JPS6238388A - 原子燃料用複合被覆管 - Google Patents
原子燃料用複合被覆管Info
- Publication number
- JPS6238388A JPS6238388A JP60177491A JP17749185A JPS6238388A JP S6238388 A JPS6238388 A JP S6238388A JP 60177491 A JP60177491 A JP 60177491A JP 17749185 A JP17749185 A JP 17749185A JP S6238388 A JPS6238388 A JP S6238388A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- tube
- cladding tube
- cladding
- composite
- composite cladding
- 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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-
- 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
- Rigid Pipes And Flexible Pipes (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野コ
本発明は、核、燃料集合体を構成する燃料要素、即ち燃
料棒に関し、特に該燃料棒の被覆管に関するものである
。
料棒に関し、特に該燃料棒の被覆管に関するものである
。
［従来の技術］
原子力発電プラントの原子炉で使用される燃料集合体は
、一般的に、ウラン酸化物の柱状焼結体（ペレットと呼
ぶ）をジルコニウム合金の被覆管で被覆し、被覆管両端
を端栓で封止した棒状の燃料要素、即ち燃料棒から構成
されている。
、一般的に、ウラン酸化物の柱状焼結体（ペレットと呼
ぶ）をジルコニウム合金の被覆管で被覆し、被覆管両端
を端栓で封止した棒状の燃料要素、即ち燃料棒から構成
されている。
原子力発電プラントの運転中においては、燃料棒の外表
面は高温・高圧の冷却水と接触しており、燃料棒の内部
はジルコニウム合金製の被覆管により冷却水から隔離さ
れた状態にある。燃料棒は冷却水圧力が燃料棒内圧より
高い条件で使用されているため、被覆管材料のクリープ
により燃料棒外径が減少する。また、燃料の燃焼が進む
につれて、ヨウ素等の核***生成物がペレット内に蓄積
され、スウェリングと呼ばれるペレットの体積膨張によ
り、ペレットの外径が増大する。従って、運転初期にペ
レット外面と被覆管内面との間に存在した径方向のギャ
ップは、燃焼が進むにつれて減少し、ペレット外面と被
覆管内面とが接触する状態になる。
面は高温・高圧の冷却水と接触しており、燃料棒の内部
はジルコニウム合金製の被覆管により冷却水から隔離さ
れた状態にある。燃料棒は冷却水圧力が燃料棒内圧より
高い条件で使用されているため、被覆管材料のクリープ
により燃料棒外径が減少する。また、燃料の燃焼が進む
につれて、ヨウ素等の核***生成物がペレット内に蓄積
され、スウェリングと呼ばれるペレットの体積膨張によ
り、ペレットの外径が増大する。従って、運転初期にペ
レット外面と被覆管内面との間に存在した径方向のギャ
ップは、燃焼が進むにつれて減少し、ペレット外面と被
覆管内面とが接触する状態になる。
このような状態下で原子炉の出力を急上昇した場合、ペ
レットの温度上昇によりペレット外径は更に増加し、被
覆管に大きな応力が負荷される。
レットの温度上昇によりペレット外径は更に増加し、被
覆管に大きな応力が負荷される。
また、ペレット温度の上昇により、ペレット内に蓄積さ
れたヨウ素等の核***生成物ガスが放出され、燃料棒内
は腐食性雰囲気になる。
れたヨウ素等の核***生成物ガスが放出され、燃料棒内
は腐食性雰囲気になる。
ヨウ素等の腐食性ガス雰囲気下でジルコニウム合金製の
被覆管に過大な応力が負荷された場合、被覆管が破損す
る応力腐食割れという現象の起こる可能性があることが
分かっており、原子炉での出力急上昇時にジルコニウム
