of the channel box, and In a fuel assembly including an upper lattice plate and a lower lattice plate provided at a lower portion, the channel box is made of a zirconium-based alloy plate having the above-described burnable poison, and the hexagonal Zr <0001> crystal orientation of the alloy. Is characterized in that the longitudinal orientation ratio (Fl value) is 0.20 to 0.35, and the difference in Fl on the facing surface is preferably 0.025 or less.
【００２７】ジルコニウム合金部材の変形は六方晶Ｚｒ
の〈０００１〉結晶方位が部材表面に対しほぼ垂直に配
向するために起こる。六方晶格子が中性子照射を受ける
と〈０００１〉方向に収縮し、〈０００１〉方向と垂直
な方向に膨張する。より厳密に述べると、中性子照射に
より〈０００１〉方向に転位面が導入され、上記特定方
向への収縮膨張が起こる。炉心中央に近いほど中性子照
射量は高く、炉心周辺部で低い。中性子照射量が急激に
変化する炉心周辺部に配置されたチャンネルボックス
は、炉心中央側の面とその面に対向する面との間に照射
成長差(伸び差)が生じ、曲がる。この曲がり量は、Ｋは
定数、Ｌ１，Ｌ２をそれぞれ従来材の炉心中央側の面と
その面に対向する面の照射成長に起因する伸び量、Ｆｌ
をチャンネルボックス長手方向の結晶方位の配向確率、
ΔＦｌを対向面間のＦｌ値の差とすると、
δ（曲がり量）＝Ｋ・{(１−３Ｆｌ)(Ｌ１−Ｌ２)＋３
ＬｌΔＦｌ}
で算出することができる。これよりＬ１，Ｌ２は燃焼度
に依存するため、燃焼度を一定にすると、チャンネルボ
ックスの曲がり量は、Ｆｌ値及びΔＦｌに依存すること
がわかる。燃焼度３５の場合のチャンネルボックスの曲
がり量のＦｌ値，ΔＦｌ依存性について式を用いて計算
すると後述する図２９に示すように曲がり量は、Ｆｌ＝
０.３３〜０.３５で最小となり、ΔＦｌが小さいほど減
少することがわかる。ここで、実用上、チャンネルボッ
クスの曲がり変形量の許容量をクリープによる膨らみ変
形量を考慮して考えると、燃焼度３５ＧＷｄ／ｔでは、
それぞれδ＜２.１６mm でなければならない。よってこ
の場合、ΔＦｌ，Ｆｌ値をそれぞれΔＦｌ≦０.０２
５，Ｆｌ＝０.２０〜０.３５ に制御しなければならな
い。また、チャンネルボックス内外面に差圧が生じ、外
側に膨れる変形が発生すると、照射中にクリープして膨
れ量が増加する。The deformation of the zirconium alloy member is hexagonal Zr.
<0001> crystal orientation of is oriented almost perpendicular to the surface of the member. When the hexagonal crystal lattice receives neutron irradiation, it contracts in the <0001> direction and expands in the direction perpendicular to the <0001> direction. Strictly speaking, the dislocation plane is introduced in the <0001> direction by neutron irradiation, and contraction and expansion in the specific direction occur. The closer to the center of the core, the higher the neutron dose, and the lower around the core. The channel box arranged in the periphery of the core where the neutron irradiation dose sharply changes is bent due to the irradiation growth difference (expansion difference) between the surface on the core center side and the surface facing the surface. This bending amount is a constant, K is a constant, and L1 and L2 are expansion amounts caused by irradiation growth of the surface of the conventional material on the central side of the core and the surface facing the surface, respectively, and Fl
The orientation probability of the crystal orientation in the longitudinal direction of the channel box,
Letting ΔFl be the difference in the Fl value between the facing surfaces, δ (bend amount) = K · ((1-3Fl) (L1-L2) +3
It can be calculated by LlΔFl}. From this, it is understood that L1 and L2 depend on the burnup, so that if the burnup is constant, the bending amount of the channel box depends on the Fl value and ΔFl. When the Fl value and ΔFl dependency of the bending amount of the channel box when the burnup is 35 is calculated using an equation, the bending amount is Fl =
It can be seen that the value becomes minimum at 0.33 to 0.35, and decreases as ΔFl decreases. Here, in consideration of practically the allowable amount of bending deformation of the channel box in consideration of the amount of bulging deformation due to creep, at a burnup of 35 GWd / t,
Each must have δ <2.16 mm. Therefore, in this case, ΔFl and Fl values are respectively ΔFl ≦ 0.02
5, Fl = 0.20 to 0.35 must be controlled. Further, when a differential pressure is generated on the inner and outer surfaces of the channel box and a deformation that swells outward occurs, creep occurs during irradiation and the amount of swelling increases.
【００２８】β焼入れ材は、粒内に多数の亜粒界が存在
し、粒界すべりが生じやすいと考えられる。そこで、冷
間圧延後、焼鈍して再結晶化させることにより粒内の亜
粒界を除去することによって改善でき、これらにより、
照射成長に基づくチャンネルボックスの曲がりを低減
し、かつ漏れ流量を低減したチャンネルボックス，燃料
集合体が得られる。It is considered that the β-quenched material has a large number of sub-grain boundaries in the grains and grain boundary slip is likely to occur. Therefore, after cold rolling, it can be improved by removing subgrain boundaries in the grains by annealing and recrystallizing, by these,
It is possible to obtain a channel box and a fuel assembly in which the bending of the channel box due to irradiation growth is reduced and the leakage flow rate is reduced.
【００２９】前述した曲がり変形は、六方晶Ｚｒ金属の
〈０００１〉結晶方位がジルコニウム合金表面に垂直に
配向するために起こる。照射成長の抑制には〈０００
１〉結晶方位のランダム化が有効である。照射成長は、
体積変化を伴わない変形である為、多結晶体の個々の結
晶粒が特定方向へ変形しても、その方向はランダムであ
るので全体的には変形しないのに等しい。The above-mentioned bending deformation occurs because the <0001> crystal orientation of the hexagonal Zr metal is oriented perpendicular to the zirconium alloy surface. <000 to suppress irradiation growth
1> Randomization of crystal orientation is effective. Irradiation growth is
Since the deformation is accompanied by no change in volume, even if individual crystal grains of the polycrystalline body are deformed in a specific direction, the direction is random, so that it is equivalent to not being deformed as a whole.
【００３０】結晶方位の配向の定量評価には、通常、反
射及び透過Ｘ線回折法の組合わせにより特定結晶面のＸ
線回折強度を測定し、測定されたＸ線回折強度から数１
によりＦ値を算出する方法が一般的である。For quantitative evaluation of the orientation of crystal orientation, X-ray diffraction of a specific crystal plane is usually conducted by a combination of reflection and transmission X-ray diffraction methods.
The X-ray diffraction intensity is measured, and from the measured X-ray diffraction intensity,
The method of calculating the F value is generally used.
【００３１】[0031]
【数１】 [Equation 1]
【００３２】数１において、φは、特定方向（例えば、
板表面と垂直方向）と特定結晶方位（例えば、〈０００
２〉結晶方位）とのなす角度であり、Ｖ(φ)は、φ方向
に配向した結晶の体積率である。ｒ方向，ｔ方向，ｌ方
向を、それぞれ互いに直角な板(管)表面の法線方向（Ｆ
ｒ），板(管)の長手方向（Ｆｌ），板幅（管円周）方向
（Ｆｔ）と定義すると、次式
Ｆｒ＋Ｆｔ＋Ｆｌ＝１.０
の関係にあり、完全に結晶方位がランダム化すると、
Ｆｒ＝Ｆｔ＝Ｆｌ＝１／３
となる。In Equation 1, φ is a specific direction (for example,
A direction perpendicular to the plate surface) and a specific crystal orientation (for example, <000
2> Crystal orientation), and V (φ) is the volume ratio of crystals oriented in the φ direction. The r, t, and l directions are the normal directions (F
r), the longitudinal direction (Fl) of the plate (tube), and the plate width (tube circumference) direction (Ft), the following formula Fr + Ft + Fl = 1.0 is established, and if the crystal orientation is completely randomized, Fr = Ft = Fl = 1/3.
【００３３】Ｆｒ，Ｆｔ及びＦｌのいずれも０.２０〜
０.５０となるようにすること、Ｆｒ０.２５〜０.５
０，Ｆｌ０.２０〜０.３５，Ｆｔ０.２５〜０.３６とす
ることが好ましく、特にいずれも０.３１〜０.３５が最
も好ましい。All of Fr, Ft and Fl are from 0.20 to
It should be 0.50, Fr 0.25-0.5
0, Fl 0.20 to 0.35 and Ft 0.25 to 0.36 are preferable, and 0.31 to 0.35 are particularly preferable in all cases.
【００３４】通常の冷間加工及び焼鈍のくり返しによる
製造プロセスに従って製造された板及び管の（０００
２）結晶面(（０００１)面と等価）のＦｒ値は０.７ 前
後となり、〈０００１〉結晶方位は、主に板(管)の表面
法線方向に配向している。このように、表面法線方向に
〈０００１〉結晶方位が配向した状態を集合組織と言
う。後述の図２６に示すように、中性子照射量と照射伸
びとの関係から分るように、Ｆｌ値が０.２３以上好ま
しくは０.２５以上になると照射伸びは著しく減少し、
Ｆｌ値を０.３０〜０.３５とすることにより中性子照射
量≧１０22(ｎ／cm2）高照射域においても伸びが実質的
に０（ゼロ）となることが分かる。[000] of plates and tubes manufactured according to the manufacturing process by repeated normal cold working and annealing.
2) The Fr value of the crystal plane (equivalent to the (0001) plane) is about 0.7, and the <0001> crystal orientation is mainly oriented in the surface normal direction of the plate (tube). The state in which the <0001> crystal orientation is oriented in the surface normal direction in this way is called texture. As shown in FIG. 26 described later, as can be seen from the relationship between the neutron irradiation dose and the irradiation elongation, the irradiation elongation significantly decreases when the Fl value is 0.23 or more, preferably 0.25 or more,
It can be seen that by setting the Fl value to 0.30 to 0.35, the elongation becomes substantially 0 (zero) even in a high irradiation region of neutron irradiation ≧ 10 22 (n / cm 2 ).
【００３５】Ｆｌ値を０.２０〜０.３５とする集合組織
を得る一手段として、ジルコニウム合金部材をβ相温度
範囲（ジルカロイ合金では９８０℃を越える温度）まで
加熱し、かつβＺｒ結晶粒を十分成長させた後、冷却特
に水噴霧によって急冷する方法であるが、部材全体を均
一な温度に加熱する必要がある。この処理を行うことに
より六方晶αＺｒ結晶は立方晶βＺｒ結晶へと変態し、
冷却過程で再び六方晶αＺｒ結晶へと再変態する。この
熱処理において、Ｆｌ値０.２０〜０.３５となる集合組
織を得るにはβＺｒ結晶粒が少なくとも１００μｍ以上
に成長するのが良く、Ｆｌ値を０.２０ 以上となる集合
組織を得るにはβＺｒ結晶粒が少なくとも５０μｍ以上
５００μｍ以下、好ましくは１５０μｍ以上３００μｍ
以下である。β相温度での加熱時間はβ相温度範囲の高
温域ほど（好ましくは１１００〜１３５０℃より好まし
くは１１００〜１２００℃）短時間で加熱することがで
きる。最高加熱温度での保持時間はほんの短い時間で行
うことができ、例えば1.5秒〜１００秒、好ましくは５
〜６０秒である。特に、後述する図３０で●印の範囲で
行うのが好ましい。As one means for obtaining a texture having a Fl value of 0.20 to 0.35, a zirconium alloy member is heated to a β phase temperature range (a temperature exceeding 980 ° C. for a Zircaloy alloy) and βZr crystal grains are formed. This is a method in which the material is sufficiently grown and then rapidly cooled, especially by water spray, but it is necessary to heat the entire member to a uniform temperature. By performing this treatment, the hexagonal αZr crystal is transformed into the cubic βZr crystal,
During the cooling process, it is transformed again into hexagonal αZr crystal. In this heat treatment, in order to obtain a texture with an Fl value of 0.20 to 0.35, βZr crystal grains should grow to at least 100 μm or more, and to obtain a texture with a Fl value of 0.20 or more. βZr crystal grains are at least 50 μm or more and 500 μm or less, preferably 150 μm or more and 300 μm
It is the following. The heating time at the β-phase temperature can be shorter in the higher temperature range of the β-phase temperature range (preferably 1100 to 1350 ° C., more preferably 1100 to 1200 ° C.). The holding time at the maximum heating temperature can be only a short time, for example, 1.5 seconds to 100 seconds, preferably 5 seconds.
~ 60 seconds. In particular, it is preferable to carry out in the range indicated by ● in FIG. 30 described later.
