(57)【要約】      （修正有）【課題】沸騰水型原子炉（BWR）などの高温環境におけるジルコニウムベース要素の表面上において放射線増大腐食の量を減少させるための燃料棒アッセンブリ及び方法を提供する。【解決手段】ジルコニウムベース物質の第一要素３０を含む燃料棒アッセンブリが提供される。第一要素は、ジルコニウムベース物質とは異なる物質、例えばニッケルベース又は鉄ベース合金のような第二要素に接触又は隣接している。被膜３２は、第一要素の外表面３４に配置され、前記被膜は更に、被膜されていない前記第一要素と前記第二要素との間の電気化学腐食電位差に関連する前記第一要素及び前記第二要素の間の電気化学腐食電位差を減らすことに効果的である。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ジルコニウムベース物質からなる第一要素（３０、４２）と、
前記第一要素に接触または隣接して位置する前記ジルコニウムベース物質とは異なる物質からなる第二要素（２０、２５、２８）と、
前記第一要素の外表面（３４）に配置される被膜（３２）と、を含み、
前記被膜（３２）は、被膜されていない前記第一要素（３０、４２）と前記第二要素（２０、２５、２８）との間の電気化学腐食電位差に関連する前記第一要素（３０、４２）及び前記第二要素（２０、２５、２８）の間の電気化学腐食電位を減らすことに効果的であることを特徴とする燃料棒アッセンブリ（５）。
【請求項２】
前記被膜（３２）は、ＮｉＣｒＡｌＹ，  ＮｉＣｒ，  Ｃｒ２Ｏ３，  Ｃｒ３Ｃ２，  Ｎｉ，  ＦｅＣｒＡｌＹ，  ＦｅＣｒ，およびそれらの組み合わせからなるグループから選択される要素を含むことを特徴とする請求項１に記載の燃料棒アッセンブリ（５）。
【請求項３】
前記第一要素（３０、４２）は、被覆管（３０）又は燃料チャンネル（４２）の少なくとも一つであることを特徴とする請求項１に記載の燃料棒アッセンブリ（５）。
【請求項４】
前記第一要素（３０、４２）は、ジルコニウムベース合金を含み、前記第二要素（２０、２５、２８）は、スペーサー（２０）、停止部材（２５）、バネ（２８）の少なくとも一つであり、第二要素（２０、２５、２８）は、ニッケルベース合金又は鉄ベース合金を含むことを特徴とする請求項１に記載の燃料棒アッセンブリ（５）
【請求項５】
燃料棒（１６）アッセンブリ内部で放射線増大腐食の量を減少させるための方法であって、
前記燃料棒アッセンブリ（５）の第一要素の外表面（３４）に被膜を塗布して、前記外表面（３４）に被膜（３２）を形成する工程を含み、
前記第一要素は、ジルコニウムベース物質を含み、
前記被膜（３２）は、被膜されていない前記第一要素（３０、４２）と前記第二要素（２０、２５、２８）との間の電気化学腐食電位差に関連する前記第一要素（３０、４２）及び前記第二要素（２０、２５、２８）の間の電気化学腐食電位差を減らすことに効果的であって、
前記第二要素は、前記第一要素に接触または隣接し、前記第二要素は、前記ジルコニウムベース物質とは異なる物質を含むことを特徴とする、放射線増大腐食の量を減少させるための方法。
【請求項６】
前記被膜（３２）は、ＮｉＣｒＡｌＹ，  ＮｉＣｒ，  Ｃｒ２Ｏ３，  Ｃｒ３Ｃ２，  Ｎｉ，  ＦｅＣｒＡｌＹ，  ＦｅＣｒ，およびそれらの組み合わせを含むグループから選択される要素を含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記被膜（３２）は、ＮｉＣｒＡｌＹ又はＦｅＣｒＡｌＹの少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記第一要素（３０、４２）は、被覆管（３０）又は燃料チャンネル（４２）の少なくとも一つであることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項９】
