SE469997B - Fuel rod for nuclear reactor - Google Patents

Fuel rod for nuclear reactor

Info

Publication number
SE469997B
SE469997B SE9200584A SE9200584A SE469997B SE 469997 B SE469997 B SE 469997B SE 9200584 A SE9200584 A SE 9200584A SE 9200584 A SE9200584 A SE 9200584A SE 469997 B SE469997 B SE 469997B
Authority
SE
Sweden
Prior art keywords
zirconium
ppm
less
beryllium
fuel rod
Prior art date
Application number
SE9200584A
Other languages
Swedish (sv)
Other versions
SE9200584D0 (en
SE9200584L (en
Inventor
P Rudling
Original Assignee
Asea Atom Ab
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Asea Atom Ab filed Critical Asea Atom Ab
Priority to SE9200584A priority Critical patent/SE469997B/en
Publication of SE9200584D0 publication Critical patent/SE9200584D0/en
Publication of SE9200584L publication Critical patent/SE9200584L/en
Publication of SE469997B publication Critical patent/SE469997B/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C16/00Alloys based on zirconium
    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21CNUCLEAR REACTORS
    • G21C3/00Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
    • G21C3/02Fuel elements
    • G21C3/04Constructional details
    • G21C3/16Details of the construction within the casing
    • G21C3/20Details of the construction within the casing with coating on fuel or on inside of casing; with non-active interlayer between casing and active material with multiple casings or multiple active layers
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

A fuel rod for a nuclear reactor comprises a sealing tube 1 made of zirconium-based alloy and a nuclear fuel 3 enclosed in the sealing tube. Arranged on the internal surface of the sealing tube is a protective layer 2 which protects the sealing tube against stress corrosion marking and consists of zirconium containing 0.1-5 per cent by weight beryllium. <IMAGE>

Description

469 997 z resistens mot av spänningskorrosion orsakade skador. I skyddsskiktet där en legeringstillsats däremot föreligger som'utskiljd fas kan utskiljda partik- lar utgöra inhomogeniteter, där spänningskorrosion kan initiera sprickbild- ning. 469 997 z resistance to stress corrosion damage. In the protective layer where a alloying additive, on the other hand, is present as the separated phase can separate particles constitute inhomogeneities, where stress corrosion can initiate crack formation. ning.

Den föreliggande uppfinningen baserar sig på insikten att väsentliga för- bättringar kan uppnås hos ett skyddsskikt genom användning av beryllium som legeringstillsats till zirkonium. Genom att beryllium har en större affini- tet till syre än zirkonium kommer beryllium i vatten eller vattenånga att bilda berylliumoxid ovanpå zirkonium-beryllium-legeringen. Berylliumoxiden ger därvid ett tätt och vidhäftande skikt, som effektivt skyddar kapslings- rörets insida mot vidare oxidation/korrosion. Vatten eller vattenånga kan vid defekter i kapslingsröret strömma in i kapslingsrörets inre. Användning av beryllium medför också att risken för spänningskorrosion reduceras på grund av att beryllium är en löslig legeringstillsats. Beryllium har vidare en mycket låg tendens att absorbera termiska neutroner.The present invention is based on the insight that essential Improvements can be achieved in a protective layer by using beryllium as alloy additive to zirconium. Because beryllium has a greater affinity for to oxygen other than zirconium, beryllium in water or water vapor will form beryllium oxide on top of the zirconium-beryllium alloy. Beryllium oxide thereby providing a dense and adhesive layer, which effectively protects the enclosure the inside of the pipe against further oxidation / corrosion. Water or water vapor can in case of defects in the enclosure pipe flow into the interior of the enclosure pipe. Use of beryllium also means that the risk of stress corrosion is reduced due to the fact that beryllium is a soluble alloy additive. Beryllium has further a very low tendency to absorb thermal neutrons.

Det som kännetecknar den föreliggande uppfinningen är att skyddsskiktet på kapslingsrörets invändiga yta består av zirkonium innehållande 0,1-5 vikt- procent beryllium och att övriga i zirkoniumet i skyddsskiktet ingående ämnen utgöres av i zirkoniumsvamp av rektorkvalitet normalt förekommande föroreningar. Normala halter av föroreningarna i zirkonium av sådan kvali- tet är för syre 200-1200 ppm, för aluminium 75 ppm eller mindre, för bor 0,4 ppm eller mindre, för kadmium 0,4 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 1500 ppm eller mindre, för magnesium 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. Företrädesvis innehåller zirkoniumet i skyddsskiktet 0,1-2 viktprocent beryllium.What characterizes the present invention is that the protective layer on the inner surface of the enclosure tube consists of zirconium containing 0.1-5 percent beryllium and that the rest of the zirconium in the protective layer is included substances are normally found in zirconium fungi of principal quality pollutants. Normal levels of zirconium impurities of such quality for oxygen is 200-1200 ppm, for aluminum 75 ppm or less, for boron 0.4 ppm or less, for cadmium 0.4 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 1500 ppm or less, for magnesium 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, 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. Preferably the zirconium in the protective layer contains 0.1-2% by weight of beryllium.

