[发明专利]轻水反应堆燃料棒的包壳

说明书

一种用于轻水反应堆的燃料棒包壳(4)，包括：芯(16)，其包括由纯钼或由钼基合金组成的基体；和外保护层(18)，所述外保护层(18)选自：‑沉积在所述芯(16)的外表面上的铬基涂布(20)，所述铬基涂布(20)包括由纯铬或由铬基合金组成的至少一个铬基涂布层(24)；‑通过将铬从芯(16)的外表面扩散到芯(16)中而获得的铬基扩散层(22)；‑一系列的通过将铬从芯(16)的外表面扩散到芯(16)中而获得的铬基扩散层(22)和由沉积在所述芯(16)的外表面上的铬或铬基合金组成的铬基涂布(20)。

【技术领域】

本发明涉及用于轻水反应堆的核燃料棒的包壳管(“cladding tube”)。

【背景技术】

旨在用于轻水反应堆(LWR)的核燃料棒的包壳管通常由锆基合金制成。这种合金在核反应堆的正常操作条件下实现高度可靠的性能。但是，在严重事故情况下，特别是在没有安全注入的情况下发生冷却剂的损失事故时，它们可能具有很差的表现。事实上，在高压蒸汽条件下，锆合金包壳会经历快速氧化或腐蚀，产生强烈的热量和氢气。在高温下，特别是在事故条件下可能发生的高于800℃的温度下，锆合金包壳可能进一步遭受其抗张强度和蠕变强度的降低，这可能造成变形甚至燃料棒的爆裂，这会影响反应堆芯的可冷却性。

专利申请US2015/0063522公开了包括由钼或钼基合金组成的芯的核燃料棒包壳。包壳进一步包括形成在芯的外表面上并由锆基合金或由包含不锈钢的铝组成的保护涂布。通过诸如物理气相沉积(PVD)、惰性气体喷雾、真空等离子喷涂、高速氧燃料(HVOF)或高速空气燃料(HVAF)之类的涂覆处理将保护涂布沉积在芯的外表面上。

这种燃料棒包壳并不完全令人满意。

实际上，涂布对抗腐蚀的防护表现取决于其组成以及其微观结构。特别地，在燃料组件寿命期间，在包壳表面的每个位置处涂布的组成应当在特定范围内并且保持在该特定范围内。

如US2015/0063522中所公开的，使用诸如HVOF、HAVF、PVD、惰性气体喷雾或真空等离子喷涂之类的沉积方法，用于沉积由锆基合金或由包含不锈钢的铝组成的保护涂布，并不能保证实现允许令人满意的抗腐蚀保护的化学组成和微观结构。

特别是，当使用这种沉积方法，利用锆基合金或包含不锈钢的铝来涂覆部件时，难以保证涂布组合物在包壳的整个表面上以及在整个沉积处理期间的均匀性。

作为替换，US2015/0063522还公开了通过机械共同还原(例如通过共挤出、共研磨或共同拉伸)来制造包壳管。然而，使用这种方法，难以在包壳的所有层中获得想要的微观结构。

实际上，对于芯材料和外部保护材料两者而言，机械和热处理条件一般不能被优化。

由于以下原因，使用锆基合金或包含不锈钢的铝，用于保护钼芯以防腐蚀进一步不令人满意。

在核反应堆操作期间从包含不锈钢涂布的铝的氧化得到的氧化铝缓慢地溶解在300℃以上的水中。在正常的操作条件下，这将导致包含不锈钢涂布的铝的表面处的铝含量下降，并且因此导致腐蚀保护的损失。另外，氧化铝在照射下膨胀，可能导致保护涂布中的裂纹并因此也导致腐蚀保护的损失。

锆就其本身而言与高温蒸汽发生放热反应以产生大量的氢气和热量。因此，与传统的锆基包壳相比，锆基合金保护层在严重事故条件下，并不会增加操作裕度。

因此，利用US2015/0063522中公开的保护涂布，存在氧化和腐蚀不再受到有效保护的钼芯层的风险，这可能最终造成包壳完整性的损失。

【发明内容】

本发明的一个目的是提供在正常和事故条件下具有改善的表现的燃料棒包壳管。

为此，本发明涉及一种用于轻水反应堆的燃料棒包壳，其包括：

芯，其包括由纯钼或由钼基合金组成的基体；和