【００３６】部材全体を均一に加熱するには板材を用い
ること、加熱体の幅を３cm以上、好ましくは４.５cm以
上より好ましくは４.５〜１０cm（高周波誘導加熱コイ
ルとして２ターンとすること、被加熱体と加熱体とのギ
ャップを常に一定に保つようにローラで保持して加熱す
ること、複数回の焼入れ処理すること、被加熱部の温度
を測定すること等によって行うことができる。ギャップ
は１〜５mm、特に２〜３mmが好ましい。To uniformly heat the whole member, a plate material is used, and the width of the heating element is 3 cm or more, preferably 4.5 cm or more, more preferably 4.5-10 cm (two turns as a high frequency induction heating coil). It can be carried out by holding and heating with a roller so as to always keep the gap between the objects to be heated constant, performing quenching treatment a plurality of times, measuring the temperature of the part to be heated, and the like. The gap is preferably 1 to 5 mm, particularly preferably 2 to 3 mm.
【００３７】β相温度範囲で加熱してもその加熱温度が
不十分又はその保持時間が不十分であると、部材全体が
目標の集合組織は得られない。ランダムな結晶方位の配
向の集合組織を得るには、種々の結晶方位を有するβＺ
ｒ結晶粒が十分に成長することが必要であり、そのため
には、βＺｒ結晶粒が少なくとも５０μｍ以上に成長す
るに十分な温度あるいは保持時間（Ｐ値で０.８以上）
にするのがよい。If the heating temperature is insufficient or the holding time is insufficient even if heated in the β-phase temperature range, the target texture cannot be obtained for the entire member. To obtain textures with random crystal orientations, βZ having various crystal orientations is used.
It is necessary that the r crystal grains grow sufficiently, and for that purpose, the temperature or the holding time (P value of 0.8 or more) sufficient for the βZr crystal grains to grow to at least 50 μm or more.
It is better to
【００３８】上述の如く、熱処理によってＦｌ値は変わ
るが、その温度と保持時間は重要な要因である。従っ
て、β相温度領域でＦｌ値が０.５０ 以下になるように
するには前述の式によって求められるパラメータＰが
１.５ 以上（βＺｒ結晶粒６０μｍ以上）となるように
することが好ましい。特に、パラメータＰは２.５ 〜５
（βＺｒ結晶粒７０〜５００μｍ）が好ましく、より
３.２ 〜５（βＺｒ結晶粒１００〜５００μｍ）が好ま
しい。As described above, the Fl value changes depending on the heat treatment, but the temperature and the holding time are important factors. Therefore, in order to keep the Fl value at 0.50 or less in the β-phase temperature region, it is preferable to set the parameter P obtained by the above-mentioned formula to 1.5 or more (βZr crystal grains 60 μm or more). Especially, the parameter P is 2.5 to 5
(ΒZr crystal grains 70 to 500 μm) is preferable, and 3.2 to 5 (βZr crystal grains 100 to 500 μm) is more preferable.
【００３９】そして、本発明の前記燃料集合体のチャン
ネルボックスの製造方法としては、チャンネルボックス
の一枚のジルコニウム基合金素材板にへこみを設けると
共に、該へこみ内に可燃性毒物の板を係合配置し、チャ
ンネルボックスの他の一枚のジルコニウム基合金素材板
を該二枚の素材板内に前記可燃性毒物が埋め込まれるよ
うに接合し、該接合部を電子ビーム溶接もしくは溶接を
せずに、熱間圧延もしくはホットプレスし、その後、冷
間圧延とアニールとを適宜回数繰り返すことを特徴と
し、製造方法の他の態様としては、チャンネルボックス
の二枚の素材板の間に可燃性毒物の板を介在させ、該三
枚の板を熱間圧延して圧着し、端部を真空中で電子ビー
ム溶接もしくは溶接せずに、冷間圧延とアニールとを適
宜回数繰り返す。その後、可燃性毒物を係合配置した長
尺のジルコニウム基合金板を連続的に移動させながらβ
相単相温度領域に加熱し、冷却する。その際、該合金の
六方晶Ｚｒの〈０００１〉結晶方位の板長手方向に対す
る配向率(Ｆｌ値）が０.２０〜０.３５ となるように前
記β相単相温度領域にて加熱保持し、板幅方向での中央
部と端部での加熱温度差を小さくする。この際、β相温
度領域での加熱を次式によって求められるパラメータＰ
の値が０.８ 以上になるように短時間保持後急冷するこ
とが好ましい。In the method for manufacturing the channel box of the fuel assembly according to the present invention, a dent is provided in one zirconium-based alloy material plate of the channel box, and a burnable poison plate is engaged in the dent. The other zirconium-based alloy material plates in the channel box are joined so that the burnable poison is embedded in the two material plates, and the joining portion is not subjected to electron beam welding or welding. , Hot-rolling or hot-pressing, followed by repeating cold-rolling and annealing appropriately times, as another aspect of the manufacturing method, a burnable poison plate between the two blanks of the channel box. The three plates are interposed, hot-rolled and pressure-bonded, and cold rolling and annealing are repeated an appropriate number of times without electron beam welding or welding the ends in vacuum. After that, while continuously moving the long zirconium-based alloy plate in which the burnable poison is engaged and arranged, β
The phase is heated to a single-phase temperature range and cooled. At that time, the hexagonal Zr of the alloy was heated and held in the β-phase single-phase temperature region so that the orientation ratio (Fl value) of the <0001> crystal orientation of the hexagonal Zr with respect to the plate longitudinal direction was 0.20 to 0.35. The heating temperature difference between the central portion and the end portion in the plate width direction is reduced. At this time, heating in the β-phase temperature region is performed by a parameter P obtained by the following equation.
It is preferable to hold the material for a short time and then quench it so that the value of becomes 0.8 or more.
【００４０】
Ｐ＝（３.５５＋logｔ）×log（Ｔ−９８０）
（ｔ：加熱時間（秒），Ｔ：加熱温度(℃)）
さらに、β相温度領域での加熱は板材を移動させながら
誘導コイルによって連続的に所望の保持時間加熱すると
同時に加熱後に強制的に冷却するもので、このβ相への
加熱によって〈０００１〉方位がランダムになるととも
に、高温高圧純水に対して耐食性の高いものが得られ
る。冷却は噴水（好ましくは温水の噴射）によって行う
のが好ましく、５０〜３００℃／秒、好ましくは１００
〜２５０℃／秒以上の冷却速度とするのがよい。加熱手
段として他に赤外線，電気炉が用いることができる。P = (3.55 + logt) × log (T-980) (t: heating time (sec), T: heating temperature (° C.)) Further, heating in the β phase temperature region is induced while moving the plate material. A coil that continuously heats for a desired holding time and at the same time forcibly cools after heating. The heating to this β phase makes the <0001> orientation random and has high corrosion resistance to high temperature and high pressure pure water. Is obtained. Cooling is preferably performed with a fountain (preferably hot water), and is 50 to 300 ° C./sec, preferably 100.
A cooling rate of ˜250 ° C./second or more is preferable. In addition, infrared rays or an electric furnace can be used as the heating means.
【００４１】特に、冷却に用いる冷媒は室温以上の温度
を有する温水を用いることによって冷却による冷却速度
を小さくして冷却による変形を防止することが好まし
い。その温度として４０〜８０℃が好ましい。In particular, it is preferable to use hot water having a temperature of room temperature or higher as the cooling medium to reduce the cooling rate by cooling and prevent deformation by cooling. The temperature is preferably 40 to 80 ° C.
【００４２】前記β焼き入れ処理後、冷間圧延を施して
アニールすることにより再結晶化させ、β相結晶粒内の
亜粒界を除去することにより粒界すべりを生じさせなく
し、チャンネルボックスの内外面に生じる差圧によるク
リープ変形による膨れ変形を抑制することができる。After the β-quenching treatment, cold rolling is performed and annealing is performed to recrystallize, and by removing subgrain boundaries in the β-phase crystal grains, grain boundary slips are prevented from occurring. It is possible to suppress bulging deformation due to creep deformation due to the differential pressure generated on the inner and outer surfaces.
【００４３】その後、可燃性毒物を係合配置したジルカ
ロイ板材を曲げ加工し、溶接して角筒にする。次いで全
体を均一に加熱する焼鈍が行われる。焼鈍は５００〜６
５０℃（好ましくは５５０〜６４０℃）で行われる。こ
の焼鈍に際して、Ｚｒ基合金よりも熱膨張係数の大きい
オーステナイト系ステンレス鋼などの拘束部材によって
拘束して行うのが好ましく、それによって管状部材の整
形を行うことができる。これらの熱処理は非酸化性範囲
気中で行われ、特にＡｒ中で行うのが好ましい。Thereafter, the zircaloy plate material in which the burnable poison is engaged and arranged is bent and welded into a rectangular tube. Then, annealing is performed to uniformly heat the whole. 500-6 annealing
It is carried out at 50 ° C (preferably 550 to 640 ° C). At the time of this annealing, it is preferable to restrain by a restraining member such as austenitic stainless steel having a thermal expansion coefficient larger than that of the Zr-based alloy, so that the tubular member can be shaped. These heat treatments are carried out in a non-oxidizing range, particularly preferably in Ar.
【００４４】最終熱処理後は、サンドブラスト及び酸洗
によって表面の酸化皮膜が除去される。酸化皮膜が除去
された後、オートクレーブによって表面が酸化処理さ
れ、表面に安定な酸化皮膜が形成され、最終製品とされ
る。また、前述の両端部で固定するためのネジ穴等の端
部は除去されて使用される。After the final heat treatment, the oxide film on the surface is removed by sandblasting and pickling. After the oxide film is removed, the surface is oxidized by an autoclave, a stable oxide film is formed on the surface, and the final product is obtained. In addition, the ends such as screw holes for fixing at the both ends are removed and used.
【００４５】前述の如く構成された本発明の燃料集合体
は、沸騰水型原子炉に用いられる燃料集合体の燃料チャ
ンネルボックスに中性子吸収材または可燃性毒物を配備
することで、燃料に含まれるガドリニア量を減少、また
はなくするとともに、燃料集合体の局所ピーキング係数
を低減させることのできるものである。The fuel assembly of the present invention configured as described above is included in the fuel by disposing the neutron absorber or burnable poison in the fuel channel box of the fuel assembly used in the boiling water reactor. The gadolinia amount can be reduced or eliminated, and the local peaking coefficient of the fuel assembly can be reduced.
【００４６】チャンネルボックスに、中性子吸収材また
は可燃性毒物であるＢＰ部材を配備し、特に、該ＢＰ部
材としてＧｄ2Ｏ3を使用することによる反応度抑制、及
び、局所ピーキング係数の低減は、以下に述べるように
なる。The channel box is provided with a BP member which is a neutron absorber or a burnable poison, and in particular, the use of Gd 2 O 3 as the BP member suppresses the reactivity and reduces the local peaking coefficient. It will be described below.
【００４７】中性子照射量に伴う制御価値の変化は、図
３３に示すようになるので、初期の余剰反応度を抑制す
ること、即ち、１サイクル目(照射量：〜１.０×１０22
nvt)の反応度を制御するには、その材料としてＧｄ2Ｏ3
が最適であることがわかる。また、燃料集合体において
は、集合体の内部よりも、水ギャップ部分の方が熱中性
子量が多く、中性子スペクトルは柔らかくなっている。
これは、集合体の内部よりも外周部の方が相対的に水の
量が多いことと、燃料集合体の内部の核***製物質によ
る熱中性子の吸収との２つのことに起因している。Since the change in the control value with the neutron irradiation dose is as shown in FIG. 33, the initial excess reactivity is suppressed, that is, the first cycle (irradiation dose: up to 1.0 × 10 22
nvt) reactivity can be controlled by using Gd 2 O 3 as its material.
It turns out that is optimal. Further, in the fuel assembly, the amount of thermal neutrons is larger in the water gap portion than in the interior of the assembly, and the neutron spectrum is softer.
This is due to the fact that the outer peripheral portion has a relatively large amount of water as compared with the inside of the assembly, and the absorption of thermal neutrons by the fission product inside the fuel assembly.
【００４８】一方、可燃性毒物，中性子吸収材は、図３
４に示す１／ｖの依存性の中性子吸収断面積を有し、熱
中性子が多いほど反応度抑制効果が大きい。ＭＯＸ燃料
では、プルトニウムによる中性子の吸収がウランのそれ
よりも大きいために、燃料集合体内部の中性子スペクト
ルはいっそう硬くなっており、可燃性毒物の反応度抑制
効果は小さくなってしまう。そのために、可燃性毒物を
燃料に混入するよりも、水ギャップ部分、即ち、チャン
ネルボックスの内部に配備した方が、反応度抑制効果を
大きくすることができる。On the other hand, the burnable poison and the neutron absorber are shown in FIG.
4 has a neutron absorption cross section with a dependency of 1 / v shown in FIG. 4, and the greater the number of thermal neutrons, the greater the reactivity suppression effect. In MOX fuel, since the absorption of neutrons by plutonium is larger than that of uranium, the neutron spectrum inside the fuel assembly becomes even harder, and the effect of suppressing the reactivity of the burnable poison becomes smaller. Therefore, the reactivity suppressing effect can be enhanced by disposing the burnable poison in the water gap portion, that is, inside the channel box, rather than mixing the burnable poison with the fuel.
