JPH10104378A - 核燃料被覆管 - Google Patents
核燃料被覆管Info
- Publication number
- JPH10104378A JPH10104378A JP8254550A JP25455096A JPH10104378A JP H10104378 A JPH10104378 A JP H10104378A JP 8254550 A JP8254550 A JP 8254550A JP 25455096 A JP25455096 A JP 25455096A JP H10104378 A JPH10104378 A JP H10104378A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- zirconium
- cladding tube
- nuclear fuel
- clad
- grain size
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Landscapes
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】燃料被覆管の破損時に、一次破損孔から離れた
酸素欠乏領域で水素が被覆管に吸収されるのを抑制し、
二次水素化および二次破損の発生確率を低減すること。 【解決手段】内側に複数個の核燃料ペレットを積層収容
するジルコニウム合金製核燃料被覆管において、被覆管
の最も内表面層を構成する領域の平均結晶粒径が１０μ
ｍを超えて大きくなるようにすることによって水素吸収
し、二次破損を防ぐ。最内表面層としてはジルコニウム
バリア層２、またはさらにその内側のジルコニウム合金
層等が挙げられる。
酸素欠乏領域で水素が被覆管に吸収されるのを抑制し、
二次水素化および二次破損の発生確率を低減すること。 【解決手段】内側に複数個の核燃料ペレットを積層収容
するジルコニウム合金製核燃料被覆管において、被覆管
の最も内表面層を構成する領域の平均結晶粒径が１０μ
ｍを超えて大きくなるようにすることによって水素吸収
し、二次破損を防ぐ。最内表面層としてはジルコニウム
バリア層２、またはさらにその内側のジルコニウム合金
層等が挙げられる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は原子炉で用いられる
核燃料被覆管に関するものであり、特に燃料の破損時に
おける信頼性を向上させる核燃料被覆管に関するもので
ある。
核燃料被覆管に関するものであり、特に燃料の破損時に
おける信頼性を向上させる核燃料被覆管に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】核燃料被覆管の応力腐食割れを防止する
ことを目的としてジルカロイ−２被覆管基材の内周面に
例えば厚さ８０〜１００μｍの純ジルコニウムをバリア
として張設した、いわゆるジルコニウムライナ管が知ら
れている（特開昭５５−１６４３９６号公報参照）。こ
のジルコニウムライナ管によって被覆管と腐食性核***
生成物との接触を防止するとともに、被覆管に発生する
局所応力を緩和して、当該被覆管の応力腐食割れを防止
する効果が期待され、現在ＢＷＲで良好な運転実績を残
している。
ことを目的としてジルカロイ−２被覆管基材の内周面に
例えば厚さ８０〜１００μｍの純ジルコニウムをバリア
として張設した、いわゆるジルコニウムライナ管が知ら
れている（特開昭５５−１６４３９６号公報参照）。こ
のジルコニウムライナ管によって被覆管と腐食性核***
生成物との接触を防止するとともに、被覆管に発生する
局所応力を緩和して、当該被覆管の応力腐食割れを防止
する効果が期待され、現在ＢＷＲで良好な運転実績を残
している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、万一フ
レッティング等の予期せぬ事象によって被覆管が破損し
た場合、破損部から侵入した水蒸気が直ちに破損部近傍
のペレットや被覆管内表面と反応して水素を発生し、破
損部から離れた位置で水蒸気圧比の低いいわゆる酸素欠
乏雰囲気を形成することによって被覆管が急激に水素を
吸収し、二次水素化を起こす可能性が懸念されている。
レッティング等の予期せぬ事象によって被覆管が破損し
た場合、破損部から侵入した水蒸気が直ちに破損部近傍
のペレットや被覆管内表面と反応して水素を発生し、破
損部から離れた位置で水蒸気圧比の低いいわゆる酸素欠
乏雰囲気を形成することによって被覆管が急激に水素を
吸収し、二次水素化を起こす可能性が懸念されている。
【０００４】このような二次水素化を防ぐ目的で、酸化