前記第二要素（２０、２５、２８）は、スペーサー（２０）、停止部材（２５）、バネ（２８）の少なくとも一つであり、第二要素（２０、２５、２８）は、ニッケルベース合金又は鉄ベース合金を含む請求項５に記載の方法。
【請求項１０】
前記塗布工程は、溶射工程、プラズマ噴射蒸着工程、ワイヤーアーク被膜工程、化学蒸着工程、電子ビーム物理蒸着、スパッタリング、パルスレーザー蒸着、電気メッキ、電気泳動析出、無電解析出の少なくとも一つにより行われることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般的に、沸騰水型原子炉（BWR）などの高温環境におけるジルコニウムベース要素の表面上において放射線増大腐食の量を減少させるための燃料棒アッセンブリ及び方法に関する。
【０００２】
周知の沸騰水型原子炉は、大型の中央炉心を備えている。典型的な構造では、液体冷却液／減速材が下部から炉に流れ込み、水流混合物として炉の上部から流出する。炉心は多数の隣り合う燃料集合体を含む。水は、炉心の下に位置する高温プレナムから燃料集合体支持鋳造を介して各燃料集合体に導入される。分散流量の中で個々の燃料集合体を介して通過する水は、蒸気を発生させるために加熱され、蒸気は、エネルギー発生のために二相水蒸気混合液から抽出される蒸気として炉心の上部から流出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国発行特許第７２６４７７０号
【特許文献２】米国発行特許第６１２８３６１号
【特許文献３】米国発行特許第５７９３８３０号
【特許文献４】米国発行特許第５５３３０７７号
【特許文献５】米国発行特許第５４６９４８１号
【特許文献６】米国発行特許第５２６８９４６号
【特許文献７】米国発行特許第４９９０３０３号
【特許文献８】米国発行特許第４８８０５９７号
【特許文献９】米国発行特許第４６９５４７６号
【特許文献１０】米国公開特許出願２００６−４５２３２
【特許文献１１】米国公開特許出願２００６−１８８０５６
【非特許文献１】Shadow Corrosion Mechanism of Zircaloy, SKI Report 2004:28, Mats Ullberg, Gunnar Lysell, Ann-Charlotte Nystrand, ISSN 1104-1374 ISRN SKI-R-04128-SE
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般的に、各燃料集合体は、直立燃料棒のマトリックスを含む。燃料棒は密封された筒であり、各燃料棒は核反応中に蒸気を発生する電力を生成する核分裂性物質を含んでいる。直立燃料棒のマトリックスの上部は、いわゆる上部タイプレートに位置している。この上部タイプレートは、少なくともいくつかの燃料棒を縦並列の配列で保持する。いくつかの燃料棒は、上部タイプレート及び対応する下部タイプレートの両方に接続されてもよい。上部及び下部タイプレートの間には、燃料費に対する水減速材の改良のための同梱の水ロッド（或いは同等の装置）が、具体的には燃料集合体の上部の高空隙比地帯に一般的に存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