Tjockleken hos skyddsskiktet uppgår lämpligen till 0,0Ä-0,32 mm och före- trädesvis till 0,05-0,1 mm. Skiktets tjocklek utgör lämpligen 5-40 % och företrädesvis 5-15 % av kapslingsrörets väggtjocklek. 3 469 997 Materialet i kapslingsröret har beskrivits inledningsvis. Till detta kan läggas att för Zircaloy 2 är sammansättningen 1,2-1,7 viktprocent tenn, 0,07-0,20 viktprocent järn, 0,05-0,15 viktprocent krom, 0,03-0,08 vikt- procent nickel och 0,09-0,16 viktprocent syre och för Zircaloy 4 1,2-1,7 viktprocent tenn, 0,18-0,24 viktprocent järn, 0,07-0,13 viktprocent krom och 0,09-0,16 viktprocent syre. Resten av legeringen i kapslingsröret utgöres av zirkonium och i zirkonium av reaktorkvalitet normalt före- kommande föroreningar, vilka redan beskrivits närmare. Kärnbränslet i bränslestaven utgöres företrädesvis av urandioxid.The thickness of the protective layer is suitably 0.0Ä-0.32 mm and gradually to 0.05-0.1 mm. The thickness of the layer is suitably 5-40% and preferably 5-15% of the wall thickness of the enclosure tube. 3 469 997 The material of the encapsulation tube has been described initially. To this can it is added that for Zircaloy 2 the composition is 1.2-1.7% by weight of tin, 0.07-0.20 weight percent iron, 0.05-0.15 weight percent chromium, 0.03-0.08 weight percent percent nickel and 0.09-0.16 weight percent oxygen and for Zircaloy 4 1.2-1.7 weight percent tin, 0.18-0.24 weight percent iron, 0.07-0.13 weight percent chromium and 0.09-0.16% by weight oxygen. The rest of the alloy in the housing tube consists of zirconium and in reactor grade zirconium normally present future pollutants, which have already been described in more detail. Nuclear fuel in the fuel rod is preferably uranium dioxide.

Uppfinningen skall förklaras närmare genom beskrivning av utföringsexempel under hänvisning till bifogade ritning, som visar ett tvärsnitt av en bränslestav enligt den föreliggande uppfinningen för en lättvattenreaktor.The 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.

Ett rör av en legering av zirkonium innehållande 1,0 viktprocent beryllium med en väggtjocklek av 1,25 mm och en ytterdiameter av 44 mm anordnas i ett rör av Zircaloy 2 med en väggtjocklek av 10 mm och en innerdiameter av 45 mm. De båda rören svetsas ihop vid rörens båda ändytor. Det så erhållna sammansatta röret strängpressas utan att underkastas någon uppvärmning. Den strängpressade produkten kallvalsas därefter i flera steg med mellanligg- ande rekristallisationsglödgningar vid omkring 650 OC och en slutglödgning efter sista valsningen vid omkring 525 OC, varvid en i figuren visad rörformad slutprodukt erhålles, bestående 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 en legering av zirkonium innehållande 1,0 viktprocent beryllium med en tjocklek av 0,07 mm. I figuren är även kärnbränslet inritat, vilket består av cirkulärcylindriska kutsar 3 av urandioxid staplade på varandra i kaps- lingsrörets axelriktning.A tube of an alloy of zirconium containing 1.0% by weight of beryllium with a wall thickness of 1.25 mm and an outer diameter of 44 mm are arranged in one pipes of Zircaloy 2 with a wall thickness of 10 mm and an inner diameter of 45 mm. The two pipes are welded together at both end surfaces of the pipes. That so obtained the composite pipe is extruded without being subjected to any heating. The the extruded product is then cold rolled in several steps with intermediate recrystallization annealing at about 650 ° C and a final annealing after the last rolling at about 525 ° C, one of which is shown in the figure tubular end product is obtained, consisting 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 an alloy of zirconium containing 1.0% by weight of beryllium with a thickness of 0.07 mm. The figure also shows the nuclear fuel, which remains of circular cylindrical urns 3 of uranium dioxide stacked on top of each other in capsules axial direction of the pipe.

Bränslestaven enligt uppfinningen är i första hand avsedd att användas i en reaktor med vatten som kylmedel.The fuel rod according to the invention is primarily intended for use in a reactor with water as coolant.