合金製被覆管の応力腐食割れに起因する燃料破損が起こ
ることが考えられる。
被覆管に過大な応力が負荷された場合、被覆管が破損す
る応力腐食割れという現象の起こる可能性があることが
分かっており、原子炉での出力急上昇時にジルコニウム
合金製被覆管の応力腐食割れに起因する燃料破損が起こ
ることが考えられる。
そこで、燃料被覆管の応力腐食割れによる燃料破損を防
止するため、燃料に対して種々の改良が加えられている
が、その−例として、ジルコニウム合金製被覆管の内面
に、全肉厚のｌＯ％程度となるような厚さにほぼ純粋な
ジルコニウム金属を冶金的に内張すした複合被覆管（以
下、単に被覆管ともいう）が開発されている。
止するため、燃料に対して種々の改良が加えられている
が、その−例として、ジルコニウム合金製被覆管の内面
に、全肉厚のｌＯ％程度となるような厚さにほぼ純粋な
ジルコニウム金属を冶金的に内張すした複合被覆管（以
下、単に被覆管ともいう）が開発されている。
［発明が解決しようとする問題点］
ところが、このような複合被覆管では、内面に内張すし
た純ジルコニウム金属はジルコニウム合金に比べ酸化性
雰囲気下での耐食性が劣るため、被覆管の内外面を貫通
する欠陥状態が発生し冷却水が被覆管内部に侵入した場
合、内張りのないジルコニウム合金被覆管に比べ、純ジ
ルコニウム金属内面での腐食反応量が大きい。
た純ジルコニウム金属はジルコニウム合金に比べ酸化性
雰囲気下での耐食性が劣るため、被覆管の内外面を貫通
する欠陥状態が発生し冷却水が被覆管内部に侵入した場
合、内張りのないジルコニウム合金被覆管に比べ、純ジ
ルコニウム金属内面での腐食反応量が大きい。
ジルコニウム金属が腐食すると、ジルコニウム酸化物を
形成すると共に、発生した水素がジルコニウム合金から
なる被覆管の母材に吸収され水素化物として析出する。
形成すると共に、発生した水素がジルコニウム合金から
なる被覆管の母材に吸収され水素化物として析出する。
被覆管に多量の水素化物が析出すると、当業者周知のよ
うに被覆管の機械的特性は低下し、燃料棒の形状維持機
能力（損なわれる可能性がある。複合被覆管の母材に吸
収される水素ガス量は、発生水素量を支配する内張すし
たジルコニウム金属の厚さ、即ち容易に腐食反応を生じ
るジルコニウム金属の体積に左右される。
うに被覆管の機械的特性は低下し、燃料棒の形状維持機
能力（損なわれる可能性がある。複合被覆管の母材に吸
収される水素ガス量は、発生水素量を支配する内張すし
たジルコニウム金属の厚さ、即ち容易に腐食反応を生じ
るジルコニウム金属の体積に左右される。
従来のかかる複合被覆管では、内張すした純ジルコニウ
ム金属の厚さが被覆管全肉厚の約ｌＯ％を占めており、
その部分が全て腐食によって酸化膜を形成した場合、被
覆管母材への水素吸収量が多量になり、被覆管の機械的
健全性の低下が問題となる。
ム金属の厚さが被覆管全肉厚の約ｌＯ％を占めており、
その部分が全て腐食によって酸化膜を形成した場合、被
覆管母材への水素吸収量が多量になり、被覆管の機械的
健全性の低下が問題となる。
従って、純ジルコニウム金属を使用する複合被覆管の改
良効果である応力腐食割れに対する抵抗性を減すること
なく、被覆管内面での純ジルコニウム金属の腐食により
被覆管母材へ吸収される水素量を抑制する複合被覆管の
開発が望まれており、本発明はかかる複合被覆管を提供
することを目的とするものである。
良効果である応力腐食割れに対する抵抗性を減すること
なく、被覆管内面での純ジルコニウム金属の腐食により
被覆管母材へ吸収される水素量を抑制する複合被覆管の
開発が望まれており、本発明はかかる複合被覆管を提供
することを目的とするものである。
［問題点を解決するための手段］
この目的から、本発明は、ジルコニウム合金を母材とし
て形成された外管と、該外管の内面に冶金的に内張りさ
れた純ジルコニウム金属の内管とから構成される原子燃
料用の複合被覆管において、前記内管の径方向肉厚は、
該複合被覆管全体の径方向肉厚の３〜５％に設定されて
いることを特徴とするものである。
て形成された外管と、該外管の内面に冶金的に内張りさ
れた純ジルコニウム金属の内管とから構成される原子燃
料用の複合被覆管において、前記内管の径方向肉厚は、
該複合被覆管全体の径方向肉厚の３〜５％に設定されて