更に、燃料集合体は約７個又は８個の燃料棒スペーサーを燃料集合体の長さに従って様々な高さに有している。それらのスペーサーは、燃料棒が長くて（約１６０インチ、およそ３９２センチメートル）細長い（直径約０．４〜０．５インチ、およそ１．３センチメートル）ため、及び燃料集合体内において燃料棒が流量力学および原子力発電下で衝突する場合があるため必要とされる。スペーサーは一般的に格子状をしており、各燃料棒の個々の高さにおいて適格な抑制を提供する複数の個別のスペーサーセルを含んでおり、従って燃料棒同士の衝突を防ぎ、最適な動作のために燃料集合体の長さにわたって燃料棒が互いに均一の間隔で維持される。更に、隣接したスペーサーセルは、スペーサーセルの停止部材において隣接する燃料棒に逆方向にバイアスをかける通常バネにより結合されている。
【０００６】
新しいスペーサーの設計において、スペーサー及び停止部材は、好ましくはニッケルベース合金、例えばインコネル（Inconel)もしくはＸ−７５０、又は鉄ベース合金、例えば３０４ＳＳなどから形成される。その一方で、被覆管をジルコニウムベース合金から生成することが一般的には所望されていることが分かっている。ニッケルベース合金のスペーサーは、ジルコニウムベース物質がそこに隣接して位置しているとき、放射線増大腐食、例えばシャドー腐食を示す場合があることが時折観察されている。この強化腐食は、シャドーイング要素のすぐ隣で発生するジルコニウムベース要素上で強化腐食の領域となって現れる“シャドー効果”と呼ばれるものによって明らかにされている。
【０００７】
本発明の一つの観点に従って、ジルコニウムベース物質とは異なる物質を含む第二要素に接触又は隣接して位置するジルコニウムベース物質を含む第一要素を含む燃料棒アセンブリが提供される。被膜は第一要素の外表面に配置され、被覆管及び被膜されていない第二要素間の電気化学腐食電位（electrochemical corrosion potential ：ECP）差に関連する第一要素及び第二要素間の電気化学腐食電位差を軽減する効果がある。
【０００８】
本発明のその他の観点において、第一及び第二要素を含む燃料棒アッセンブリ内の放射線増大腐食の量を減少させるための方法が提供される。その方法において、第一要素はジルコニウムベース物質を含み、第二要素はジルコニウムベース要素とは異なる、例えばニッケルベース合金、例えばＩｎｃｏｎｅｌ又はＸ−７５０、又は鉄ベース合金、例えば３０４ＳＳを含む。第二要素は、第一要素に接触または隣接して位置している。その方法は、第一要素の外表面に被膜を生成するために塗布する方法を含む。その被膜は被覆管及び被膜されていない第二要素間の電気化学腐食電位差に関連する第一要素及び第二要素間の腐食電位差を軽減する効果がある。
【０００９】
本発明のその他の特徴、観点及び利点は、以下の明細書をパーツなどを代表する特徴の添付の図面を参照し解読することにより更に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に従って消耗抑制被膜を有する燃料棒を含む燃料アッセンブリの部分概略の斜視図である。
【図２】一般的なスペーサーのスペーサーセルの一部の上面図である。
【図３Ａ】一般的なバネを有する一対のスペーサーセルの上面及び立面図である。
【図３Ｂ】一般的なバネを有する一対のスペーサーセルの上面及び立面図である。
【図４】本発明に従った燃料棒の内部に被膜がされた被覆管の断面図である。
【図５】０４−ＳＳ，  Ｘ−７５０，  Ｚｉｒｃａｌｏｙ−２，  及びＮｉＣｒＡｌＹ−ｃｏａｔｅｄ  Ｚｉｒｃａｌｏｙ−２の電位腐食値（ＥＣＰ値）を比較したグラフである。
【図６】０４−ＳＳ，  Ｘ−７５０，  Ｚｉｒｃａｌｏｙ−２，  及びＦｅＣｒＡｌＹ−ｃｏａｔｅｄ  Ｚｉｒｃａｌｏｙ−２の電位腐食値（ＥＣＰ値）を比較したグラフである。
【図７】本発明の一つの観点に従った抑制ブレード及び関連した燃料アッセンブリの斜視図である。
【符号の説明】