【００４９】更に、燃料集合体での熱中性子束分布を見
ると、図３５のように、相対的に水の多い燃料集合体の
外周部で熱中性子が盛り上がっており、逆に、燃料集合
体の中心部では、熱中性子束は低くなっている。そのた
め、局所ピーキング係数も、燃料集合体の外周部で高く
なる傾向がある。この局所ピーキング係数の高くなる領
域に近い、燃料チャンネルボックス部分に可燃性毒物や
中性子吸収材を混入することで、効果的に燃料集合体外
周部の局所ピーキング係数を抑制することが可能とな
る。Further, looking at the thermal neutron flux distribution in the fuel assembly, as shown in FIG. 35, the thermal neutrons are swelled at the outer periphery of the fuel assembly having a relatively large amount of water and, conversely, the fuel assembly. The thermal neutron flux is low in the central part of. Therefore, the local peaking coefficient also tends to be high in the outer peripheral portion of the fuel assembly. By mixing the burnable poison and the neutron absorbing material in the fuel channel box portion near the region where the local peaking coefficient is high, it is possible to effectively suppress the local peaking coefficient in the outer peripheral portion of the fuel assembly.
【００５０】更にまた、チャンネルボックスの長手方向
に、可燃性毒物や中性子吸収材を分布させることの機能
は次のとおりである。Furthermore, the function of distributing the burnable poison and the neutron absorbing material in the longitudinal direction of the channel box is as follows.
【００５１】沸騰水型原子炉では、原子炉炉心内部でそ
の冷却水が沸騰しながら原子炉炉心下部から上部に向か
って流れているために、原子炉炉心軸方向に水蒸気泡
（ボイド）が分布しており、しかも、このボイドの量
は、炉心上部に向かうにつれて増加する傾向にある。軽
水減速型原子炉では、減速材（水）の密度が核***反応
を制御しており、減速材密度が大きいほど核***反応が
促進するように設計されている。したがって、炉心軸方
向の出力分布を考えた場合、ボイドの少ない炉心下部の
方が、ボイドの多い炉心上部よりも出力が大きくなる傾
向がある。これに対しては、チャネルボックス内に存在
する中性子吸収材や可燃性毒物の量を、軸方向で反応度
の大きい下部領域で多く、上部領域に行くに従って少な
くなるように分布させることで、効果的に対応できるよ
うになる。In a boiling water reactor, the cooling water is boiling inside the reactor core while flowing from the lower part to the upper part of the reactor core, so that steam bubbles (voids) are distributed in the axial direction of the reactor core. Moreover, the amount of this void tends to increase toward the upper part of the core. In a light water moderator reactor, the density of moderator (water) controls the fission reaction, and the higher the moderator density, the more the fission reaction is designed. Therefore, considering the power distribution in the axial direction of the core, the lower core with few voids tends to have a larger power than the upper core with many voids. On the other hand, by distributing the amount of neutron absorbers and burnable poisons existing in the channel box in the lower region where the reactivity is large in the axial direction and decreasing in the upper region, the effect Will be able to deal with it.
【００５２】更に、軸方向上部領域は、ボイド率が高い
ために中性子スペクトルも硬くなっているために、可燃
性毒物や中性子吸収材の減損も下部領域に比べて遅くな
る傾向があり、可燃性毒物，中性子吸収材を軸方向に分
布させることで、軸方向での減損が均等に進行する。Further, since the neutron spectrum is hard in the axial upper region due to the high void ratio, the depletion of the burnable poison and the neutron absorbing material tends to be slower than that in the lower region, and the flammability is low. By distributing the poisonous substance and the neutron absorber in the axial direction, the loss in the axial direction progresses evenly.
【００５３】更にまた、本発明においては、可燃性毒物
をチャンネルボックス内に埋設、もしくは、可燃性毒物
をジルカロイ等の金属でコーテングしたことによって、
該可燃性毒物が直接炉水に接することがなくなったこと
で、可燃性毒物自体腐食及びチャンネルボックスと可燃
性毒物との間の隙間腐食やガルバニック腐食が生じなく
なる。Furthermore, in the present invention, the burnable poison is buried in the channel box, or the burnable poison is coated with a metal such as zircaloy,
Since the burnable poison does not come into direct contact with the reactor water, corrosion of the burnable poison itself, crevice corrosion between the channel box and the burnable poison, and galvanic corrosion do not occur.
【００５４】更にまた、本発明は、チャンネルボックス
を形成する前段の製造行程の素材板の状態で、該素材板
の内部に可燃性毒物を埋設させたので、外部に可燃性毒
物が露出しないすっきりとしたチャンネルボックスを構
成できると共に、本発明のチャンネルボックスの製造方
法を採用することによって、可燃性毒物を埋設した低照
射変形チャンネルボックスが容易に製造でき、かつ、チ
ャンネルボックスの素材板間の剥離等の現象をなくする
ことができる。Still further, according to the present invention, since the burnable poison is embedded inside the blank in the blank in the pre-stage manufacturing process for forming the channel box, the clean blank does not expose the burnable poison to the outside. By configuring the channel box, and by adopting the method for producing a channel box of the present invention, a low irradiation deformation channel box in which a burnable poison is buried can be easily produced, and peeling between the material plates of the channel box is achieved. It is possible to eliminate such phenomena.
【００５５】[0055]
（実施例１）図１は、本発明の燃料集合体Ａの第１の実
施形態を示したものであり、図１（ａ),（ｂ）の上部の
図はチャンネルボックス長手方向から見た断面図、下部
の図はチャンネルボックス長手方向から見た側面図であ
る。該燃料集合体Ａは、チャンネルボックス１，多数の
燃料棒２の束，ウォータロッド３、及び、前記チャンネ
ルボックス１の四囲の部材内に配置された可燃性中性子
吸収毒物（ＢＰ）を含有するＢＰ部材４等から形成され
ている。ＢＰ部材４は、チャンネルボックス１の四囲側
面のコーナー近傍に長手方向に埋め込まれて配置されて
いる。図１（ａ）はウォータロッド３が二つであり、図
１（ｂ）は、ウォータロッド３が一つである、その他は
図（ａ)(ｂ）はその実施形態を同じくしている。図２
は、第２の実施形態であり、ＢＰ部材４がチャンネルボ
ックス１の側面のコーナー部の長手方向に埋め込まれて
配置されている。(Embodiment 1) FIG. 1 shows a first embodiment of the fuel assembly A of the present invention. The upper drawings of FIGS. 1 (a) and 1 (b) are viewed from the longitudinal direction of the channel box. The cross-sectional view and the lower view are side views seen from the longitudinal direction of the channel box. The fuel assembly A includes a channel box 1, a bundle of a number of fuel rods 2, a water rod 3, and a BP containing a burnable neutron absorbing poison (BP) arranged in a member surrounded by the channel box 1. It is formed of the member 4 and the like. The BP member 4 is embedded and arranged in the longitudinal direction in the vicinity of the corners of the four surrounding side surfaces of the channel box 1. 1A shows two water rods 3, FIG. 1B shows one water rod 3, and FIGS. 1A and 1B show the same embodiment. Figure 2
In the second embodiment, the BP member 4 is embedded and arranged in the longitudinal direction of the corner portion of the side surface of the channel box 1.
【００５６】このようにＢＰ部材４をチャンネルボック
ス１内に埋め込んで配置することにより、ＢＰ部材４が
直接炉水に接することがないため、隙間腐食やガルバニ
ック腐食等を防止することができる。By arranging the BP member 4 by embedding it in the channel box 1 in this way, the BP member 4 does not come into direct contact with the reactor water, so that crevice corrosion and galvanic corrosion can be prevented.
【００５７】更に、ＢＰ部材４をチャンネルボックス１
のコーナー部及びコーナー近傍部に配置したことによ
り、燃料集合体Ａのコーナー部の局所ピーキング係数を
効果的に抑制することが可能となる。Further, the BP member 4 is attached to the channel box 1
The local peaking coefficient of the corner portion of the fuel assembly A can be effectively suppressed by arranging the corner portion and the vicinity of the corner.
【００５８】図３〜図５は、前記第１の実施形態の燃料
集合体Ａのチャンネルボックス１の製造方法を示してい
る。まず、図３に示されているようにチャンネルボック
ス１となるジルカロイ素材板に深さ０.２mm〜１.５mm程
度のへこみを板の長手方向に形成する。なお、へこみの
深さは、ＢＰ金属の含有量及びＢＰ部材の幅により決定
される。次に該へこみに、そのへこみと同じ大きさのＢ
Ｐ部材４をはめ込み、他の薄いジルカロイ素材板を貼り
合わせ、合わせ目を真空中で必要に応じて電子ビーム溶
接する。その後、６００〜７００度で熱間圧延，冷間圧
延，焼鈍（アニール）を数回行い、完全な一枚板にす
る。前記熱間圧延するのに代えて、前記素材を最高１２
２０度まで加熱してホットプレスで圧延して一枚板にす
る方法もある。また、素材板間の剥離等がないならば、
電子ビーム溶接を省くこともでき、特に、ホットプレス
で圧延した場合には、該電子ビーム溶接を省略する可能
性が高い。前記一枚板にした後、該ジルコニウム基合金
の六方晶ジルコニウムの結晶方位をランダム化するとい
う目的で、β相温度範囲に加熱保持し、その後急冷す
る。該β焼入れの具体的方法は、高周波誘導コイルによ
る加熱とその下部に設けた水冷ノズルによる冷却によっ
て行われる。コイル及び水冷ノズルは固定で、板材を下
方に連続移動させながら行われる。加熱温度の測定は板
材の加熱直後の水冷ノズルの直前の空間で板材を直接光
高温計によって行った。加熱保持時間は板材の移動速度
を調整することにより行われる。本実施例における板材
の端部と中央部との温度差は１０℃以下であり、加熱温
度は１０５０〜１１５０℃，保持時間３〜２０秒のいく
つかの組合せにて行った。冷却水には４０〜８０℃の温
水を用い、一つの冷却にはほぼ一定の温度の温水を用い
て行った。図６は、本発明に基づく可燃性毒物を係合配
置したジルコニウム基合金板材の焼入れ装置の斜視図で
ある。可燃性毒物を係合配置したジルコニウム基合金の
板材４１は高周波誘導加熱コイル４４の上部と冷却用水
吹き付けノズル４６の下部に板材４１が前後左右に移動
しないようにローラが設けられ、高周波誘導加熱コイル
４４と板材４１との間隙が加熱冷却時に常に一定になる
ようにして矢印のように連続移動するものである。板材
４１が一定の速度で上方から下方へコイル内を通過する
ことにより、全体の熱処理が完了する。加熱温度は１１
００℃で保持時間１０秒となるように板材４１の送り速
度及び高周波電源５の出力を調整した。3 to 5 show a method of manufacturing the channel box 1 of the fuel assembly A of the first embodiment. First, as shown in FIG. 3, a dent having a depth of about 0.2 mm to 1.5 mm is formed in the longitudinal direction of the zircaloy material plate which will be the channel box 1. The depth of the dent is determined by the content of the BP metal and the width of the BP member. Then, in the dent, B of the same size as the dent
The P member 4 is fitted, another thin zircaloy material plate is bonded, and the seam is electron beam welded in vacuum as needed. Then, hot rolling, cold rolling, and annealing (annealing) are performed several times at 600 to 700 degrees to form a complete single plate. In place of the hot rolling, the material can be up to 12
There is also a method of heating to 20 degrees and rolling with a hot press into a single plate. Also, if there is no separation between the material plates,
Electron beam welding can be omitted, and there is a high possibility that the electron beam welding will be omitted, especially when rolled by hot pressing. After forming the single plate, it is heated and maintained in the β-phase temperature range for the purpose of randomizing the crystal orientation of the hexagonal zirconium of the zirconium-based alloy, and then rapidly cooled. A specific method of β-quenching is performed by heating with a high-frequency induction coil and cooling with a water-cooling nozzle provided below the coil. The coil and the water cooling nozzle are fixed, and the plate material is continuously moved downward. The heating temperature was measured by a direct light pyrometer in the space immediately after the water cooling nozzle immediately after heating the plate. The heating and holding time is performed by adjusting the moving speed of the plate material. The temperature difference between the end portion and the central portion of the plate material in this example was 10 ° C. or less, the heating temperature was 1050 to 1150 ° C., and the holding time was 3 to 20 seconds. Hot water of 40 to 80 ° C. was used as the cooling water, and hot water having a substantially constant temperature was used for one cooling. FIG. 6 is a perspective view of a quenching apparatus for a zirconium-based alloy sheet material in which combustible poisons are engaged and arranged according to the present invention. A plate material 41 of a zirconium-based alloy in which a burnable poison is engaged is provided with rollers at the upper part of the high frequency induction heating coil 44 and the lower part of the cooling water spray nozzle 46 so that the plate material 41 does not move back and forth and left and right. The gap between the plate member 41 and the plate member 41 is kept constant during heating and cooling, and is continuously moved as indicated by an arrow. When the plate material 41 passes through the coil from the upper side to the lower side at a constant speed, the entire heat treatment is completed. Heating temperature is 11
The feed rate of the plate material 41 and the output of the high frequency power source 5 were adjusted so that the holding time was 10 seconds at 00 ° C.