いることを特徴とするものである。
［作用］
容易に腐食を生じる純ジルコニウム金属からなる内管の
厚さを薄肉化しであるため、複合被覆管の内面での純ジ
ルコニウム金属の腐食により発生する水素が複合被覆管
の母材、即ち外管へ吸収される量が抑制される。例えば
、種々の肉厚比の複合被覆管について、腐食性雰囲気の
条件を同一とし、また、複合被覆管の外管及び内管材料
として使用するジルコニウム合金及び純ジルコニウム金
属の化学組成を同一として比較すると、内管の肉厚を１
／２にした場合、内管内面での純ジルコニウム金属の腐
食によって複合被覆管の外管に吸収される水素量は約１
／２に低減される。そのため、複合被覆管の肉厚を貫通
する欠陥が発生した場合でも、内部に浸入した冷却水と
の腐食反応量及び水素ガス発生量が抑えられる。
厚さを薄肉化しであるため、複合被覆管の内面での純ジ
ルコニウム金属の腐食により発生する水素が複合被覆管
の母材、即ち外管へ吸収される量が抑制される。例えば
、種々の肉厚比の複合被覆管について、腐食性雰囲気の
条件を同一とし、また、複合被覆管の外管及び内管材料
として使用するジルコニウム合金及び純ジルコニウム金
属の化学組成を同一として比較すると、内管の肉厚を１
／２にした場合、内管内面での純ジルコニウム金属の腐
食によって複合被覆管の外管に吸収される水素量は約１
／２に低減される。そのため、複合被覆管の肉厚を貫通
する欠陥が発生した場合でも、内部に浸入した冷却水と
の腐食反応量及び水素ガス発生量が抑えられる。
一方、純ジルコニウム金属の内張り厚さを薄くし過ぎる
と、複合被覆管の応力腐食割れに対する改良効果が期待
されたほど発揮されない可能性があるが、内管の肉厚を
３〜５％に設定することによってこの可能性を排除しう
ろことが確認された。
と、複合被覆管の応力腐食割れに対する改良効果が期待
されたほど発揮されない可能性があるが、内管の肉厚を
３〜５％に設定することによってこの可能性を排除しう
ろことが確認された。
［実施例］
次に、本発明の好適な実施例について添付図面を参照し
て詳細に説明するが、図中、同一符号は 口
開−又は対応部分を示すものとする。
て詳細に説明するが、図中、同一符号は 口
開−又は対応部分を示すものとする。
第１図において、本発明による複合被覆管ｌは、ジルコ
ニウム合金から形成された外管２と、はぼ純粋なジルコ
ニウム金属から形成されると共に、外管２に周知の態様
で冶金的に結合された内管３とから構成されている。ジ
ルコニウム合金はＡＳＴＭ（アメリカ材料試験学会）Ｂ
−３５３で定められるＵＮＳナンバーＲ６０８０２又は
Ｒ６０９０１が好適であり、また、純ジルコニウム金属
はＡＳＴＭ Ｂ−３５３で定められるＩＮＳナンバーＲ
６０８０２の原子炉グレードのものがよい。
ニウム合金から形成された外管２と、はぼ純粋なジルコ
ニウム金属から形成されると共に、外管２に周知の態様
で冶金的に結合された内管３とから構成されている。ジ
ルコニウム合金はＡＳＴＭ（アメリカ材料試験学会）Ｂ
−３５３で定められるＵＮＳナンバーＲ６０８０２又は
Ｒ６０９０１が好適であり、また、純ジルコニウム金属
はＡＳＴＭ Ｂ−３５３で定められるＩＮＳナンバーＲ
６０８０２の原子炉グレードのものがよい。
第１図において鎖線で囲んだ領域ＩＡを示す第１Ａ図か
ら諒解されるように、複合被覆管１全体の径方向肉厚を
Ｗｔ、内管３の径方向肉厚をＷｚｒとすると、Ｗｚｒ／
Ｗｔ比は、本発明に従って０．０３〜０．０５に設定さ
れている。この比は第２図及び第２Ａ図に示す従来の場
合、約０．１である。
ら諒解されるように、複合被覆管１全体の径方向肉厚を
Ｗｔ、内管３の径方向肉厚をＷｚｒとすると、Ｗｚｒ／
Ｗｔ比は、本発明に従って０．０３〜０．０５に設定さ
れている。この比は第２図及び第２Ａ図に示す従来の場
合、約０．１である。
原子力発電プラントの運転中に、かかる複合被覆管１を
使用した燃料棒に何等かの要因によって複合被覆管Ｉの
肉厚を貫通する欠陥が発生した場。
使用した燃料棒に何等かの要因によって複合被覆管Ｉの
肉厚を貫通する欠陥が発生した場。
合、この欠陥部分から冷却水が燃料棒内に浸入し、複合
被覆管１の内管３の内面では下記の反応を生じる。
被覆管１の内管３の内面では下記の反応を生じる。
Ｚｒ＋２Ｈ７Ｏ→ＺｒＯ２＋２Ｈ２↑