【００１１】
５  燃料棒アッセンブリ
１０  燃料棒集合体
１２  上部タイプレート
１４  下部タイプレート
１６  燃料棒
１８  水ロッド
１９  チャンネル構造
２０  スペーサ
２２  スペーサセル
２４  スペーサバンド
２５  停止部材
２６  格子
３０  被覆管
３２  被覆
３４  外表面
３６  コア
３８  核分裂性物質
４０  コントロールブレード
４２  燃料チャネル
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１を参照すると、燃料アセンブリは参照数字５により一般的に図示されており、また通常複数の燃料集合体１０を有している。代表的な燃料集合体１０は、上部タイプレート１２と、下部タイプレート１４とを含み、それらの間に複数の燃料棒１６を含むことが示される。沸騰水型原子炉アセンブリの場合において、燃料集合体１０は、一つかそれ以上の水ロッド１８を有していてもよい。複数のスペーサー格子又はスペーサー２０は、タイプレート１２及び１４の間に燃料棒１６の長さに沿って配置される。沸騰水型原子炉アセンブリの場合では、燃料集合体１０は燃料棒１６及びスペーサー２０を囲むチャンネル構造１９を含んでいてもよい。
【００１３】
一般的に更に、燃料集合体は約７個又は８個の燃料棒スペーサーを燃料集合体の長さに従って様々な高さに有している。それらのスペーサーは、燃料棒が長くて（約１６０インチ、およそ３９２センチメートル）細長い（直径約０．４〜０．５インチ、およそ１．３センチメートル）ため、燃料集合体内で流量力学及び原子力発電下で燃料棒が衝突する場合があるため必要とされる。スペーサーは各燃料棒の個々の高さにおいて適格な抑制をし、燃料棒同士の衝突を防ぎ、最適な動作のために燃料集合体の長さに沿って燃料棒１６が互いに均一の管格で維持される。
【００１４】
図２は、互いに及び格子２６を構成するようにスペーサーバンド２４に溶接された複数のスペーサーセル２２からなる代表的なスペーサー２０の上面図である。更に、図３Ａ及び図３Ｂで示されるように、各隣接する一対のスペーサーセル２２は、スペーサーセルの停止部材２５において隣接する燃料棒に逆方向のバイアスをかける通常バネ２８により結合される。図３Ａの３Ｂ線における図３Ｂにおいて、バネ２８と燃料棒１６との間の干渉はより明確に描写される。本実施形態において、バネ２８は燃料棒１６に滑り接触しながら、数キログラムの力を各燃料棒１６の表面に与える。
【００１５】
図４を参照すると、被膜３２を外表面３４上に被膜したジルコニウム合金被覆管３０を含む燃料棒１６が示される。被覆管３０はまた、多量の核分裂性物質３８を有するコア３６を有する。燃料棒１６は、被覆管３０及び核分裂性物質３８の間に優れた熱接触と、最小の寄生的中性子吸収と、高速の冷却剤の流れにより時折引き起こされる湾曲及び振動に対する抵抗と、を提供するように設計される。核分裂性物質３８は、一般的に複数の核分裂可能な及び／又は核分裂性アイソトープに転換可能な物質の燃料ペレットからなる。核燃料は、例えばシリンダー型ペレット、球状又は小粒子のような様々な形状を有していてもよい。ウラン化合物、トリウム化合物、またはそれらの混合物を含む様々な核燃料が使用される。一つの代表的な燃料は、ニ酸化ウラン又はニ酸化ウラン及び酸化プルトニウムからなる混合物である。
【００１６】