【００５９】βＺｒ結晶粒内には層状あるいは針状の亜
粒界が多数存在し、粒界すべりが生じやすくなっている
ため、照射中にチャンネルボックス内外面に生じる差圧
により、クリ−プして膨れ変形が増大する。そこで、再
結晶化させることにより粒内の亜粒界を除去するため
に、β焼入れ後、冷間圧延し６００℃〜７００℃で約２
時間焼鈍（アニール）を行う。Since a large number of layered or needle-shaped sub-grain boundaries are present in the βZr crystal grains and grain boundary slips are likely to occur, creep occurs due to the differential pressure generated on the inner and outer surfaces of the channel box during irradiation. The bulge deformation increases. Therefore, in order to remove subgrain boundaries in the grains by recrystallizing, after β-quenching, cold rolling is performed at 600 ° C to 700 ° C for about 2
Perform time annealing.
【００６０】さらにその後、チャンネルボックス１の形
状にするために、図４に示すようにコの字状に冷間曲げ
を行い、プラズマ溶接による四角の筒体の形成と溶接ビ
ードのつぶしと切削による平坦化、SUS304製十字型マン
ドレルを筒体に挿入して600℃×２ｈ加熱による焼鈍と
ストレート化の整形、前述の焼入れによって形成された
酸化スケールのサンドブラスト，酸洗による内表面，外
表面の除去，脱脂等の表面仕上げ、及び水蒸気によるオ
ートクレーブ処理が施され、最終製品となる。図７は上
述のように製作された角筒を使用したＢＷＲ燃料集合体
の部分断面図である。Thereafter, in order to make the shape of the channel box 1, cold bending is performed in a U-shape as shown in FIG. 4, and a square tube body is formed by plasma welding, and welding beads are crushed and cut. Flattening, inserting a SUS304 cruciform mandrel into the cylinder to anneal by heating at 600 ° C x 2h and shape straightening, sandblast the oxide scale formed by the above quenching, remove inner and outer surfaces by pickling , The surface finish such as degreasing, and the autoclave treatment with steam are performed to obtain the final product. FIG. 7 is a partial cross-sectional view of a BWR fuel assembly using the square tube manufactured as described above.
【００６１】ＢＷＲ燃料集合体は、図７に示すように、
多数の燃料棒１１とそれらを相互の所定の間隔で保持す
るスペーサ１２、更に、それらを収納する角筒のチャン
ネルボックス１，燃料被覆管内に燃料ペレットが入った
燃料棒１１の両端を保持する上部タイプレート１４、及
び、下部タイプレート１５、並びに、全体を搬送するた
めのハンドル１３から構成される。The BWR fuel assembly is, as shown in FIG.
A large number of fuel rods 11 and spacers 12 for holding them at a predetermined distance from each other, a square channel box 1 for accommodating them, and an upper portion for holding both ends of the fuel rods 11 containing fuel pellets in a fuel cladding tube. It consists of a tie plate 14, a lower tie plate 15 and a handle 13 for carrying the whole.
【００６２】（実施例２）図５に示されるように、ＢＰ
板材４をジルカロイの素材板４１で挟んだものを６００
〜７００℃で熱間圧延を施して圧着し、両端部を真空中
で電子ビーム溶接した後、冷間圧延，焼鈍を繰り返して
一枚板にする方法がある。この場合も、素材板４１の剥
離等の問題がなければ、真空中での電子ビーム溶接を省
くことができる。そして、ＢＰ部材４は、図で示される
ように完全にジルカロイ素材４１で覆われており、外部
に接しないものとする。その後の製造工程は、図３，図
４に示されるのと同様な工程を経てチャンネルボックス
を製造する。(Embodiment 2) As shown in FIG.
The plate material 4 sandwiched by the zircaloy material plates 41 is 600
There is a method in which hot rolling is performed at ˜700 ° C., pressure bonding is performed, both ends are electron beam welded in a vacuum, and then cold rolling and annealing are repeated to form a single plate. Also in this case, if there is no problem such as separation of the material plate 41, electron beam welding in a vacuum can be omitted. The BP member 4 is completely covered with the zircaloy material 41 as shown in the figure, and is not in contact with the outside. In the subsequent manufacturing process, the channel box is manufactured through processes similar to those shown in FIGS.
【００６３】（実施例３）図８は、第３の実施形態であ
り、ＢＰ部材４をチャンネルボックス１のくぼみにはめ
込んで、外側をジルカロイ素材（Ｚry）の薄板５で被覆
した場合であり、実施例１と同様にβ焼入れを行うもの
である。チャンネルボックス１の外側のコーナー部及び
コーナー部近傍にへこみを作っておき、そこにＢＰ部材
４をはめ込んだ後、チャンネルボックス１の側面の一部
あるいは側面全体をＺry製の薄板５で覆い、溶接して直
接ＢＰ部材４を炉水に直接触れさせないようにした場合
である。Example 3 FIG. 8 shows a third embodiment, in which the BP member 4 is fitted in the recess of the channel box 1 and the outside is covered with a thin plate 5 of Zircaloy material (Zry). As in Example 1, β-quenching is performed. After making recesses on the outer corners of the channel box 1 and in the vicinity of the corners and fitting the BP member 4 therein, a part or the whole of the side surface of the channel box 1 is covered with a thin plate 5 made of Zry and welded. In this case, the BP member 4 is prevented from directly contacting the reactor water.
【００６４】図８（ａ）は、ＢＰ部材４をチャンネルボ
ックス１のコーナー部に配置した場合で、該ＢＰ部材の
外側のみを薄板５で覆ったものであり、図８（ｂ）は、
チャンネルボックス１の四囲全体を薄板５で覆った場合
である。FIG. 8 (a) shows the case where the BP member 4 is arranged at the corner of the channel box 1, and only the outer side of the BP member is covered with the thin plate 5, and FIG. 8 (b) shows
This is a case where the entire four enclosures of the channel box 1 are covered with the thin plate 5.
【００６５】図９（ａ),（ｂ）は、第４の実施形態であ
り、ＢＰ部材４をコーナー近傍部に配置した場合であ
り、それ以外は図８の実施形態と同じである。FIGS. 9A and 9B show the fourth embodiment, in which the BP member 4 is arranged in the vicinity of the corners, and other than that is the same as the embodiment in FIG.
【００６６】また、後述するような他の金属でコーテン
グされたＢＰ部材４を使用する場合には、Ｚry製薄板で
被覆する必要はない。When the BP member 4 coated with another metal as described later is used, it is not necessary to coat it with a Zry thin plate.
【００６７】（実施例４）図１０は、ＢＰ部材４の形状
を示しており、図１０（ａ）は、チャンネルボックス長
手方向の下部におけるＢＰ部材４の幅を上部に比べて不
連続的に広くした場合であり、図１０（ｂ）は、チャン
ネルボックス１の長手方向の下部におけるＢＰ部材４の
幅を上部に比べて連続的に広くした場合であり、前述と
同様にβ焼入れが行われる。(Embodiment 4) FIG. 10 shows the shape of the BP member 4, and FIG. 10 (a) shows the width of the BP member 4 in the lower part in the longitudinal direction of the channel box discontinuously as compared with the upper part. FIG. 10B shows a case where the width of the BP member 4 in the lower portion in the longitudinal direction of the channel box 1 is continuously made wider than that in the upper portion, and β quenching is performed as described above. .
【００６８】図１１は、ＢＰ部材４をチャンネルボック
ス１の長手方向で分割した場合である。この場合、等し
い長さのＢＰ部材４を等間隔に配置した場合と、図で示
されるようにチャンネルボックス１の下部ほど長いＢＰ
部材４を間隔を狭めて配置した場合とがある。ここで、
炉心軸方向の出力分布を考えてみると、原子炉の炉芯軸
方向に水蒸気泡（ボイド）が存在し、炉心上部にいくほ
ど増加するため、炉心軸方向の出力分布は、図１２の曲
線ａのようにボイドの少ない炉心下部の方が、ボイドの
多い炉心上部よりも大きくなる。そこで前記のように、
ＢＰ部材４の量を上部に少なく、下部に多く配置するこ
とにより、炉心軸方向の出力分布を曲線ｂのように平坦
化させることができる。FIG. 11 shows a case where the BP member 4 is divided in the longitudinal direction of the channel box 1. In this case, when the BP members 4 having the same length are arranged at equal intervals, and as shown in the figure, the lower BP of the channel box 1 is longer.
In some cases, the members 4 are arranged with a narrow interval. here,
Considering the power distribution in the axial direction of the core, steam bubbles (voids) exist in the axial direction of the core of the reactor, and the power distribution in the axial direction of the core increases. The lower core with less voids, such as a, is larger than the upper core with many voids. So, as mentioned above,
By arranging the amount of the BP member 4 in the upper part less and in the lower part more, the power distribution in the core axis direction can be flattened as shown by the curve b.
【００６９】図１３は、チャンネルボックス１の長手方
向のＢＰ部材４の幅を均一にした場合である。該図１３
は、チャンネルボックス１の長手方向のＢＰ部材４の長
さを燃料棒２の有効長さの８０〜１００％の長さにした
場合である。FIG. 13 shows a case where the width of the BP member 4 in the longitudinal direction of the channel box 1 is made uniform. FIG. 13
Is a case where the length of the BP member 4 in the longitudinal direction of the channel box 1 is set to 80% to 100% of the effective length of the fuel rod 2.
【００７０】（実施例５）
図１４〜図１６は、ＢＰ部材４の製造方法を示し、図示
していないが、同様にβ焼入れを行うものである。前記
ＢＰ部材４には、カドミウム（Ｃｄ），サマリウム（Ｓ
ｍ），ホウ素（Ｂ），ガドリニウム（Ｇｄ），銀（Ａ
ｇ），インジウム（Ｉｎ），ハフニウム（Ｈｆ）のうち
少なくとも一つが含有されており、それらは金属，合
金，金属間化合物またはセラミックスのいずれかの形態
と成っている。ＢＰ部材の中のＢＰ金属の含有量は、例
えば、ガドリニウムの場合、初期反応度を制御するため
のは、チャンネルボックスの総重量に対して２〜８ｗｔ
％必要である。また、Ｇｄ／Ｚry−４合金をＢＰ部材と
して使用する場合の合金成分の一例として、錫：１.２
０−１.７０，鉄：０.１８−０.２４ ，クロム：０.０
７−０.１３ ，酸素：０.１０−０.１６，ガドリニウ
ム：５−８０，ジルコニウム：残り（ｗｔ％）が挙げら
れる。この場合、ＢＰ部材の大きさ、個数によりガドリ
ニウムの割合は変化する。(Embodiment 5) FIGS. 14 to 16 show a method of manufacturing the BP member 4, which is not shown in the figure, but is similarly β-quenched. The BP member 4 includes cadmium (Cd), samarium (S
m), boron (B), gadolinium (Gd), silver (A
At least one of g), indium (In), and hafnium (Hf) is contained, and they are in the form of metal, alloy, intermetallic compound, or ceramic. For example, in the case of gadolinium, the content of the BP metal in the BP member is 2 to 8 wt% with respect to the total weight of the channel box for controlling the initial reactivity.
%is necessary. Further, as an example of alloy components when using Gd / Zry-4 alloy as a BP member, tin: 1.2
0-1.70, Iron: 0.18-0.24, Chromium: 0.0
7 -0.13, oxygen: 0.10-0.16, gadolinium: 5-80, zirconium: the remainder (wt%) can be mentioned. In this case, the ratio of gadolinium changes depending on the size and number of BP members.
【００７１】図１４の（１)(ａ）は、Ｚryよりも融点の
低いＢＰ金属（Ｇｄ，Ｃｄなど）の上にＺry粉末を置
き、ＢＰ金属の融点まで真空中で加熱し、ＢＰ金属をＺ
ry粉末の空隙に含侵させて、ＢＰ部材４を形成する方法
である。図１４の（１）(ｂ)は、逆に、Ｚry板あるいス
ポンジジルコニウムの上に、Ｚryよりも融点の高いＢＰ
金属あるいはＢＰ酸化物の粉末を配置してＺｒの融点以
上の温度(１８６０℃)まで真空中で加熱し、ＺryをＢＰ
粉末の空隙に含侵させて、ＢＰ部材４を形成する方法で
ある。In (1) (a) of FIG. 14, Zry powder is placed on a BP metal (Gd, Cd, etc.) having a melting point lower than that of Zry, and heated in vacuum to the melting point of the BP metal to remove the BP metal. Z
This is a method of forming the BP member 4 by impregnating the voids of the ry powder. On the contrary, (1) and (b) of FIG. 14 shows that BP having a higher melting point than Zry is formed on the Zry plate or sponge zirconium.
Place a powder of metal or BP oxide and heat it in a vacuum to a temperature above the melting point of Zr (1860 ° C), and set Zry to BP
This is a method of forming the BP member 4 by impregnating the voids of the powder.
【００７２】図１４の（２)(ａ）は、ＢＰ板材４をメッ
キ、あるいは、蒸着などによりＺryでコーテングする方
法であり、図１４の（２)(ｂ）は、これとは逆にＺry板
材をＢＰ金属でコーテングする方法である。14 (2) (a) is a method of coating the BP plate material 4 with Zry by plating or vapor deposition, and (2) (b) of FIG. This is a method of coating a plate material with BP metal.