上記反応によって発生した水素は複合被覆管１の外管２
に吸収されるが、吸収量は発生水素量に左右される。即
ち、ジルコニウム金属で形成される内管３の体積（厚さ
と考えてよい）を小さくすると発生水素量は減少し、複
合被覆管ｌの水素吸収量は抑制される。
に吸収されるが、吸収量は発生水素量に左右される。即
ち、ジルコニウム金属で形成される内管３の体積（厚さ
と考えてよい）を小さくすると発生水素量は減少し、複
合被覆管ｌの水素吸収量は抑制される。
本発明では、この知見に基づき、ジルコニウム金属で形
成された内管３の肉厚Ｗｚｒを従来に比べ１７３〜１／
２に薄肉化することにより、複合被覆管１の水素吸収量
を同様な割合で減少し、水素化物析出による複合被覆管
の機緘的特性の低下を軽減している。一方、内管３を薄
肉化することによって、複合被覆管ｌの耐応力腐食割れ
特性の低下を来−す可能性があるが、本発明はそれを防
止するために、内管３の肉厚を前述した通り被覆管全体
の３〜５％とした。
成された内管３の肉厚Ｗｚｒを従来に比べ１７３〜１／
２に薄肉化することにより、複合被覆管１の水素吸収量
を同様な割合で減少し、水素化物析出による複合被覆管
の機緘的特性の低下を軽減している。一方、内管３を薄
肉化することによって、複合被覆管ｌの耐応力腐食割れ
特性の低下を来−す可能性があるが、本発明はそれを防
止するために、内管３の肉厚を前述した通り被覆管全体
の３〜５％とした。
第３図は従来の複合被覆管と本発明のものとの耐応力腐
食割れ特性の比較試験の結果を示す線図であり、横軸は
内管の肉厚が全肉厚に占める割合（％）を表し、縦軸は
、被覆管の内面をヨウ素雰囲気条件とし、周方向歪みを
負荷して被覆管が破損に至るまでの歪み量を測定し、こ
れを従来の複合被覆管（内管肉厚的１０％）の破損歪み
量に対する比で表している。内管肉厚を３〜５％とした
本発明の複合被覆管１の破損歪みは従来のものの破損歪
みと実質的に同等であり、内管肉厚を３〜５％とするこ
とによって、従来同様の耐応力腐食割れ特性を確保しう
ろことがわかる。
食割れ特性の比較試験の結果を示す線図であり、横軸は
内管の肉厚が全肉厚に占める割合（％）を表し、縦軸は
、被覆管の内面をヨウ素雰囲気条件とし、周方向歪みを
負荷して被覆管が破損に至るまでの歪み量を測定し、こ
れを従来の複合被覆管（内管肉厚的１０％）の破損歪み
量に対する比で表している。内管肉厚を３〜５％とした
本発明の複合被覆管１の破損歪みは従来のものの破損歪
みと実質的に同等であり、内管肉厚を３〜５％とするこ
とによって、従来同様の耐応力腐食割れ特性を確保しう
ろことがわかる。
［発明の効果コ
以上のように、複合被覆管の純ジルコニウム金属からな
る内管の肉厚を本発明に従って被覆管の全肉厚の３〜５
％にすることにより、被覆管全肉厚の約１０％を占める
ジルコニウム金属層の内管を有する従来の複合被覆管に
比べ、被覆管肉厚を貫通する欠陥が発生した場合の被覆
管水素吸収量を、耐応力腐食割れ特性を実質的に損なう
ことなく約１７３〜１／２に抑制することができる。
る内管の肉厚を本発明に従って被覆管の全肉厚の３〜５
％にすることにより、被覆管全肉厚の約１０％を占める
ジルコニウム金属層の内管を有する従来の複合被覆管に
比べ、被覆管肉厚を貫通する欠陥が発生した場合の被覆
管水素吸収量を、耐応力腐食割れ特性を実質的に損なう
ことなく約１７３〜１／２に抑制することができる。
従って、原子力発電プラントの出力急昇時における燃料
破損を防止できるだけでなく、何等かの要因によって被
覆管の肉厚を貫通する欠陥が発生した場合でも、燃料棒
の形状維持性能を確保することが可能になる。
破損を防止できるだけでなく、何等かの要因によって被
覆管の肉厚を貫通する欠陥が発生した場合でも、燃料棒
の形状維持性能を確保することが可能になる。
第１図は本発明による複合被覆管の横断面図、第１Ａ図
は第１図において鎖線ＩＡで囲まれた領域の拡大断面図
、第２図は従来の複合被覆管の第１図に相当する断面図
、第２Ａ図において鎖線２Ａで囲まれた領域の拡大断面
図、第３図は従来の複合被覆管と本発明のものとの耐応
力腐食割れ特性を比較して示す線図である。 ■ ・・・複合被覆管 ２・・・外管３ ・・・内
管 １１ｔ・・・被覆管全肉厚Ｗｚｒ・・・