被覆管３０は、ジルコニウムベース合金（但しそれに限定されない）のようなジルコニウムベース物質から一般的に形成される。標準状態下で、ジルコニウムベース物質は、低い中性子吸収断面積を有し、３５０℃以下の温度において強く、延性で、極めて安定しており、そして脱塩水または蒸気の存在下で比較的非反応であるため核燃料被覆に優れている。一つの実施形態において、ジルコニウムベース物質は、ＧＮＦ＿Ｚｉｒｏｎ，  Ｚｉｒｃａｌｏｙ−２，  Ｚｉｒｃａｌｏｙ−４，  Ｚｒ−Ｎｂ  ａｌｌｏｙ、及びそのような物質などのＳｎ、Ｆｅ、Ｃｒ、又はＮｂの様々な合金要素からなるジルコニウムベース合金である。ジルコニウム合金は、耐腐食ジルコニウムベース合金物質の特定の族である。それらは、スズ、鉄、クロミウム、及びニッケルであるバランスで、９８〜９９重量％のジルコニウムからなる。“Ｚｉｒｃａｌｏｙ−２”  と  “Ｚｉｒｃａｌｏｙ−４”とは、幅広く被膜に使用される二つのジルコニウムベース合金である。Ｚｉｒｃａｌｏｙ−２は、重量ベースで約１．２から１．７パーセントのスズ、０．０７から０．２０パーセントの鉄、０．０５から０．１５パーセントのクロミウム、及び０．０３から０．０８パーセントのニッケルを有する。Ｚｉｒｃａｌｏｙ−４は、基本的にニッケルと有しておらず、約０．２１％の鉄を有しているが、実質的にはＺｉｒｃａｌｏｙ−２に類似している。
【００１７】
被覆管３０のジルコニウムベース物質とは異なる物質から形成される第二要素は、一般的な沸騰水型原子炉又は加圧水型原子炉の被覆管３０に接触しているか又は隣接して位置している。“隣接した”とは、第一要素、例えば被覆管３０は、以下で説明されるように、二つの要素の間に電位差が形成される第一要素とは異なる物質から形成された第二要素からの距離内であるという意味である。沸騰水型原子炉の場合、シャドー腐食は、被覆管３０が例えば第二要素の５ｍｍ内に配置されたときに、通常発生する。一つの実施形態において、第二要素とは、上述されたように一つかそれ以上のスペーサー２０、停止部材２５、またはバネ２８である。あるいは、第二要素は、上述されたスペーサーとは異なるデザインのスペーサー、スペーサーバネ、抑制棒ブレード、ネジ継ぎ手、上部及び下部プレート、コア格子、沸騰水型原子炉又は加圧水型原子炉における燃料アッセンブリ又は原子炉のいかなる他の基本となる要素の一つかそれ以上であってもよい。スペーサー２０、停止部材２５、及び／又はバネ２８はその機械的強度と剛性により、一般的にはニッケルベース合金から形成される。適したニッケルベース合金は、Ｉｎｃｏｎｅｌ  Ｘ−７５０またはＸ−７１８を含む。あるいは、第二要素は、３０４または３１６ステンレススチール（ＳＳ  ３０４またはＳＳ  ３１６）のような鉄ベース合金からなってもよい。
【００１８】
上述した構成において、例えば被覆管３０のようなジルコニウムベース合金は、少なくとも電食に影響を受けやすく、結果として構造的な損傷が生じる。電食は、金属表面における陽極から陰極地帯への電子の流れによって引き起こされる。電気化学電位腐食は、腐食現象が起こる熱力学的傾向の基準であり、電食のレートを測定する基本パラメータである。電気化学電位腐食はまた、電解質に配置された金属表面上の様々な酸化及び減少反応の動力バランスとみなされる。電気化学電位腐食は、例えば溶解酸素のような酸化体の濃度を下げることにより、減少される場合がある。しかしながら、高温環境（例えば沸騰水型原子炉環境）において高温水は、要素の増加電気化学電位腐食を促進する過酸化水素と酸素となどの酸化種の濃度を上昇させる場合がある。
【００１９】
例えば被覆管３０のような高温環境における第一要素は、一般的にジルコニウムベース物質から形成されており、第二要素がＸ−７５のような異なる物質であるとき、被覆管３０に接触または隣接して位置する第二要素より著しく異なる腐食電位を有する。二つの隣接する金属の電気化学腐食電位に差異が存在するとき、荷電粒子が一つの金属（例えばジルコニウム合金）から他の金属（例えばＸ−７５０のようなニッケルベース合金）に伝達されたところで電位差またはガルバーニ電池が生じる。結果は金属の一部の腐食であり、この場合においては第一要素（被覆管３０）のジルコニウムベース合金である。具体的には核環境にあるように放射線の存在下においては、電気化学腐食電位差が大きくなると腐食のための電位も大きくなる。