【００７３】図１５は、ジルカロイでコーテングされた
ＢＰ部材４の製造工程示したものであって、図示される
ように、ＢＰ粉末とＺry粉末をＭＡ（Mecanical Alloin
g)法によって強加工を加え、ＢＰ（金属，酸化物）を過
飽和に固溶したＭＡ合金粉末とする。ＭＡ方法として
は、Fritsch 製遊星型ボールミルＰ−５／４を使用し、
ディスクの回転数を２００rpm に一定にし、Ａｒガス雰
囲気中、室温において１００〜１５０時間にわたって加
工を行う。その後、作製したＭＡ合金粉末を１,０００
℃ 以上でＨＩＰ（等方静水圧加工）により焼結し、図
１５に（Ａ）として示されているような焼結体のＢＰ部
材４を完成させる。該焼結体のＢＰ部材４を、更に、ジ
ルカロイでコーテングする場合には、Ｚry製容器６内に
該焼結体を入れ、真空封入した後、ＨＩＰにより押し固
めることによって、図１５に(Ｂ)として示されているよ
うなジルカロイでコーテングされたＢＰブロック材４を
製造することができる。このメカニカルアローイング法
を用いることにより、室温での固溶量以上のＢＰ金属、
および、ＢＰ酸化物をジルカロイ中に過飽和に固溶させ
ることが可能となる。FIG. 15 shows a manufacturing process of the BP member 4 coated with zircaloy. As shown in the figure, BP powder and Zry powder are mixed with MA (Mecanical Alloin).
g) method is subjected to heavy working to obtain a MA alloy powder in which BP (metal, oxide) is supersaturated as a solid solution. As the MA method, a planetary ball mill P-5 / 4 manufactured by Fritsch is used,
The number of rotations of the disk is kept constant at 200 rpm, and processing is carried out at room temperature in an Ar gas atmosphere for 100 to 150 hours. Then, the produced MA alloy powder was added to 1,000
Sintering is performed by HIP (isotropic isostatic pressing) at a temperature of not less than 0 ° C. to complete a BP member 4 of a sintered body as shown in FIG. When the BP member 4 of the sintered body is further coated with zircaloy, the sintered body is placed in a Zry container 6, vacuum-sealed, and then pressed by HIP to solidify it in FIG. It is possible to produce a BP block material 4 coated with zircaloy as shown as). By using this mechanical arrowing method, BP metal in a solid solution amount at room temperature or more,
Also, it becomes possible to form a supersaturated solid solution of BP oxide in zircaloy.
【００７４】図１６は、Ｚry粉末，ＢＰ金属粉末あるい
はＢＰ酸化物粉末を混合した粉体を押し固め、ブロック
状にした後、適当な低融点金属の液体に浸して、コーテ
ングされたＢＰブロック材７を製造する方法である。FIG. 16 shows a powder of a mixture of Zry powder, BP metal powder or BP oxide powder, which is pressed into a block and then immersed in a liquid of a suitable low melting point metal to form a coated BP block material. 7 is a method of manufacturing 7.
【００７５】前記記載のＢＰ部材４の製造方法以外に、
次のような方法もある。例えば、ジルカロイとＢＰ金属
をアーク溶解法などで溶解させて合金化する方法であ
る。またこの際、現用ジルカロイと比べ、機械的特性が
劣ることが考えられるため、強化するための添加元素を
添加する方が好ましい。In addition to the method of manufacturing the BP member 4 described above,
There are also the following methods. For example, a method of melting Zircaloy and BP metal by an arc melting method or the like to form an alloy. In this case, the mechanical properties may be inferior to those of the current Zircaloy. Therefore, it is preferable to add an additive element for strengthening.
【００７６】また、金属間化合物としてＢＰ金属をジル
カロイ中に析出させて、析出型合金を作る方法もある。
ジルコニウムと金属間化合物を作るＢＰ金属としては、
カドミウム，ホウ素，銀，インジウムなどが挙げられ
る。There is also a method of making a precipitation type alloy by precipitating BP metal as an intermetallic compound in zircaloy.
As the BP metal that makes an intermetallic compound with zirconium,
Cadmium, boron, silver, indium, etc. may be mentioned.
【００７７】以上、本発明のいくつかの実施形態につい
て詳説したが、本発明は、前記実施形態に限定されるも
のではなく、特許請求の範囲に記載された発明の精神を
逸脱しない範囲で、設計において種々の変更ができるも
のである。Although some embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, and within the scope not departing from the spirit of the invention described in the claims. Various changes can be made in the design.
【００７８】（実施例６）第５の実施形態として、前述
と同様にβ焼入れを行うとともに前記した如きＢＰ部材
４をチャンネルボックス１に埋め込む手段以外に、次の
方法がある。即ち、図１７に示されるように、他の金属
でコーテングされたＢＰ部材４を使用する場合には、該
ＢＰ部材４をチャンネルボックス１に埋め込まずに、そ
の側面に取付ける手段が考えられる。図１７（ａ)(ｂ）
は、前記コーテングされたＢＰ部材４がチャンネルボッ
クス１の外側面のコーナー近傍に長手方向に配置された
場合であり、図１８（ｂ）は、前記コーテングされたＢ
Ｐ部材４がチャンネルボックス１の外側面のコーナー部
に長手方向に配置された場合である。図１８（ａ）は、
コーテングされたＢＰ部材４がチャンネルボックス１の
内側面のコーナー近傍に長手方向に配置された場合であ
り、図１９は、ＢＰ部材４がチャンネルボックス１の内
側面のコーナー部に長手方向に配置された場合である。(Embodiment 6) As a fifth embodiment, there is the following method other than the means for carrying out β quenching as described above and embedding the BP member 4 in the channel box 1 as described above. That is, as shown in FIG. 17, when the BP member 4 coated with another metal is used, a means for attaching the BP member 4 to the side surface of the channel box 1 without embedding the BP member 4 is conceivable. 17 (a) (b)
18B is a case where the coated BP member 4 is arranged in the longitudinal direction near the corner of the outer surface of the channel box 1, and FIG. 18B shows the coated B member.
This is a case where the P member 4 is arranged in the longitudinal direction at the corner portion of the outer surface of the channel box 1. FIG. 18A shows
FIG. 19 shows a case where the coated BP member 4 is arranged in the longitudinal direction near the corner of the inner surface of the channel box 1, and FIG. 19 shows that the BP member 4 is arranged in the longitudinal direction in the corner portion of the inner surface of the channel box 1. That is the case.
【００７９】この場合のチャンネルボックス１へのＢＰ
部材４の取付け方法が図２０に示されている。該図２０
（ａ）は、ＢＰ部材４をジルカロイ製あるいはステンレ
ス製のリベット８を用いて取付ける方法である。この場
合、リベット８によって、ＢＰ部材４をチャンネルボッ
クス１の内外側のどちらに取付けてもよい。図２０
（ｂ）は、コーテングされたＢＰ部材４をチャンネルボ
ックス１の側面に直接溶接して取付ける方法である。BP to channel box 1 in this case
A method of attaching the member 4 is shown in FIG. FIG. 20
(A) is a method of mounting the BP member 4 using a rivet 8 made of zircaloy or stainless steel. In this case, the BP member 4 may be attached to either the inside or the outside of the channel box 1 by the rivets 8. Figure 20
(B) is a method of directly attaching the coated BP member 4 to the side surface of the channel box 1 by welding.
【００８０】更に、図２１は、ジルカロイ製あるいはス
テンレス製の固定具９によって、コーテングされたＢＰ
部材４を取付ける方法である。Further, FIG. 21 shows a BP coated with a fixture 9 made of zircaloy or stainless steel.
This is a method of attaching the member 4.
【００８１】（実施例７）図２２は、第６の実施形態と
して、前述と同様にβ焼入れを行うとともに、ウォータ
ロッド３内にコーテングされたＢＰ部材４を配備した場
合である。図２２に示されるようにウォータロッド３の
中に、コーテングされたＢＰ金属製の管１０を配置して
二重構造にした場合と、該ＢＰ金属管１０のさらに内側
にＺry製管１１を配置して三重構造にした場合がある。(Embodiment 7) FIG. 22 shows a sixth embodiment in which β-quenching is performed as described above and the coated BP member 4 is provided in the water rod 3. As shown in FIG. 22, a coated BP metal pipe 10 is arranged in the water rod 3 to form a double structure, and a Zry pipe 11 is arranged further inside the BP metal pipe 10. In some cases, it has a triple structure.
【００８２】（実施例８）前述の実施例１〜７ではチャ
ンネルボックスの板厚は全体が同じ厚さからなるもので
ある。第７の実施形態として、前述の実施例と同様に可
燃性毒物を有し、更にβ焼入れを行うもので、図２３及
び図２４に示すように角部が辺部に対して、厚肉にした
ものである。図２３及び図２４に示すチャンネルボック
スは前述のようにSUS304製マンドレルを挿入して熱処理
を行った後、マスキングして弗化水素と硝酸の混酸水溶
液による化学エッチング又は機械切削加工によって所定
の形状に成形加工され、角部２０に対して辺部２１が薄
肉となるようにしており、図２３に示すように筒体の外
側（ｂ）又は内側（ｃ）で凹にするものである。図２３
では薄肉部分は四辺形の四辺に対して同じ厚さとしてい
る。図２４では辺部の上下で異なった厚さとし、上部２
２で下部２３より薄肉としたものである。(Embodiment 8) In the above-mentioned Embodiments 1 to 7, the plate thickness of the channel box is the same throughout. As a seventh embodiment, as in the above-mentioned embodiment, the burnable poison is included and β-quenching is further performed. As shown in FIGS. 23 and 24, the corners are thicker than the sides. It was done. The channel box shown in FIGS. 23 and 24 is formed into a predetermined shape by inserting a SUS304 mandrel into the channel box as described above, heat-treating it, masking it, and performing chemical etching with a mixed acid solution of hydrogen fluoride and nitric acid or mechanical cutting. It is formed so that the side portion 21 is thinner than the corner portion 20, and is concave on the outside (b) or inside (c) of the cylindrical body as shown in FIG. FIG. 23
Then, the thin portion has the same thickness with respect to the four sides of the quadrangle. In FIG. 24, the upper and lower sides have different thicknesses from each other.
2 is thinner than the lower portion 23.
【００８３】また、この製造過程中のβ焼入れ後の冷間
圧延及び焼鈍（アニール）を省略することも可能であ
る。It is also possible to omit cold rolling and annealing (annealing) after β quenching during this manufacturing process.
【００８４】本実施例における構造については、長時間
の使用によるクリープ変形によって生じるふくれを防止
しようとするものである。また、本構造に対しても実施
例１〜３に記載の可燃性毒物を係合配置したジルコニウ
ム基合金がいずれも使用でき、同様に焼入れ処理を行う
ことによって照射成長による曲がりを防止される。The structure of this embodiment is intended to prevent blistering caused by creep deformation due to long-term use. Further, any of the zirconium-based alloys in which the burnable poisons described in Examples 1 to 3 are engaged and arranged can be used for this structure, and the quenching treatment is similarly performed to prevent bending due to irradiation growth.
【００８５】（実施例９）
図２５は、第８の実施形態であり、前述と同様にβ焼入
れを行うとともにＢＰ含有のＺry合金で作成したチャン
ネルボックス１である。チャンネルボックスの形状は、
図２５の（ａ)(ｂ）で示されるように、コーナー部の肉
厚を厚くすることにより、燃料集合体Ａのコーナー部の
局所ピーキング係数を効果的に抑制し、更に、中性子照
射下で生じるクリープ変形に起因するチャンネルボック
ス１のコーナー部の膨れ変形も同時に抑制することが可
能となり、目的は実施例８と同じである。また、表面を
ジルカロイなどの高耐食性合金でコーテングすることに
より、可燃性毒物が直接炉水に接することがなく、耐食
性を高めることができる。チャンネルボックスの全体を
Ｇｄ／Ｚry−４合金で作製する場合の合金成分の一例と
して、錫：１.２０−１.７０，鉄：０.１８−０.２４，
クロム：０.０７−０.１３ ，酸素：０.１０−０.１
６，ガドリニウム：２.０−８.０，ジルコニウム：残り
（ｗｔ％）が挙げられる。Example 9 FIG. 25 shows an eighth embodiment, which is a channel box 1 made of BP-containing Zry alloy while being β-quenched as described above. The shape of the channel box is
As shown in (a) and (b) of FIG. 25, by increasing the thickness of the corner portion, the local peaking coefficient of the corner portion of the fuel assembly A is effectively suppressed, and further, under neutron irradiation. The bulging deformation of the corner portion of the channel box 1 due to the generated creep deformation can be suppressed at the same time, and the purpose is the same as that of the eighth embodiment. Further, by coating the surface with a highly corrosion-resistant alloy such as Zircaloy, the burnable poison does not come into direct contact with the reactor water, and the corrosion resistance can be improved. As an example of alloy components when the entire channel box is made of Gd / Zry-4 alloy, tin: 1.20-1.70, iron: 0.18-0.24,
Chromium: 0.07 -0.13, oxygen: 0.10-0.1
6, gadolinium: 2.0-8.0, zirconium: the rest (wt%).
【００８６】（実施例１０）ジルコニウム合金板材とし
て、表１に示す合金組成を有する３種類のジルカロイを
使用し、表２に示す熱処理を施した。中性子照射を受け
て変形を受けるのはジルコニウムであり、可燃性毒物を
有しないジルコニウム基合金での中性子照射を行ったも
のである。Example 10 As the zirconium alloy plate material, three kinds of zircaloys having the alloy compositions shown in Table 1 were used, and the heat treatment shown in Table 2 was performed. Zirconium is deformed by neutron irradiation, which is the result of neutron irradiation with a zirconium-based alloy containing no combustible poison.