内管肉厚 出願人 三菱重工業株式会社 同 上 三菱原子カニ業株式会社 代理人 曾 我 道 照１耶ｂ 第１図 第２図 第１Ａ図 第２Ａ図 Ｗｚ、 Ｗｚｒ−＝ｏ
、ｏ３〜０．０５ −：０．１ｔＷｔ 第３図
は第１図において鎖線ＩＡで囲まれた領域の拡大断面図
、第２図は従来の複合被覆管の第１図に相当する断面図
、第２Ａ図において鎖線２Ａで囲まれた領域の拡大断面
図、第３図は従来の複合被覆管と本発明のものとの耐応
力腐食割れ特性を比較して示す線図である。 ■ ・・・複合被覆管 ２・・・外管３ ・・・内
管 １１ｔ・・・被覆管全肉厚Ｗｚｒ・・・
内管肉厚 出願人 三菱重工業株式会社 同 上 三菱原子カニ業株式会社 代理人 曾 我 道 照１耶ｂ 第１図 第２図 第１Ａ図 第２Ａ図 Ｗｚ、 Ｗｚｒ−＝ｏ
、ｏ３〜０．０５ −：０．１ｔＷｔ 第３図
Claims (1)
- ジルコニウム合金を母材として形成された外管と、該外
管の内面に冶金的に内張りされた純ジルコニウム金属の
内管とから構成される原子燃料用の複合被覆管において
、前記内管の径方向肉厚は、該複合被覆管全体の径方向
肉厚の３〜５％に設定されていることを特徴とする原子
燃料用複合被覆管。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60177491A JPS6238388A (ja) | 1985-08-14 | 1985-08-14 | 原子燃料用複合被覆管 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60177491A JPS6238388A (ja) | 1985-08-14 | 1985-08-14 | 原子燃料用複合被覆管 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6238388A true JPS6238388A (ja) | 1987-02-19 |
Family
ID=16031826
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60177491A Pending JPS6238388A (ja) | 1985-08-14 | 1985-08-14 | 原子燃料用複合被覆管 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6238388A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5715290A (en) * | 1993-07-01 | 1998-02-03 | Hitachi, Ltd. | Reactor water control method in BWR power plant, BWR power plant having low radioactivity concentration reactor water and fuel clad tube for BWR |
| JP2014010022A (ja) * | 2012-06-29 | 2014-01-20 | Hitachi-Ge Nuclear Energy Ltd | 燃料集合体及び原子炉の炉心 |
-
1985
- 1985-08-14 JP JP60177491A patent/JPS6238388A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5715290A (en) * | 1993-07-01 | 1998-02-03 | Hitachi, Ltd. | Reactor water control method in BWR power plant, BWR power plant having low radioactivity concentration reactor water and fuel clad tube for BWR |
| JP2014010022A (ja) * | 2012-06-29 | 2014-01-20 | Hitachi-Ge Nuclear Energy Ltd | 燃料集合体及び原子炉の炉心 |
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