【００２０】
発明者は意外にも、例えば被覆管３０のような第一要素の外表面３４への被膜３２の塗布は、第一要素（被覆管３０）とジルコニウムベース物質とは異なる物質から形成された第二要素との電気化学腐食電位の差を減らすことを発見した。例えばX-750から形成されるスペーサー２０、停止部材２５、及び／又はバネ２８のような対応する第二要素上へ提供するように、例えば本発明の被膜３２は例えば約１０％以内で、同じまたは近似値の電子化学腐食電位を被覆管３０上へ供給することに効果がある。結果として、被膜３２の塗布は、例えばシャドー腐食などの放射線増大腐食への要素の感受性を減少させる場合がある。一つの実施形態において、被膜３２は、ＮｉＣｒＡｌＹ，  ＮｉＣｒ，  Ｃｒ２Ｏ３，  Ｃｒ３Ｃ２，  Ｎｉ，  ＦｅＣｒＡｌＹ，  ＦｅＣｒ，およびこれらの混合物からなるグループから選択される少なくとも一つの要素からなる。具体的な実施形態において、被膜はＮｉＣｒＡｌＹ及び／又はＦｅＣｒＡｌＹの少なくとも一つからなる。
【００２１】
被膜３２は、約０．１μｍから約１０ミル（２５０μｍ）の厚さを有していてもよく、また一つの実施形態においては、約２ミルから約３ミル（５１μｍから７６μｍ）である。更に、被膜３２は被覆管３４の外表面３４のシャドー腐食が起こると予測されている一つかそれ以上の領域又は地帯に塗布されてもよい。一つの実施形態において、スペーサーに隣接している被覆管の領域に塗布される。随意的に、被膜３２はさらに付随的な強度、耐摩耗性、及び／又は皮膜３２への接着特性を提供するために延性金属を含んでいてもよい。
【００２２】
図５は、Ｚｉｒｃａｌｏｙ−２，  ３０４  Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ  Ｓｔｅｅｌ，  Ｘ−７５０  及びＮｉＣｒＡｌＹ−ｃｏａｔｅｄ  Ｚｉｒｃａｌｏｙ−２を含む様々な金属の電気化学腐食電位を示したものである。見受けられるように、Ｚｉｒｃａｌｏｙ−２及びＸ−７５０は顕著な異なる電気化学腐食電位を有する。しかしながら、Ｚｉｒｃａｌｏｙ−２を被膜するＮｉＣｒＡｌＹは、被覆管３０（被膜３２が被膜されている時）の電気化学腐食電位をＸ−７５０及び３０４ステンレススチールの値に近づけるように変化させる。また、図６はＺｉｒｃａｌｏｙ−２，  ３０４  Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ  Ｓｔｅｅｌ，  Ｘ−７５０  ａｎｄ  ＦｅＣｒＡｌＹ−ｃｏａｔｅｄ  Ｚｉｒｃａｌｏｙ−２様々な金属の電気化学腐食電位を示したものである。ＮｉＣｒＡｌＹ被膜に関して上述したものと同じ方法で、Ｚｉｒｃａｌｏｙ−２を被膜するＦｅＣｒＡｌＹ被膜３２は、被覆管３０（被膜３２が被膜されている時）の電気化学腐食電位をＸ−７５０及び３０４ステンレススチールの値に近づけるように変化させる。この方法において、被膜３２は異種金属の電気化学腐食電位（ＥＣＰ）勾配を除去するあるいは著しく減少させるので、プラント稼動中に促進することで知られる放射線誘導腐食（例えばシャドー腐食）を除去する。更に、被膜３２は、例えば、ジルコニウム合金被覆管３０及び高温水環境で異なる物質から形成される例えばスペーサー２０、停止部材２６及び／又はバネ２８などの第二要素のガルバニック結合を可能にすることがない又は著しく減少させる。
【００２３】