しやすいジルコニウムの内側に耐食性のよいジルコニウ
ム合金、例えばジルカロイ−２やジルカロイ−４といっ
た合金を配置した被覆管や従来のジルコニウムライナに
鉄を添加することによって耐食性を向上させた被覆管が
提案されている。
しやすいジルコニウムの内側に耐食性のよいジルコニウ
ム合金、例えばジルカロイ−２やジルカロイ−４といっ
た合金を配置した被覆管や従来のジルコニウムライナに
鉄を添加することによって耐食性を向上させた被覆管が
提案されている。
【０００５】しかしながら、これらの被覆管は耐食性は
向上するものの管内表面近傍の延性の低下によって耐Ｐ
ＣＩ特性が劣化することが予想される。また最近ペレッ
トの酸化速度が被覆管内表面のそれと比べて非常に速い
ことが報告され、しかも実際の二次破損燃料の照射後試
験結果を見ても二次破損孔は一次破損孔から離れた場
所、すなわち酸素欠乏雰囲気下で生じている。したがっ
て、二次水素化発生までの過程においては、水素の発生
源としての被覆管内表面酸化よりも酸素欠乏雰囲気下で
の耐水素吸収特性の方が重要である。つまり、水素を内
側から吸収しにくい被覆管が耐二次水素化特性に優れて
いるといえる。
向上するものの管内表面近傍の延性の低下によって耐Ｐ
ＣＩ特性が劣化することが予想される。また最近ペレッ
トの酸化速度が被覆管内表面のそれと比べて非常に速い
ことが報告され、しかも実際の二次破損燃料の照射後試
験結果を見ても二次破損孔は一次破損孔から離れた場
所、すなわち酸素欠乏雰囲気下で生じている。したがっ
て、二次水素化発生までの過程においては、水素の発生
源としての被覆管内表面酸化よりも酸素欠乏雰囲気下で
の耐水素吸収特性の方が重要である。つまり、水素を内
側から吸収しにくい被覆管が耐二次水素化特性に優れて
いるといえる。
【０００６】本発明は上記状況に鑑みてなされたもので
あり、燃料被覆管の破損時に一次破損孔から離れた酸素
欠乏領域で水素が被覆管に吸収されるのを抑制し、二次
水素化を発生する確率を低減することによって信頼性の
高い核燃料要素を提供することを目的とする。
あり、燃料被覆管の破損時に一次破損孔から離れた酸素
欠乏領域で水素が被覆管に吸収されるのを抑制し、二次
水素化を発生する確率を低減することによって信頼性の
高い核燃料要素を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は内側に複数個の核燃料ペレットを積層収容
するジルコニウム合金製核燃料被覆管において、被覆管
の最も内表面層を構成する領域の平均結晶粒径が１０μ
ｍを超えて大きいことを特徴とする。
に、本発明は内側に複数個の核燃料ペレットを積層収容
するジルコニウム合金製核燃料被覆管において、被覆管
の最も内表面層を構成する領域の平均結晶粒径が１０μ
ｍを超えて大きいことを特徴とする。
【０００８】本発明において、被覆管の最も内表面層を
構成する領域は特に限定されないが、ジルコニウム合金
基材の内側に配置したジルコニウムもしくはジルコニウ
ムを主成分とするバリア層がその一例として挙げられ、
あるいはジルコニウムバリア層のさらに内側に配置した
ジルコニウム合金層が挙げられる。
構成する領域は特に限定されないが、ジルコニウム合金
基材の内側に配置したジルコニウムもしくはジルコニウ
ムを主成分とするバリア層がその一例として挙げられ、
あるいはジルコニウムバリア層のさらに内側に配置した
ジルコニウム合金層が挙げられる。
【０００９】発明者らは、酸素欠乏雰囲気下におけるジ
ルコニウムの水素吸収挙動に及ぼす結晶粒径の影響を調
べるために、冷間加工した高純度ジルコニウム（鉄濃
度：８０ｐｐｍ）を熱処理し、５μｍから４０μｍの平
均結晶粒径を持つジルコニウム試料を作製して４００℃
における水素吸収速度を比較した。その結果を図２に示
す。
ルコニウムの水素吸収挙動に及ぼす結晶粒径の影響を調
べるために、冷間加工した高純度ジルコニウム（鉄濃
度：８０ｐｐｍ）を熱処理し、５μｍから４０μｍの平
均結晶粒径を持つジルコニウム試料を作製して４００℃
における水素吸収速度を比較した。その結果を図２に示
す。
【００１０】図２から明らかなように、結晶粒径が５か
ら１０μｍまでの範囲で水素吸収速度は急激に減少し、
その後は結晶粒径の増加とともに緩やかに低下する。特
に結晶粒径が１０μｍを超えて大きい場合には水素吸収
速度は遅く、耐水素吸収特性に優れていることから、原
子炉用燃料被覆管の内表面においても結晶粒径を粗大化
させることで、酸素欠乏雰囲気下における管内表面から
の水素吸収を抑制することが可能となる。
ら１０μｍまでの範囲で水素吸収速度は急激に減少し、
その後は結晶粒径の増加とともに緩やかに低下する。特
に結晶粒径が１０μｍを超えて大きい場合には水素吸収