【００８７】いずれの合金も厚さ２.５mm の板材であ
り、受け入れ前に冷間圧延と６５０℃，２時間の焼鈍と
を繰り返し施されている。表２に示した熱処理Ｎo.２〜
４は、幅：２８０mm，長さ：４ｍの板材を高周波誘導コ
イルにて加熱するとともに、その下部に高周波誘導コイ
ルと同様に冷却用のノズルをコイル状に巻回して全周で
均一に水冷することにより行ったものである。パラメー
タＰは前述の式によって求めたものである。板幅の全体
を均一な温度に加熱するために板とコイルとの間隙が変
化しないようにコイルの上下部をローラによって左右，
前後で動ないようにするとともに、コイルを３ターンと
し、１ターンの加熱幅を１cm以上、好ましくは１.５ 〜
２cmとして加熱帯の幅を４cm以上となるように加熱温度
の均一化を図れるようにした。また、冷却には４０℃以
上の温水を用いて冷却による変形をなくし、均一な加熱
ができるようにした。本実施例における板材の変形は目
視では見られなかった。Each alloy was a plate material having a thickness of 2.5 mm, which was repeatedly subjected to cold rolling and annealing at 650 ° C. for 2 hours before being received. Heat treatment No. 2 shown in Table 2
In No. 4, a plate material having a width of 280 mm and a length of 4 m is heated by a high frequency induction coil, and a nozzle for cooling is wound in a coil shape in the lower part thereof similarly to the high frequency induction coil, and is uniformly water-cooled over the entire circumference. It was done by things. The parameter P is obtained by the above equation. In order to heat the entire width of the plate to a uniform temperature, the upper and lower parts of the coil are rolled by rollers so that the gap between the plate and the coil does not change,
In addition to not moving back and forth, the coil has 3 turns and the heating width of 1 turn is 1 cm or more, preferably 1.5-
The width of the heating zone was set to 2 cm, and the heating temperature was made uniform so that the width of the heating zone was 4 cm or more. In addition, for cooling, warm water of 40 ° C. or higher was used to eliminate deformation caused by cooling and to enable uniform heating. No deformation of the plate material in this example was visually observed.
【００８８】[0088]
【表１】 [Table 1]
【００８９】[0089]
【表２】 [Table 2]
【００９０】表３はＮo.１〜６熱処理材の（０００２）
面（（０００１）面と平行）のＦ値測定結果を示す。Ｆ
値測定方法は前述した反射及び透過Ｘ線回折法の組合わ
せによって測定される。Ｆｒは管状部材において表面に
対する垂直方向への配向率、Ｆｌは長手方向への配向
率、Ｆｔは円周方向への配向率である。Table 3 shows (0002) of No. 1-6 heat treated materials.
The F value measurement result of the plane (parallel to the (0001) plane) is shown. F
The value measurement method is a combination of the reflection and transmission X-ray diffraction methods described above. Fr is the orientation rate in the direction perpendicular to the surface of the tubular member, Fl is the orientation rate in the longitudinal direction, and Ft is the orientation rate in the circumferential direction.
【００９１】α＋β相温度範囲への加熱・冷却板材（熱
処理Ｎo.２）のＦ値は受け入れ材（熱処理Ｎo.１）とほ
ぼ等しいことから、α＋β相温度範囲への加熱・冷却で
は集合組織は変化しないことが分かる。β相温度範囲
（１０００℃）に１分間及び５秒保持後冷却した場合
(熱処理Ｎo.３，６)は受け入れ材に比べて、(０００２)
面のＦｒ値の減少、Ｆｌ，Ｆｔ値の増加が認められ、結
晶方位がランダム化する。しかし、中性子照射量≧１０
22(ｎ／cm2）の高照射域においても使用可能となる為の
目標値であるＦｒ値≦０.３５ を満足しない。１０００
℃で１０分間保持した場合（熱処理Ｎo.４）及び１２０
０℃まで加熱温度を高めた場合（熱処理Ｎo.５），（０
００２）面のＦ値は約０.３３ となり、結晶方位はほぼ
完全にランダム化することが分かる。前述したように、
Ｎo.４，５熱処理材は高照射域で、かつ部材内に中性子
照射量の不均一があっても、曲がり変形，伸び変形が生
じない。Since the F value of the heating / cooling plate material (heat treatment No. 2) to the α + β phase temperature range is almost the same as that of the receiving material (heat treatment No. 1), the texture is formed by heating / cooling to the α + β phase temperature range. You can see that it does not change. When cooled in the β-phase temperature range (1000 ° C) for 1 minute and 5 seconds
(Heat treatment No.3,6) is (0002)
A decrease in the Fr value and an increase in the Fl and Ft values on the surface are observed, and the crystal orientation becomes random. However, neutron dose ≧ 10
The Fr value ≤0.35 which is the target value for enabling the use even in the high irradiation range of 22 (n / cm 2 ) is not satisfied. 1000
When kept at ℃ for 10 minutes (heat treatment No.4) and 120
When the heating temperature is raised to 0 ° C (heat treatment No. 5), (0
The F value of the (002) plane is about 0.33, and it can be seen that the crystal orientation is almost completely randomized. As previously mentioned,
No. 4 and 5 heat-treated materials do not undergo bending deformation or elongation deformation even in the high irradiation region and even if the neutron irradiation amount is non-uniform within the member.
【００９２】[0092]
【表３】 [Table 3]
【００９３】図２６は高速中性子照射量と照射成長量と
の関係を示す線図である。図に示す如く、Ｆｌ値が０.
３ 以下では中性子照射量の増加とともに急激にひずみ
が増加するが、０.３以上では照射を受けてもひずみは
飽和し、増加しないことが分る。特に、Ｆｌ＝０.３３
のものは〈０００１〉結晶方位が実質的にランダムに配
向しているので、法線方向，長手方向及び板厚方向にお
けるひずみが各結晶間で互いに相殺されるため燃焼度６
０ＧＷｄ／ｔで、４ｍの長さにおいて１mm以下と全く生
じない。Ｆｌ＝０.３のものは照射量１０22ｎ／cm2まで
は照射成長量は２mm以下と小さいが、それ以上のＦｌの
ものでは中性子照射量では徐々に成長が多くなる。FIG. 26 is a diagram showing the relationship between the amount of fast neutron irradiation and the amount of irradiation growth. As shown in the figure, the Fl value is 0.
It can be seen that under 3 or less, the strain sharply increases with the increase of the neutron irradiation amount, but under 0.3 or more, the strain saturates even if it receives the irradiation, and it does not increase. In particular, Fl = 0.33
Since the <0001> crystal orientation is substantially randomly oriented, strains in the normal direction, the longitudinal direction and the plate thickness direction cancel each other out between the crystals, so
At 0 GWd / t, it does not occur at all at 1 mm or less at a length of 4 m. With Fl = 0.3, the irradiation growth amount is as small as 2 mm or less up to the irradiation dose of 10 22 n / cm 2 , but with Fl of more than that, the growth gradually increases with the neutron irradiation dose.
【００９４】図２７はＦｌ値と、燃焼度３６，４５及び
６０ＧＷｄ／ｔに相当する照射による照射成長量との関
係を示す線図である。Ｆｌ値の低下とともにひずみが急
激に増加する。特に、Ｆｌ＝０.３３の照射成長量はゼ
ロで、Ｆｌ＝０.３の約７分の１以下と著しく少ない。
また、Ｆｌ＝０.３はＦｌ＝０.２３の約３分の１以下と
著しく少ない。しかし、Ｆｌ＝０.２３はＦｌ＝０.１６
の約半分、Ｆｌ＝0.16はＦｌ＝０.０９の約半分であ
る。FIG. 27 is a diagram showing the relationship between the Fl value and the irradiation growth amount by irradiation corresponding to burnups of 36, 45 and 60 GWd / t. The strain sharply increases as the Fl value decreases. In particular, the irradiation growth amount at Fl = 0.33 is zero, which is remarkably small, about 1/7 or less of Fl = 0.3.
Further, Fl = 0.3 is remarkably small, which is about one-third or less of that of Fl = 0.23. However, Fl = 0.23 is Fl = 0.16
About half, and Fl = 0.16 is about half of Fl = 0.09.
【００９５】図２８は、βＺｒ結晶粒径と（０００２）
面のＦｌ値との関係を示す。結晶粒径２００μｍ以上に
βＺｒ結晶粒が成長することによって、Ｆｌ値０.３３
以下の集合組織が形成されることが分かる。FIG. 28 shows the βZr crystal grain size and (0002).
The relationship with the Fl value of the surface is shown. When the βZr crystal grains grow to have a grain size of 200 μm or more, the Fl value is 0.33.
It can be seen that the following texture is formed.
【００９６】結晶粒を成長させることによって（０００
２）面の結晶方位をランダム化することができるが、そ
の方位のランダム化の度合としてＦｌ値０.３０ で約７
５％であり、そのときの粒径は約１００μｍである。１
５０μｍ以上の大きさの結晶粒径とすることにより約８
０％以上にランダム化され、Ｆｌ値で０.３１０ とな
る。更にＦｌ値０.３３ でのランダム率は約９０％以上
となり、そのときの結晶粒径は約２５０μｍ以上とな
る。By growing grains (000
2) The crystallographic orientation of the plane can be randomized, but the degree of randomization of the orientation is approximately 7 with an Fl value of 0.30.
5%, and the particle size at that time is about 100 μm. 1
About 8 by setting the crystal grain size to 50 μm or more
It is randomized to 0% or more, and the Fl value becomes 0.310. Further, the random rate at the Fl value of 0.33 is about 90% or more, and the crystal grain size at that time is about 250 μm or more.
【００９７】図２９はβＺｒ結晶粒径と燃焼度６０ＧＷ
ｄ／ｔに相当する高速中性子照射による照射成長量との
関係を示す線図である。図より、粒径９０μｍ以上で成
長量がゼロで著しく低い。５０μｍで成長量が２mm以下
で、特に、３５μｍ以下では急激に成長量が大きくな
る。６０μｍ以上で１mm以下の成長量で、優れた特性が
得られる。FIG. 29 shows βZr crystal grain size and burnup of 60 GW.
It is a diagram which shows the relationship with the irradiation growth amount by the fast neutron irradiation which is equivalent to d / t. From the figure, it is remarkably low that the growth amount is zero when the particle size is 90 μm or more. At 50 μm, the growth amount is 2 mm or less, and particularly at 35 μm or less, the growth amount rapidly increases. Excellent characteristics are obtained with a growth amount of 60 μm or more and 1 mm or less.
【００９８】表中のパラメータＰ＝(３.５５＋logｔ）
×log（Ｔ−９８０）と照射成長ひずみとの関係から、
特に１０００℃での熱処理ではＰが０.５ 以上で照射成
長ひずみが急激に小さくなり、更に０.５〜３.５までは
徐々に小さくなり、３.５ 以上ではほぼ一定となり零に
近い。Ｐが３.５ 未満では照射成長が起こるが、それ以
上ではほとんど起こらない。特に、１.５以上で効果が
大きく、３.２〜５が好ましい。Parameter P = (3.55 + logt) in the table
From the relationship between xlog (T-980) and irradiation growth strain,
In particular, in the heat treatment at 1000 ° C., the irradiation growth strain sharply decreases when P is 0.5 or more, and further gradually decreases from 0.5 to 3.5, and becomes substantially constant at 3.5 or more and is close to zero. Irradiation growth occurs when P is less than 3.5, but it hardly occurs above P. Particularly, the effect is large when it is 1.5 or more, and 3.2 to 5 is preferable.
【００９９】図３０は、各温度と保持時間における表１
及び表４に示す合金のＦｌ値の関係を示す線図である。
図に示すように９８０℃未満ではＦｌ値が０.２０ 以下
となり〈０００２〉方向の結晶方位がランダムなものが
得られにくい。しかし、980℃で、１１秒（１０００℃
で１０.５ 秒）以上加熱又は１２４０℃以上で１.１秒
以上でこれらの点を結ぶ線上以上で加熱すればＦｌ値と
して０.２５ を越えるものが得られ、よりランダム度の
高いものが得られる。また、９８０℃以上で６秒以上及
び１２４０℃以上で６秒以上で、これらの点を結ぶ線上
以上で加熱すればＦｌ値が０.２０より大きく０.２５以
下のものが得られる。この線上より低いものはＦｌ値が
０.２０ 以下となりランダム度が低く伸び量に対する効
果が小さい。FIG. 30 shows Table 1 at each temperature and holding time.
5 is a diagram showing the relationship between the Fl values of the alloys shown in Table 4 and FIG.
As shown in the figure, when the temperature is lower than 980 ° C., the Fl value is 0.20 or less, and it is difficult to obtain a crystal orientation with random <0002> directions. However, at 980 ° C for 11 seconds (1000 ° C
Heating for 10.5 seconds or more or heating at 1240 ° C or more for 1.1 seconds or more on the line connecting these points gives a Fl value of more than 0.25, and one with a higher randomness is obtained. can get. Further, if heating is performed at 980 ° C. or higher for 6 seconds or longer and 1240 ° C. or higher for 6 seconds or longer, and above the line connecting these points, a Fl value of more than 0.20 and 0.25 or less can be obtained. Those lower than this line have a Fl value of 0.20 or less, a low degree of randomness and a small effect on the amount of elongation.