更に他の実施形態において、被膜３２は、コントロールブレード４０と対応する燃料チャンネル４２との間の電位差を減らすために、その要素４２、４４が異なる物質から生成されているとき、一つかそれ以上の燃料チャネル４２に隣接するコントロールブレード４０に塗布されてもよい。その一般的な配置において、図７に示されるように、コントロールブレード４０は、４つの燃料集合体１０からなる上述されたように、燃料アセンブリ５と関連している。燃料集合体１０は、上に示され上述されたように燃料棒１５と垂直に間隔をとるスペーサー２０とを含む。燃料チャネル４２は各燃料集合体１０を囲み、燃料集合体１０の間の十字の切込みを決定する。
【００２４】
本発明の一つの実施形態において、燃料チャネル４２（第一要素）は上述されたようにジルコニウムベース物質（例えばジルコニウム合金）からなってもよく、一方でコントロールブレード４０は、例えばニッケルベース又は鉄ベース物質のような、異なる物質によって形成されてもよい。本実施形態において、一つかそれ以上の燃料棒４２の全て又は一部が本発明の被膜３２によって、コントロールブレード４０上のように被膜燃料チャネル４２上に同等又は類似した例えば１０％以内の電気化学腐食電位を提供するために被膜されてもよい。一つの実施形態において、被膜３２は、ＮｉＣｒＡｌＹ，  ＮｉＣｒ，  Ｃｒ２Ｏ３，  Ｃｒ３Ｃ２，  Ｎｉ，  ＦｅＣｒＡｌＹ，  ＦｅＣｒ，またはそれらの組み合わせからなる部ループから選択された要素の少なくとも一つからなる。具体的な実施形態において、被膜はＮｉＣｒＡｌＹ及び／又はＦｅＣｒＡｌＹからなる。或いは、被膜３２は、燃料棒アッセンブリ５のジルコニウムベース合金要素、又はそれらの間に電位差を引き起こす異なる物質から形成される要素に隣接する或いは接触する原子炉に塗布されてもよい。
【００２５】
一般的に、シャドー腐食抑制被膜３２は、被覆管３０又は被覆管に塗布される物質によって決定する周知のプロセスを使用して、その他のいかなるジルコニウムベース要素（例えばコントロールブレード４０）に塗布されてもよい。例えば、被膜３２が図４に示される単一層からなる場合、被膜３２は溶射ガン及び単一層を生成するのに特定のパラメータを使用して塗布されてもよい。一つの実施形態において、被膜３２のための物質は、高速ガスフレーム溶射（ＨＶＯＦ、ＨＶＡＦ）またはそれらの組み合わせのような溶射工程を使用して塗布されてもよい。これらの工程は例えば被膜物質の粒子の被覆管３０への接着及び被膜を形成するための相互接着を引き起こす。例えば、ＨＶＯＦ工程に使用される温度は約３０００Ｋであって、５μｍから約３５μｍの平均粒子サイズの金属粒子に対して約４５０ｍ／ｓの平均粒子速度である。
【００２６】
ＨＶＯＦ溶射スプレー工程において、高速噴射を実現するために異なる方法を使用するいくつかのＨＶＯＦガンが存在する。一つの方法は、基本的にはＨＶＯＦ燃焼チャンバで冷却される高圧水および長いノズルである。その方法において、燃料（ケロシン、アセチレン、プロピレン及び水素）及び酸素が炉に供給される。燃焼は、速度を上げながらノズルを下降される高温高圧フレームを生成する。例えば被膜３２の物質のような粉末は、高温下でＨＶＯＦ燃焼チャンバに軸方向に供給されてもよく、または圧力が低い箇所でラバルノズルの側面を通って供給されてもよい。
【００２７】
その他のＨＶＯＦ方法は、高温燃焼ノズルとエアキャップとの単純なシステムを使用する。燃料ガス（例えば、プロパン、プロピレン、又は水素）及び酸素は高圧で供給され、燃焼はノズルの外だが圧縮空気が供給されるエアキャップの内部で発生する。圧縮空気はフレームを制限及び加速し、ＨＶＯＦガンの冷却剤の役割を果たす。粉末は、ノズルの中心から軸方向に高圧で供給される。溶射工程は、一般的に高温フレームにおいて粒子の酸化を最小にするが、密度の高い被膜を形成するために被覆の表面に被膜するための充分なエネルギーを有している。