速度は遅く、耐水素吸収特性に優れていることから、原
子炉用燃料被覆管の内表面においても結晶粒径を粗大化
させることで、酸素欠乏雰囲気下における管内表面から
の水素吸収を抑制することが可能となる。
【００１１】一方、燃料被覆管の内表面の結晶粒径を粗
大化させると、腐食性核***生成物に起因する亀裂進展
現象を考慮したときに一般的に好ましくないことが知ら
れている。本発明者らは、亀裂が進展する場合の亀裂先
端の応力拡大係数と実際の燃料被覆管に観察される極微
少な未貫通亀裂とを勘案した結果、結晶粒径がバリア厚
さの１９％以下の場合には亀裂が進展しないことを見出
した。したがって、結晶粒径は１０μｍを超え、かつバ
リア厚さの１９％以下であることが望ましい。
大化させると、腐食性核***生成物に起因する亀裂進展
現象を考慮したときに一般的に好ましくないことが知ら
れている。本発明者らは、亀裂が進展する場合の亀裂先
端の応力拡大係数と実際の燃料被覆管に観察される極微
少な未貫通亀裂とを勘案した結果、結晶粒径がバリア厚
さの１９％以下の場合には亀裂が進展しないことを見出
した。したがって、結晶粒径は１０μｍを超え、かつバ
リア厚さの１９％以下であることが望ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明を実施の形態につい
て説明する。図１は本発明の一実施例の被覆管の横断面
図であり、１は管内表面、２はジルコニウムライナ部、
３はジルカロイ−２部である。
て説明する。図１は本発明の一実施例の被覆管の横断面
図であり、１は管内表面、２はジルコニウムライナ部、
３はジルカロイ−２部である。
【００１３】現在ＢＷＲで使用されているジルカロイ−
２を基材として内側にジルコニウムを内張りしたジルコ
ニウムライナ管において、ジルコニウムライナ層の結晶
粒径の平均値が１０μｍを超えて大きくなるようにし
た。
２を基材として内側にジルコニウムを内張りしたジルコ
ニウムライナ管において、ジルコニウムライナ層の結晶
粒径の平均値が１０μｍを超えて大きくなるようにし
た。
【００１４】結晶粒径の値を上記のように大きくするに
は次のような方法がある。例えばジルコニウムライナ層
中の鉄の濃度を１００ｐｐｍ以下の高純度に制御し、被
覆管製造過程の最終熱処理（５７７℃×３ｈ）で結晶粒
が成長しやすくする方法がある。
は次のような方法がある。例えばジルコニウムライナ層
中の鉄の濃度を１００ｐｐｍ以下の高純度に制御し、被
覆管製造過程の最終熱処理（５７７℃×３ｈ）で結晶粒
が成長しやすくする方法がある。
【００１５】また、本発明者らの実験によれば、鉄濃度
８０ｐｐｍのジルコニウムの結晶粒径は、６５０℃×２
ｈの熱処理で２５μｍまで成長することから、最終熱処
理温度を６００〜６５０℃の範囲まで上昇させ、ジルコ
ニウムライナ層の結晶粒を粗大化させる方法もある。あ
るいは被覆管製造の最終過程で、発熱体を被覆管内側に
挿入し、管内表面を６００〜８００℃まで加熱すること
によって結晶粒を成長させる方法がある。この場合、基
材のジルカロイ−２管の析出物分布や結晶粒径が変化し
ないように外表面側を冷却材、例えば水，油，不活性ガ
ス等で冷却しながら加熱する必要がある。
８０ｐｐｍのジルコニウムの結晶粒径は、６５０℃×２
ｈの熱処理で２５μｍまで成長することから、最終熱処
理温度を６００〜６５０℃の範囲まで上昇させ、ジルコ
ニウムライナ層の結晶粒を粗大化させる方法もある。あ
るいは被覆管製造の最終過程で、発熱体を被覆管内側に
挿入し、管内表面を６００〜８００℃まで加熱すること
によって結晶粒を成長させる方法がある。この場合、基
材のジルカロイ−２管の析出物分布や結晶粒径が変化し
ないように外表面側を冷却材、例えば水，油，不活性ガ
ス等で冷却しながら加熱する必要がある。
【００１６】なお、上記実施例は一例であり、ジルコニ
ウムライナ管に限定するものではない。例えば基材がジ
ルカロイ−２であり、その内側に厚さ４０〜１５０μｍ
のジルコニウムバリア層を配置し、さらにその内側に５
０μｍ以下のジルコニウム合金層を配置した三重管にお
いても内表面側のみを加熱することによって内表面の結
晶粒径を粗大化させ、本発明の核燃料被覆管を得ること
ができる。
ウムライナ管に限定するものではない。例えば基材がジ
ルカロイ−２であり、その内側に厚さ４０〜１５０μｍ
のジルコニウムバリア層を配置し、さらにその内側に５
０μｍ以下のジルコニウム合金層を配置した三重管にお
いても内表面側のみを加熱することによって内表面の結
晶粒径を粗大化させ、本発明の核燃料被覆管を得ること
ができる。
【００１７】その他、ジルコニウム基合金性であればい
かなる被覆管においても、内表面側加熱によって結晶粒
