SE436079B - Fuel rod for nuclear reactor - Google Patents

Abstract

A fuel rod for a nuclear reactor includes a capsule tube (1) of zirconium based alloy, on whose inner surface is laid a layer (2) of zirconium containing 0.1-3 percent by weight of titanium. The total content of other elements in the zirconium in the layer is less than 0.5 percent by weight and consists of impurities in the reactor-quality zirconium sponge. The fuel rod contains a fuel core (3) of, preferably, uranium dioxide.<IMAGE>

Description

10 8301771-5 ppm av syre. Halter av andra föroreningar ligger inom de normala gränserna för resp ämnen i kommersiell zirkoniumsvamp av reaktorkvalitet, vilket inne- bär för aluminium 75 ppm eller mindre, för bor 0,ü ppm eller mindre, för kadmium 0,U ppm eller mindre, för kol 270 ppm eller mindre, för krom 200 -ppm eller mindre, för kobolt 20 ppm eller mindre, för koppar 50 ppm eller mindre, för hafnium 100 ppm eller mindre, för väte 25 ppm eller mindre, för järn 1 500 ppm eller mindre, för magnesium 20 ppm eller mindre, för mangan 50 ppm eller mindre, för molybden 50 ppm eller mindre, för nickel 70 ppm eller mindre, för niob 100 ppm eller mindre, för kväve 80 ppm eller mindre, för kisel 120 ppm eller mindre, för tenn 50 ppm eller mindre, för volfram 100 ppm eller mindre, för titan 50 ppm eller mindre samt för uran 3,5 ppm eller mindre. 10 8301771-5 ppm of acid. Concentrations of other pollutants are within the normal limits for the respective substances in commercial reactor grade zirconium sponges, which carries for aluminum 75 ppm or less, for boron 0, ü ppm or less, for cadmium 0, U ppm or less, for carbon 270 ppm or less, for chromium 200 -ppm or less, for cobalt 20 ppm or less, for copper 50 ppm or less, for hafnium 100 ppm or less, for hydrogen 25 ppm or less, for iron 1,500 ppm or less, for magnesium 20 ppm or less, for manganese 50 ppm or less, for molybdenum 50 ppm or less, for nickel 70 ppm or less, for niobium 100 ppm or less, for nitrogen 80 ppm or less less, for silicon 120 ppm or less, for tin 50 ppm or less, for tungsten 100 ppm or less, for titanium 50 ppm or less and for uranium 3.5 ppm or less.

Enligt den svenska patentansökningen 7511581-6 användes i det invändiga skiktet zirkonium med en föroreningshalt av mindre än 1 000 ppm, företrä- desvis mindre än 500 ppm. Av föroreningarna hålles syrehalten på en nivå understigande cirka 200 ppm.According to the Swedish patent application 7511581-6 was used internally layer of zirconium with an impurity content of less than 1,000 ppm, preferably less than 500 ppm. The oxygen content of the impurities is kept at a level less than about 200 ppm.

Genom det svenska patentet 8004936-2 är det känt att i det invändiga skik- tet använda zirkonium innehållande 0,1-3 viktprocent molybden och/eller 0,03-1 víktprooent kol och/eller 0,03-1 viktprooent fosfor ochleller 0,03-1 viktprooent kisel. Zirkoniumet kan därvid dessutom innehålla ovan angivna andra föroreningar, ingående i kommersiell zirkoniumsvamp av reaktorkvali- tet. Tillsatserna av molybden, kol, fosfor eller kisel antages i nämnda patent ge en utskiljning av stabila faser, såsom intermetalliska föreningar, karbider, fosfider och silicider, i form av fria partiklar i zirkoniummatri- sen. Denna utskiljning skulle förhindra en korntillväxt i samband med rörets tillverkning, så att en struktur med mindre korn erhålles i zirkoniumet än om tillsatserna inte göres. Den annorlunda finkornigare strukturen skulle vara ansvarig för den ökade resistensen mot spänningskorrosion.Through the Swedish patent 8004936-2 it is known that in the internal zirconium containing 0.1-3% by weight of molybdenum and / or 0.03-1% by weight of carbon and / or 0.03-1% by weight of phosphorus and / or 0.03-1 weight percent silicon. The zirconium can then also contain the above other pollutants, contained in commercial reactor grade zirconium sponge tet. The additions of molybdenum, carbon, phosphorus or silicon are assumed in the said patents provide a precipitation of stable phases, such as intermetallic compounds, carbides, phosphides and silicides, in the form of free particles in zirconium matrix late. This precipitation would prevent a grain growth associated with the tube manufacturing, so that a structure with less grain is obtained in the zirconium than if the additives are not made. The different fine-grained structure would be responsible for the increased resistance to stress corrosion.