【０１００】[0100]
【表４】 [Table 4]
【０１０１】以上のように、結晶方位を完全にランダム
に出来れば中性子照射による照射成長ひずみは生じない
が、実際のチャンネルボックスは四角の筒体であり、一
辺が１４０mmとなっており、特に対向面でのＦ値が完全
に同じに成形するのがむずかしい。前述の照射成長ひず
みはＦ値の違いによるものであるが、チャンネルボック
スでの問題は曲がりである。その曲がりは特に対向面同
志のＦ値の違いによって生じる。前述の熱処理条件を変
えて対向面でのＦ値にほんのわずかの違いを形成して曲
がりの量を測定した。As described above, if the crystal orientation can be made completely random, irradiation growth strain due to neutron irradiation will not occur, but the actual channel box is a square cylinder, and one side is 140 mm, and in particular, it faces each other. It is difficult to mold the F values on the surface to be exactly the same. The irradiation growth strain described above is due to the difference in F value, but the problem in the channel box is bending. The bending is caused especially by the difference in F value between the opposing surfaces. The amount of bending was measured by changing the above-mentioned heat treatment conditions to form a slight difference in the F value on the facing surface.
【０１０２】図３１は４ｍの長さの長手方向のＦ値(Ｆ
ｌ)と対向面でのＦｌ値の差のΔＦｌの違いによる曲が
りの量を示す線図である。曲がり量は燃焼度として３５
ＧＷｄ／ｔでのものであり、曲がりの限界値の２.１６m
m はチャンネルボックスと制御棒との間隙での許容値を
示すものである。図に示すように、各Ｆｌ値に応じて
２.１６mm の曲がりに達する対向面でのΔＦｌ値は結晶
方位をランダム化するに従って大きくできることが分
る。特に、ΔＦｌとして、対向面のＦｌ値を複数個所、
特に好ましくは４個所以上を均等に分割してその部分の
平均のＦｌ値を求めて、その平均Ｆｌ値の差を測定する
のが好ましい。FIG. 31 shows the F value (F
1) is a diagram showing the amount of bending due to the difference in ΔFl of the difference between the Fl values on (1) and the facing surface. The amount of bending is 35 as burnup.
It is for GWd / t, and the bending limit is 2.16 m.
m is the allowable value in the gap between the channel box and the control rod. As shown in the figure, it can be seen that the ΔFl value on the facing surface which reaches the bending of 2.16 mm according to each Fl value can be increased as the crystal orientation is randomized. In particular, as ΔFl, the Fl value of the facing surface is set at a plurality of places,
Particularly preferably, it is preferable to divide the four or more portions evenly to obtain the average Fl value of the portion, and measure the difference between the average Fl values.
【０１０３】図３２はＦｌ値と３５ＧＷｄ／ｔの燃焼度
での曲がりの限界値に対する周方向の対向面でのＦｌ値
の差（ΔＦｌ）との関係を示す線図である。Ｆｌ値に対
して許容されるΔＦｌ値は比例しており、縦軸ΔＦｌを
ｙとし、横軸Ｆｌをｘとすると、線図はｙ＝０.０９３
５ｘ−０.００５８５で表わされ、線図より下にする均
一な熱処理を施すことによって曲がりの限界内にするこ
とができる。そして、本実施例で示すチャンネルボック
スに必要な板厚，板幅及び長さに対して全体で均一な温
度で加熱するには前述のように誘導加熱コイルのターン
数と加熱帯の幅，冷却速度の適正化及び板とコイルとの
間隙の均一化が必要である。FIG. 32 is a diagram showing the relationship between the Fl value and the difference (ΔFl) in the Fl value on the opposing surfaces in the circumferential direction with respect to the bending limit value at the burnup of 35 GWd / t. The allowable ΔFl value is proportional to the Fl value, and when the vertical axis ΔFl is y and the horizontal axis Fl is x, the diagram is y = 0.093.
It is represented by 5x-0.00585, and can be made within the bending limit by applying a uniform heat treatment below the diagram. Then, in order to heat at a uniform temperature as a whole with respect to the plate thickness, plate width and length required for the channel box shown in this embodiment, as described above, the number of turns of the induction heating coil, the width of the heating zone and the cooling are set. It is necessary to optimize the speed and make the gap between the plate and the coil uniform.
【０１０４】また、チャンネルボックスは水圧によって
クリープ変形を起こし、膨れ変形を生じる。膨れ変形は
燃料度が更に大きくなるときに生じ、特に、６０ＧＷｄ
／ｔでは曲がり量と膨れ量とを考慮しなければならな
い。Further, the channel box undergoes creep deformation due to water pressure and swelling deformation. The bulge deformation occurs when the fuel level becomes higher, especially at 60 GWd.
In / t, the amount of bending and the amount of bulging must be taken into consideration.
【０１０５】表５及び表６は６０ＧＷｄ／ｔでのチャン
ネルの曲がり量（mm）のＦｌ及びΔＦｌ依存性を示すも
のである。尚、膨れ量を考慮すると曲がり量を１.１７m
m以下にすることが好ましく、Ｆｌを０.３０〜０.３
５，ΔＦｌを０.００６ 以下がよい。Tables 5 and 6 show Fl and ΔFl dependence of the bending amount (mm) of the channel at 60 GWd / t. In consideration of the amount of swelling, the bending amount is 1.17 m.
It is preferable to set it to m or less, and Fl is 0.30 to 0.3.
5, ΔFl is preferably 0.006 or less.
【０１０６】[0106]
【表５】 [Table 5]
【０１０７】[0107]
【表６】 [Table 6]
【０１０８】[0108]
【発明の効果】以上の説明から理解できるように、本発
明のプルトニウムを混入した燃料集合体(ＭＯＸ燃料集
合体)は、燃料棒内部に中性子吸収材又は可燃性毒物を
混入することなく、余剰反応度を適切に抑制することが
でき、かつ燃料集合体ジルカロイ部材の結晶方位をラン
ダム化出来るので中性子照射量が１０22（ｎ／cm2 ）を
超える高照射環境下で使用しても、照射成長に起因する
曲がり変形が生ぜず、シヤフリングのミニマム化を図る
ことができる。その結果、燃料集合体ジルコニウム部材
の長期間使用の高燃焼度原子炉への対応可能となり、使
用済み燃料廃棄物低減に寄与できる。また、耐食性も向
上し、熱クリープ変形による膨らみの変形を押え漏れ流
量を低減でき、燃料集合体ジルコニウム部材の信頼性向
上に寄与できる。As can be understood from the above description, the plutonium-mixed fuel assembly of the present invention (MOX fuel assembly) is a surplus without mixing the neutron absorber or combustible poison inside the fuel rod. Since the reactivity can be appropriately suppressed and the crystal orientation of the fuel assembly zircaloy member can be randomized, irradiation is possible even in a high irradiation environment where the neutron irradiation dose exceeds 10 22 (n / cm 2 ). The bending deformation caused by the growth does not occur, and the shuffling can be minimized. As a result, the fuel assembly zirconium member can be used for a high burnup nuclear reactor that is used for a long period of time, and can contribute to reduction of spent fuel waste. Further, the corrosion resistance is also improved, the deformation of the bulge due to the thermal creep deformation can be suppressed, the leakage flow rate can be reduced, and the reliability of the fuel assembly zirconium member can be improved.
【０１０９】また、可燃性毒物を燃料に混入しないの
で、燃料集合体当たりのプルトニウム装荷量を減少させ
ることなく、プルトニウムの軽水炉利用が実現できる。Further, since the burnable poison is not mixed into the fuel, the utilization of plutonium in a light water reactor can be realized without reducing the plutonium loading amount per fuel assembly.
【０１１０】更に、ペレット富化度種類を増加すること
なく、燃料集合体の外周部分の局所ピーキングを効果的
に低減することが可能になり、これにより、燃料集合体
を構成するペレットの富化度種類を減少させることがで
きる。Further, it becomes possible to effectively reduce the local peaking of the outer peripheral portion of the fuel assembly without increasing the number of types of enrichment of pellets, whereby the pellets constituting the fuel assembly are enriched. The number of types can be reduced.
【０１１１】更にまた、可燃性毒物をチャンネルボック
ス内に埋設、もしくは、可燃性毒物をジルカロイ等の金
属でコーテングしたことによって、可燃性毒物自体腐食
及びチャンネルボックスと可燃性毒物との間の隙間腐食
やガルバニック腐食が生じなくなると共に、該可燃性毒
物自体が直接炉水に接することがないので、該可燃性毒
物の炉水内への溶出を防止できる。Furthermore, by embedding the burnable poison in the channel box or coating the burnable poison with a metal such as zircaloy, corrosion of the burnable poison itself and crevice corrosion between the channel box and the burnable poison are caused. Since galvanic corrosion does not occur and the burnable poison itself does not come into direct contact with the reactor water, the burnable poison can be prevented from being eluted into the reactor water.
【図１】本発明の第１の実施形態のＢＰ部材埋め込み型
（コーナー近傍）のチャンネルボックスの断面図と側面
図。FIG. 1 is a cross-sectional view and a side view of a BP member embedded type (near corners) channel box according to a first embodiment of the present invention.
【図２】本発明の第２の実施形態のＢＰ部材埋め込み型
（コーナー部）のチャンネルボックスの断面図と側面
図。FIG. 2 is a cross-sectional view and a side view of a BP member embedded type (corner section) channel box according to a second embodiment of the present invention.
【図３】図１，図２の実施形態のチャンネルボックスの
製造工程（前段行程）を示す構成図。FIG. 3 is a configuration diagram showing a manufacturing process (first stage process) of the channel box of the embodiment shown in FIGS. 1 and 2;
【図４】図１，図２の実施形態のチャンネルボックスの
製造工程（後段行程）を示す構成図。FIG. 4 is a configuration diagram showing a manufacturing process (post-stage process) of the channel box of the embodiment shown in FIGS.
【図５】図１，図２の実施形態のチャンネルボックスの
他の製造工程を示す構成図。5 is a configuration diagram showing another manufacturing process of the channel box of the embodiment of FIGS. 1 and 2. FIG.
【図６】ジルコニウム基合金板の焼入れ装置の斜視図。FIG. 6 is a perspective view of a quenching device for a zirconium-based alloy plate.
【図７】焼料集合体の断面図。FIG. 7 is a cross-sectional view of a burned material aggregate.
【図８】本発明の第３の実施形態のＢＰ部材埋め込み型
（コーナー部）のチャンネルボックスの断面図と斜視
図。8A and 8B are a sectional view and a perspective view of a channel box of a BP member embedded type (corner portion) according to a third embodiment of the present invention.
【図９】本発明の第４の実施形態のＢＰ部材埋め込み型
（コーナー近傍）のチャンネルボックスの断面図と斜視
図。9A and 9B are a sectional view and a perspective view of a BP member embedded type (near corners) channel box according to a fourth embodiment of the present invention.
【図１０】本発明の他の実施形態のＢＰ部材のチャンネ
ルボックスへの配置構造を示す側面図。FIG. 10 is a side view showing an arrangement structure of a BP member in a channel box according to another embodiment of the present invention.
【図１１】本発明の更に他の実施形態のＢＰ部材のチャ
ンネルボックスへの配置構造を示す側面図。FIG. 11 is a side view showing an arrangement structure of a BP member in a channel box according to still another embodiment of the present invention.
【図１２】炉心軸方向の出力分布図。FIG. 12 is a power distribution diagram in the core axis direction.
【図１３】本発明の更に他の実施形態のＢＰ部材のチャ
ンネルボックスへの配置構造を示す側面図。FIG. 13 is a side view showing an arrangement structure of a BP member in a channel box according to still another embodiment of the present invention.
【図１４】本発明のＢＰ部材の構造を示す図。FIG. 14 is a diagram showing a structure of a BP member of the present invention.
【図１５】本発明のＢＰ部材の製造工程を示す構成図。FIG. 15 is a configuration diagram showing a manufacturing process of a BP member of the present invention.
【図１６】本発明のＢＰ部材の他の製造工程を示す構成
図。FIG. 16 is a configuration diagram showing another manufacturing process of the BP member of the present invention.
【図１７】本発明の他の実施形態のＢＰ部材（コーナー
近傍）のチャンネルボックスの断面図と側面図。FIG. 17 is a sectional view and a side view of a channel box of a BP member (near the corner) according to another embodiment of the present invention.
【図１８】本発明の更に他の実施形態のＢＰ部材のチャ
ンネルボックスの断面図と側面図。FIG. 18 is a sectional view and a side view of a channel box of a BP member according to still another embodiment of the present invention.
【図１９】本発明の更に他の実施形態のＢＰ部材のチャ
ンネルボックスの断面図と側面図。FIG. 19 is a sectional view and a side view of a channel box of a BP member according to still another embodiment of the present invention.