径を粗大化させれば本発明の核燃料被覆管を得ることが
できる。なお、ジルコニウムライナ材の場合には高純度
に限定するものではなく、鉄添加したジルコニウムライ
ナおよび合金元素を添加したライナも本発明が適用可能
である。
かなる被覆管においても、内表面側加熱によって結晶粒
径を粗大化させれば本発明の核燃料被覆管を得ることが
できる。なお、ジルコニウムライナ材の場合には高純度
に限定するものではなく、鉄添加したジルコニウムライ
ナおよび合金元素を添加したライナも本発明が適用可能
である。
【００１８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
フレッティング等の何らかの理由で燃料棒が破損した場
合に、一次破損孔から離れた位置における酸素欠乏雰囲
気下においても被覆管の水素吸収を抑制でき、二次水素
化および二次破損の発生確率を低減することができる。
フレッティング等の何らかの理由で燃料棒が破損した場
合に、一次破損孔から離れた位置における酸素欠乏雰囲
気下においても被覆管の水素吸収を抑制でき、二次水素
化および二次破損の発生確率を低減することができる。
【図１】本発明の一実施例である被覆管の横断面図。
【図２】本発明の根拠となる水素吸収速度と結晶粒径の
関係を示す図。
関係を示す図。
１…被覆管内表面、２…ジルコニウムライナ部、３…ジ
ルカロイ−２部。
ルカロイ−２部。
フロントページの続き (72)発明者 中司 雅文 茨城県東茨城郡大洗町成田町2163番地 日 本核燃料開発株式会社内
Claims (4)
- 【請求項１】 内側に複数個の核燃料ペレットを積層収
容するジルコニウム合金製核燃料被覆管において、被覆
管の最も内表面層を構成する領域の平均結晶粒径が１０
μｍを超えて大きいことを特徴とする核燃料被覆管。 - 【請求項２】 被覆管の最も内表面層を構成する領域が
ジルコニウムもしくはジルコニウムを主成分とするバリ
ア層である請求項１記載の核燃料被覆管。 - 【請求項３】 被覆管の最も内表面層を構成する領域が
ジルコニウムバリア層のさらに内側に配置したジルコニ
ウム合金層である請求項１記載の核燃料被覆管。 - 【請求項４】 被覆管の最も内表面層を構成する領域の
平均結晶粒径が１０μｍを超えかつバリア層厚さの１９
％以下である請求項１記載の核燃料被覆管。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8254550A JPH10104378A (ja) | 1996-09-26 | 1996-09-26 | 核燃料被覆管 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8254550A JPH10104378A (ja) | 1996-09-26 | 1996-09-26 | 核燃料被覆管 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10104378A true JPH10104378A (ja) | 1998-04-24 |
Family
ID=17266604
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8254550A Pending JPH10104378A (ja) | 1996-09-26 | 1996-09-26 | 核燃料被覆管 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10104378A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1348415A2 (en) | 2002-03-29 | 2003-10-01 | Daihen Corporation | Transfer device, transfer device assembly, and accommodating device thereof |
-
1996
- 1996-09-26 JP JP8254550A patent/JPH10104378A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1348415A2 (en) | 2002-03-29 | 2003-10-01 | Daihen Corporation | Transfer device, transfer device assembly, and accommodating device thereof |
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