För att uppnå en god resistens mot spänningskorrosion har man således tidi- gare\utgått antingen från att halter av andra ämnen i zirkonium skall hållas på en mycket låg nivå eller från att sådana tillsatser av andra ämnen skall görasatten utskiljning av stabila föreningar i form av fria partiklar åstadkommes i zirkoniummatrisen.In order to achieve a good resistance to stress corrosion, one has thus either assumed that levels of other substances in zirconium should be maintained at a very low level or from such additions of other substances precipitation of stable compounds in the form of free particles achieved in the zirconium matrix.

Enligt den föreliggande uppfinningen har det visat sig att en förhöjd resi- stens.mot spänningskorrosion kan åstadkommas genom användning av relativt 8301771-5 höga halter av titan trots att titan inte ger någon utskiljning av fria partiklar i zirkoniummatrisen utan löser sig i denna.According to the present invention, it has been found that an increased resistance against corrosion stress can be achieved by using relative 8301771-5 high levels of titanium despite the fact that titanium does not give a precipitate of free particles in the zirconium matrix but dissolve in it.

Enligt den föreliggande uppfinningen innehåller det väsentligen av zirko- nium bestående skiktet på kapselrörets insida 0,1-3 viktprocent titan. Den sammanlagda halten av övriga i zirkoniumet ingående ämnen är mindre än 0,5 viktprocent och utgöres av i zirkoniumsvamp av reaktorkvalitet normalt ingående föroreningar.According to the present invention, it contains essentially of zirconium nium consisting of the layer on the inside of the capsule tube 0.1-3% by weight of titanium. The the total content of other substances in the zirconium is less than 0.5 % by weight and consists of reactor grade zirconium fungi normally pollutants.

Tjockleken hos zirkoniumskiktet uppgår till 0,005-0,8 mm, företrädesvis till 0,05-0,1 mm.The thickness of the zirconium layer is 0.005-0.8 mm, preferably to 0.05-0.1 mm.

Den zirkoniumbaserade legeringen, på vars insida zirkoniumskiktet är anord- nat, utgöres företrädesvis av en zirkonium-tenn-legering, t ex de under handelsnamnen Zircaloy 2 och Zircaloy U kända zirkoniumbaserade legeringarna, vilkas innehåll av legeringsämnen ligger inom gränserna 1,2-1,7 % för tenn, 0,07-0,24 % för järn, 0,05-0,15 % för krom,O-0,08 % för nickel, 0,09-0,16 % för syre, rest zirkonium och i zirkonium av reaktorkvalitet normalt förekom- mande föroreningar. Zircaloy 2 innehåller 1,2-1,7 % tenn, 0,07-0,20 % järn, 0,05-0,15 % krom, 0,03-0,08 % nickel och 0,09-0,16 % syre. Zírcaloy H inne- håller 1,2-1,7 % tenn, 0,18-O,2ü % järn, 0,07-0,13 % krom och 0,09-0,16 % syre. Samtliga angivna procent avser här viktprocent. Kärnbränslet i bränsle- staven utgöres företrädesvis av urandioxid.The zirconium-based alloy, on the inside of which the zirconium layer is arranged nat, is preferably a zirconium-tin alloy, e.g. those below the trade names Zircaloy 2 and Zircaloy U known zirconium-based alloys, whose content of alloying substances is within the limits of 1.2-1.7% for tin, 0.07-0.24% for iron, 0.05-0.15% for chromium, 0-0.08% for nickel, 0.09-0.16% for oxygen, residual zirconium and in reactor grade zirconium normally present pollutants. Zircaloy 2 contains 1.2-1.7% tin, 0.07-0.20% iron, 0.05-0.15% chromium, 0.03-0.08% nickel and 0.09-0.16% oxygen. Zírcaloy H inne- holds 1.2-1.7% tin, 0.18-0.2% iron, 0.07-0.13% chromium and 0.09-0.16% oxygen. All stated percentages here refer to weight percent. Nuclear fuel in fuel the rod is preferably made of uranium dioxide.