Claims (2)

469 997 PATENTKRAV469 997 PATENT REQUIREMENTS 1. Bränslestav för kärnreaktor omfattande ett kapslingsrör (1) av zirkoniumbaserad legering och ett i kapslingsröret inneslutet kärnbränsle (3), varvid på kapslingsrörets invändiga yta är anordnat ett skyddsskikt (2), som skyddar kapslingsröret mot spänningskorrosionssprickning, k ä n n e t e c k n a d av att skyddsskiktet består av zirkonium inne- hållande 0,1-5 viktprocent beryllium, varvid övriga i zirkoniumet i skydds- skiktet ingående ämnen utgöres av i zirkoniumsvamp av reaktorkvalitet nor- malt förekommande föroreningar.Fuel rod for nuclear reactor comprising a cladding pipe (1) of zirconium-based alloy and a nuclear fuel (3) enclosed in the cladding pipe, a protective layer (2) being arranged on the inner surface of the cladding pipe, which protects the cladding pipe against stress cracking. of zirconium containing 0.1-5% by weight of beryllium, the other substances included in the zirconium in the protective layer consisting of impurities normally present in reactor-grade zirconium fungi. 2. Bränslestav enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d av att zirkoniumet i skyddsskiktet (2) innehåller 0,1-2 viktprocent beryllium.Fuel rod according to claim 1, characterized in that the zirconium in the protective layer (2) contains 0.1-2% by weight of beryllium.
SE9200584A 1992-02-27 1992-02-27 Fuel rod for nuclear reactor SE469997B (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE9200584A SE469997B (en) 1992-02-27 1992-02-27 Fuel rod for nuclear reactor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE9200584A SE469997B (en) 1992-02-27 1992-02-27 Fuel rod for nuclear reactor

Publications (3)

Publication Number Publication Date
SE9200584D0 SE9200584D0 (en) 1992-02-27
SE9200584L SE9200584L (en) 1993-08-28
SE469997B true SE469997B (en) 1993-10-18

Family

ID=20385442

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SE9200584A SE469997B (en) 1992-02-27 1992-02-27 Fuel rod for nuclear reactor

Country Status (1)

Country Link
SE (1) SE469997B (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8320515B2 (en) 2006-08-24 2012-11-27 Westinghouse Electric Sweden Ab Water reactor fuel cladding tube

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8320515B2 (en) 2006-08-24 2012-11-27 Westinghouse Electric Sweden Ab Water reactor fuel cladding tube

Also Published As

Publication number Publication date
SE9200584D0 (en) 1992-02-27
SE9200584L (en) 1993-08-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
SE436078B (en) NUCLEAR REFUEL FUEL NUCLEAR REFUEL
US5026516A (en) Corrosion resistant cladding for nuclear fuel rods
US4675153A (en) Zirconium alloy fuel cladding resistant to PCI crack propagation
EP0155167B1 (en) Cladding tubes for containing nuclear fuel material
US4775508A (en) Zirconium alloy fuel cladding resistant to PCI crack propagation
US5024809A (en) Corrosion resistant composite claddings for nuclear fuel rods
US4986957A (en) Corrosion resistant zirconium alloys containing copper, nickel and iron
EP1052650B1 (en) Cladding for use in nuclear reactors having improved resistance to cracking and corrosion
US4613479A (en) Water reactor fuel cladding
SE510281C2 (en) Nuclear fuel capsule with a hydrogen-absorbing inner lining
CA1209726A (en) Zirconium alloy barrier having improved corrosion resistance
EP0195155A1 (en) Water reactor fuel cladding tubes
SE469997B (en) Fuel rod for nuclear reactor
US4933136A (en) Water reactor fuel cladding
EP0194797B1 (en) Water reactor fuel element cladding tube
Markelov et al. Providing durability in a LOCA design basis accident of fuel rod claddings made of electrolytic zirconium E110 alloy
SE422380B (en) Nuclear reactor fuel rod
CA1168769A (en) Fuel rod for a nuclear reactor
SE434316B (en) Fuel rod for nuclear reactor
SE441714B (en) Fuel rod for nuclear reactor
SE462308B (en) Nuclear fuel elements with composite casing containers and composite casing containers with zirconium and zirconium alloy cladding
SE436079B (en) Fuel rod for nuclear reactor
SE441791B (en) Nuclear reactor fuel rod
EP0195154B1 (en) Water reactor fuel cladding tubes
SE444093B (en) A fuel rod for a nuclear reactor

Legal Events

Date Code Title Description
NAL Patent in force

Ref document number: 9200584-2

Format of ref document f/p: F

NUG Patent has lapsed

Ref document number: 9200584-2

Format of ref document f/p: F