【図２０】本発明のＢＰ部材のチャンネルボックスへの
取付構造を示す断面図と側面図。20A and 20B are a sectional view and a side view showing a mounting structure of a BP member of the present invention to a channel box.
【図２１】本発明のＢＰ部材のチャンネルボックスへの
他の取付構造を示す断面図と側面図。FIG. 21 is a sectional view and a side view showing another mounting structure of the BP member of the present invention to the channel box.
【図２２】本発明のＢＰ部材のウオータロッドへの取付
構造を示す斜視図。FIG. 22 is a perspective view showing a mounting structure of a BP member of the present invention to a water rod.
【図２３】本発明の更に他の実施形態のＢＰ部材のチャ
ンネルボックスの断面図と斜視図。FIG. 23 is a sectional view and a perspective view of a channel box of a BP member according to still another embodiment of the present invention.
【図２４】本発明の更に他の実施形態のＢＰ部材のチャ
ンネルボックスの斜視図。FIG. 24 is a perspective view of a channel box of a BP member according to still another embodiment of the present invention.
【図２５】本発明のＢＰ含有のジルコニウム合金製のチ
ャンネルボックスの斜視図。FIG. 25 is a perspective view of a channel box made of a BP-containing zirconium alloy of the present invention.
【図２６】照射成長ひずみに及ぼす高速中性子照射量、
並びにＦｌ値の影響を示す線図。FIG. 26: Fast neutron irradiation dose on irradiation growth strain,
Also, a diagram showing the influence of the Fl value.
【図２７】照射成長ひずみとＦｌ値との関係を示す線
図。FIG. 27 is a diagram showing the relationship between irradiation growth strain and Fl value.
【図２８】Ｆｌ値とβＺｒ結晶粒との関係を示す線図。FIG. 28 is a diagram showing the relationship between the Fl value and βZr crystal grains.
【図２９】照射成長ひずみとＺｒ結晶粒径との関係を示
す線図。FIG. 29 is a diagram showing the relationship between irradiation growth strain and Zr crystal grain size.
【図３０】照射成長ひずみと焼入温度と保持時間との関
係を示す線図。FIG. 30 is a diagram showing the relationship between irradiation growth strain, quenching temperature, and holding time.
【図３１】ΔＦｌ値と曲がり量との関係を示す線図。FIG. 31 is a diagram showing the relationship between the ΔF1 value and the amount of bending.
【図３２】Ｆｌ値とΔＦｌとの関係を示す線図。FIG. 32 is a diagram showing the relationship between the Fl value and ΔFl.
【図３３】中性子照射量の伴う制御価値の変化を示す
図。FIG. 33 is a diagram showing changes in control value with neutron irradiation dose.
【図３４】可燃性毒物，中性子吸収材の中性子吸収断面
積と中性子エネルギーとの関係を示す線図。FIG. 34 is a diagram showing the relationship between neutron energy and neutron absorption cross sections of burnable poisons and neutron absorbers.
【図３５】燃料集合体での熱中性子束分布図。FIG. 35 is a thermal neutron flux distribution map in the fuel assembly.
１…チャンネルボックス、２，１１…燃料棒、３…ウォ
ータロッド、４…ＢＰ部材、１２…スペーサ。1 ... Channel box, 2, 11 ... Fuel rod, 3 ... Water rod, 4 ... BP member, 12 ... Spacer.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中島 潤二郎 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式 会社 日立製作所 日立工場内 (56)参考文献 特開 昭59−79196（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−72087（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−180983（ＪＰ，Ａ) 特開 昭46−11810（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−29570（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−9168（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−312978（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−80170（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−119650（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−10257（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G21C 3/30 G23K 20/04 B21B 1/22 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Junjiro Nakajima 3-1, 1-1 Sachimachi, Hitachi City, Ibaraki Hitachi Ltd. Hitachi factory (56) References JP-A-59-79196 (JP, A) Kai 59-72087 (JP, A) JP 58-180983 (JP, A) JP 46-11810 (JP, A) JP 8-29570 (JP, A) JP 7-9168 ( JP, A-5) JP-A-5-312978 (JP, A) JP-A-5-80170 (JP, A) JP-A-1-119650 (JP, A) JP-A-10-10257 (JP, A) (58) ) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G21C 3/30 G23K 20/04 B21B 1/22
Claims (6)
料棒を複数本配列した燃料棒束と、該燃料棒束を囲むＳ
ｎ５重量％以下及び／又はＮｂ５重量％以下を含有し９
０重量％以上のＺｒを有するジルコニウム基合金からな
るチャンネルボックス及び、該チャンネルボックスに配
備された可燃性毒物（ＢＰ）を含有するＢＰ部材とを備
えた燃料集合体において、該ジルコニウム基合金の六方
晶Ｚｒの〈０００１〉結晶方位の板長さ方向の配向率
（Ｆｌ値）が０.２０〜０.３５であり、該ＢＰ部材がジ
ルコニウム又はジルコニウム基合金にガドリニウムを添
加した合金よりなり、該ＢＰ部材が炉水に接しないよう
に該チャンネルボックスの内部に設けられており、前記
チャンネルボックスは前記ジルコニウム基合金で前記Ｂ
Ｐ部材を挟み込んで圧延により一枚板にされていること
を特徴とする燃料集合体。1. A fuel rod bundle in which a plurality of nuclear fuel rods containing uranium or plutonium are arranged, and S surrounding the fuel rod bundle.
Containing n5 wt% or less and / or Nb5 wt% or less 9
In a fuel assembly including a channel box made of a zirconium-based alloy having 0% by weight or more of Zr, and a BP member containing a burnable poison (BP) disposed in the channel box, a hexagonal shape of the zirconium-based alloy. The orientation factor (Fl value) of the <0001> crystal orientation of the crystal Zr in the plate length direction is 0.20 to 0.35, and the BP member is made of zirconium or an alloy obtained by adding gadolinium to a zirconium-based alloy, BP member is provided inside of the channel box so as not to contact the reactor water, the
The channel box is made of the zirconium-based alloy and the B
A fuel assembly in which a P member is sandwiched and rolled into a single plate .
以下を含有し９０重量％以上のＺｒを有するジルコニウ
ム基合金からなる素材板にへこみを設け、該へこみに可
燃性毒物（ＢＰ）を含有するＢＰ部材を係合配置し、該
ＢＰ部材が埋め込まれるようにＳｎ５重量％以下及び／
又はＮｂ５重量％以下を含有し９０重量％以上のＺｒを
有するジルコニウム基合金からなる他の一枚の素材板で
覆い、熱間圧延もしくはホットプレスして接合後、冷間
圧延とアニールとを繰り返して一枚板にし、その後、該
板を連続的に移動させながらβ相単相温度領域に加熱し
て冷却するβ焼入れを施して六方晶ジルコニウムの結晶
方位をランダムにし、該β焼入れ後に冷間圧延とアニー
ルを行ってβＺｒ結晶粒内の亜粒界を除去し、その後チ
ャンネルボックスの形状にするための曲げ加工と溶接を
行い、最終的にオートクレーブ処理によって表面に酸化
皮膜を形成するようにしたチャンネルボックスの製造方
法であって、前記ＢＰ部材がジルコニウム又はジルコニ
ウム基合金にガドリニウムを添加した合金よりなること
を特徴とするチャンネルボックスの製造方法。2. Sn 5 wt% or less and / or Nb 5 wt%
A material plate made of a zirconium-based alloy containing 90% by weight or more of Zr is provided with a dent, a BP member containing a burnable poison (BP) is engaged with the dent, and the BP member is embedded. As below Sn 5 wt% and /
Or, it is covered with another material plate made of a zirconium-based alloy containing 5% by weight or less of Nb and 90% by weight or more of Zr, and after hot-rolling or hot-pressing bonding, cold-rolling and annealing are repeated. To a single plate, and then continuously moving the plate to heat it in the β-phase single-phase temperature region to cool it, β-quenching is performed to make the crystal orientation of hexagonal zirconium random, and after the β-quenching, it is cold. Rolling and annealing were performed to remove subgrain boundaries in βZr crystal grains, and then bending and welding were performed to form the channel box shape, and finally an oxide film was formed on the surface by autoclave treatment. A method for manufacturing a channel box, characterized in that the BP member is made of zirconium or an alloy obtained by adding gadolinium to a zirconium-based alloy. Method of manufacturing a mailbox.
以下を含有し９０重量％以上のＺｒを有するジルコニウ
ム基合金からなる２枚の素材板により、可燃性毒物（Ｂ
Ｐ）を含有するＢＰ部材を挟み、熱間圧延を施して熱圧
着した後、冷間圧延とアニールとを繰り返して一枚板に
し、その後、該板を連続的に移動させながらβ相単相温
度領域に加熱して冷却するβ焼入れを施して六方晶ジル
コニウムの結晶方位をランダムにし、該β焼入れ後に冷
間圧延とアニールを行ってβＺｒ結晶粒内の亜粒界を除
去し、その後チャンネルボックスの形状にするための曲
げ加工と溶接を行い、最終的にオートクレーブ処理によ
って表面に酸化皮膜を形成するようにしたチャンネルボ
ックスの製造方法であって、前記ＢＰ部材がジルコニウ
ム又はジルコニウム基合金にガドリニウムを添加した合
金よりなることを特徴とするチャンネルボックスの製造
方法。3. Sn 5 wt% or less and / or Nb 5 wt%
A burnable poison (B) is formed by two material plates containing a zirconium-based alloy containing the following and having Zr of 90% by weight or more.
After sandwiching a BP member containing P), hot-rolling and thermocompression bonding, cold rolling and annealing are repeated to form a single plate, and then β plate single phase while continuously moving the plate. Β-quenching for heating and cooling in a temperature range is performed to randomize the crystal orientation of hexagonal zirconium, and after the β-quenching, cold rolling and annealing are performed to remove subgrain boundaries in βZr crystal grains, and then a channel box Is a method for manufacturing a channel box in which bending and welding are performed to form the shape, and finally an oxide film is formed on the surface by autoclave treatment, wherein the BP member contains zirconium or a zirconium-based alloy with gadolinium. A method of manufacturing a channel box, which comprises an added alloy.
料棒、該燃料棒を複数本収納するチャンネルボックス、
該チャンネルボックス内の前記燃料棒の間を仕切るスペ
ーサ、前記チャンネルボックスの上部及び下部に設けら
れた上部格子板及び下部格子板を備え、該チャンネルボ
ックスがＳｎ５重量％以下及び／又はＮｂ５重量％以下
を含有し９０重量％以上のＺｒを有するジルコニウム基
合金により構成され、該チャンネルボックスに可燃性毒
物（ＢＰ）を含有するＢＰ部材を配備した燃料集合体に
おいて、該ジルコニウム基合金の六方晶Ｚｒの〈０００
１〉結晶方位の長手方向の配向率（Ｆｌ値）が０.２０
〜０.３５であり、チャンネルボックス対向面での前記
Ｆｌ値の差が０.０２５ 以下であり、該ＢＰ部材がジル
コニウム又はジルコニウム基合金にガドリニウムを添加
した合金よりなり、該ＢＰ部材が炉水に接しないように
該チャンネルボックスの内部に設けられており、前記チ
ャンネルボックスは前記ジルコニウム基合金で前記ＢＰ
部材を挟み込んで圧延により一枚板にされていることを
特徴とする燃料集合体。4. A fuel rod having fuel pellets contained in a fuel cladding tube, a channel box containing a plurality of the fuel rods,
A spacer for partitioning the fuel rods in the channel box, an upper lattice plate and a lower lattice plate provided above and below the channel box, wherein the channel box is Sn 5 wt% or less and / or Nb 5 wt% or less. A zirconium-based alloy containing 90% by weight or more of Zr and having a BP member containing a burnable poison (BP) in the channel box, a hexagonal Zr of the zirconium-based alloy <000
1> Longitudinal orientation ratio (Fl value) of crystal orientation is 0.20
.About.0.35, the difference between the Fl values on the surface facing the channel box is 0.025 or less, the BP member is made of zirconium or an alloy containing gadolinium added to a zirconium-based alloy, and the BP member is made of reactor water. Is provided inside the channel box so as not to come into contact with
The channel box is made of the zirconium-based alloy and is made of the BP.
A fuel assembly in which members are sandwiched and rolled into a single plate .
が重量％で錫１.２０−１.７０％，鉄０.１８−０.２４
％，クロム０.０７−０.１３％，酸素０.１０−０.１６
％，ガドリニウム５−８０％，ジルコニウム残部からな
ることを特徴とする燃料集合体。5. The BP member according to claim 1 or 4, wherein the weight percentage of tin is 1.20-1.70%, and the iron content is 0.18-0.24.
%, Chromium 0.07-0.13%, oxygen 0.10-0.16
%, Gadolinium 5-80%, and the balance zirconium.
が重量％で錫１.２０−１.７０％，鉄０.１８−０.２４
％，クロム０.０７−０.１３％，酸素０.１０−０.１６
％，ガドリニウム５−８０％，ジルコニウム残部からな
ることを特徴とするチャンネルボックスの製造方法。6. The BP member according to claim 2 or 3, wherein the weight percentage of tin is 1.20-1.70%, and the iron content is 0.18-0.24.
%, Chromium 0.07-0.13%, oxygen 0.10-0.16
%, Gadolinium 5-80%, and the balance zirconium.
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