Uppfinningen skall förklaras närmare genom beskrivning av utföringsexempel under hänvisning till bifogade ritning, som visar ett tvärsnitt av en bränsle- stav enligt den föreliggande uppfinningen för en lättvattenreaktor. 1 viktdel titan blandas med 99 viktdelar kommersiell zirkoniumsvamp av reak- torkvalitet med i beskrivningen tidigare angiven sammansättning. Ett rör med en väggtjocklek av 1,25 mm och en ytterdiameter av HU mm tillverkas av bland- ningen under det att den smältes. Röret anordnas i ett rör av Zircaloy 2 med en väggtjocklek av 10 mm, och en innerdiameter av H5 mm. De båda rören svetsas ihop vid rörens båda ändytor. Det så erhållna sammansatta röret strängpressas utan att underkastas någon uppvärmning. Den strängpressade produkten kall- valsas därefter i flera steg med mellanliggande rekristallisationsglödgningar vid omkring 650 OC och en slutglödgning efter sista valsningen vid omkring 525 OC, varvid en i figuren visad rörformad slutprodukt erhålles, beståendeThe invention will be explained in more detail by describing exemplary embodiments with reference to the accompanying drawing, which shows a cross-section of a fuel rod according to the present invention for a light water reactor. 1 part by weight of titanium is mixed with 99 parts by weight of commercial zirconium sponge dryer quality with composition previously specified in the description. A tube with a wall thickness of 1.25 mm and an outer diameter of HU mm are made of mixed while melting. The tube is arranged in a tube of Zircaloy 2 with a wall thickness of 10 mm, and an inner diameter of H5 mm. The two pipes are welded together at both end surfaces of the pipes. The composite tube thus obtained is extruded without being subjected to any heating. The extruded product is then rolled in several steps with intermediate recrystallization annealing at about 650 OC and a final annealing after the last rolling at about 525 ° C, whereby a tubular end product shown in the figure is obtained, consisting

Claims (1)

8301771-5 av ett skikt 1 av Zircaloy 2 med en tjocklek av 0,73 mm och en innerdiameter av 10,65 mm och av ett skikt 2 av zirkonium med inlegerad titan med en tjock- lek av 0,07 mm. I figuren är även kärnbränslet inritat, vilket består av cirkulärcylindriska kutsar 3 av urandioxid staplade på varandra i kapsel- rörets axelriktning. Bränslestaven enligt uppfinningen är i första hand avsedd att användas i en reaktor med vatten som kylmedel. PATENTKRAV Bränslestav för kärnreaktor omfattande ett kapselror (1) av zirkoniumbase- rad legering på vars invändiga yta ett skikt (2) väsentligen bestående av zirkonium är anordnat och som innehåller ett kärnbränsle (3), k ä n n e - t e c k n a d därav, att zirkoniumet i skíktet innehåller 0,1-3 viktpro- cent titan och att sammanlagda halten av övriga i zirkoniumet i skiktet ingående ämnen är mindre än 0,5 viktprocent och utgöres av i zirkoniumsvamp av reaktorkvalitet normalt ingående föroreningar.8301771-5 of a layer 1 of Zircaloy 2 with a thickness of 0.73 mm and an inner diameter of 10.65 mm and of a layer 2 of zirconium with alloyed titanium with a thickness of 0.07 mm. The figure also shows the nuclear fuel, which consists of circular-cylindrical pellets 3 of uranium dioxide stacked on top of each other in the axial direction of the canister tube. The fuel rod according to the invention is primarily intended for use in a reactor with water as coolant. CLAIMS Requirements Fuel rod for nuclear reactor comprising a canister tube (1) of zirconium-based alloy on the inner surface of which a layer (2) consisting essentially of zirconium is arranged and which contains a nuclear fuel (3), characterized in that the zirconium in the layer contains 0.1-3% by weight of titanium and that the total content of other substances contained in the zirconium in the layer is less than 0.5% by weight and consists of impurities normally contained in reactor-grade zirconium fungi.