【００２８】
その他の実施形態において、被膜は当業者に周知されているようなプラズマ噴射工程を使用して塗布されてもよい。プラズマ噴射工程は一般的に、被膜を供給するために表面に融解又は熱により軟化された物質を噴射することにより塗布される。粉末状の被膜物質は、急速に加熱され高速に加速される極めて高温のプラズマフレームに注入される。例えば、プラズマトーチのフレーム温度は約１５０００Ｋである。高温物質は、基板表面に衝突し、被膜を形成しながら急速に冷却する。基板の温度は工程の間、損傷、治金的変化、及び基板物質の歪みを避けるため低温に保たれることができるように、正確に行われたこのプラズマ噴射工程は、（被膜される基盤に関連する）“冷却工程”と呼ばれてもよい。
【００２９】
一つの実施形態において、両者とも水冷式である銅陽極及びタングステン陰極からなるプラズマ噴射ガンが使用され、プラズマガス（アロゴン、ニトロゲン、水素、ヘリウム）は圧縮ノズルの形状をした陽極を介し陰極の周囲を流れる。プラズマは、陽極と陰極との間に局所イオン化及びＤＣアークのための伝導性パスを引き起こす高電圧放電により開始される。アークからの抵抗加熱は、ガスが極端な温度に達すること、分離すること、及びプラズマを構成するためにイオン化することを引き起こす場合がある。プラズマは、自由又は中性プラズマフレーム（電流を保持しないプラズマ）として陽極ノズルから流出し、アークが被膜される表面まで及ぶ場合にはプラズマ移行アーク被膜工程とは全く異なる。プラズマが安定され噴射の用意がなされた時点で、陽極ノズルの最も近い端部でショートする代わりに電気アークはノズルまで及ぶ。アークの伸びは、熱ピンチ効果によるものである。電気的に非伝導性の水冷陽極ノズル表面の周辺の冷却ガスは、自体の温度と速度を引き上げるプラズマアークを抑える。被膜物質は通常、陽極ノズル出口の近くに搭載された外部パウダーポートを介してプラズマフレームに供給される。その粉末は急速に加熱され加速されるので、噴射距離は約２５ミリメートルから約１５０ミリメートル（約０．９８４インチから約５．９０６インチ）程度となる。
【００３０】
他の実施形態において、被膜３２はワイヤーアーク被膜工程で塗布されてもよい。ワイヤーアーク被膜工程において、電位を有する二つのワイヤーは、約２０度の角度にまとめられる。電流はワイヤーを通して引かれ、被膜物質がワイヤーの接触ポイントに塗布されるように融解する。散布ガスは、低速で基板に溶解粒子を推進させる。
【００３１】
また、被膜３２は、当業者によって知られている技術、例えば化学的蒸着（ＣＶＤ）、電子ビーム物理蒸着、スパッタリング、パルスレーザー蒸着、電気メッキ、電気泳動析出、無電解析出、又はその他の適当な方法などを使用して塗布されてもよい。
【００３２】
本明細書は、本発明を開示するために、また当業者が本発明を使用できるように最良の形態実施例を用いている。本発明の特許取得可能な範囲は、特許請求の範囲により定義されており、また当業者により生じるその他の実施例も含む場合がある。そのような実施例は、もしそれらが構造要素及び／又は特許請求の範囲の文字通りの言語から逸脱することない運用関係を有するとき、またはもしそれらが同等の構造要素及び・又は文字通りの言語からの実体の無い差異の運用関係を有する時、特許請求の範囲内であると意図される。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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