燃料被覆管
マグノックス(マグネシウム合金の一種)は、原子炉での400°Cを超える高温高圧に耐えうる材質として開発された合金で、マグネシウムにベリリウムを0.1 %を加えたものである。燃料として天然ウランを装填できる黒鉛減速炉の燃料被覆材として用いられてきたが、近年ではジルコニウム合金に置き換えられるようになった。
マグネシウム合金は水に弱いため、冷却材に軽水を使用する軽水炉では、被覆管に穴が開いてしまう恐れがあることから使用されない。
金属元素中で最小の中性子吸収断面積をもつ、ジルコニウムを主成分としてスズ・鉄・クロム・ニオブなどを添加した合金である。現在、実用されているのはジルコニウムに、スズ・鉄・ニッケル・クロムなどが含まれている「ジルカロイ-2」と、スズ・鉄・クロムなどが含まれている「ジルカロイ-4」である。燃料被覆材としては非常に優れた特性を有するため、現在多くの軽水炉(ジルカロイ2は沸騰水型軽水炉、ジルカロイ4は加圧水型軽水炉)で利用されている。
中性子の吸収が少ないのはジルコニウムの特性で、鉄、スズ、クロムなどの材質は、ジルコニウムの耐食性を向上させるために加えられる。なお、核燃料の高燃焼度化対応として、加圧水型軽水炉の被覆管では、スズの量をジルカロイ4の規格値よりも減らし、ニオブを加えた新しい合金が実用化されている。軽水炉に使用する被覆管については、化学分析、外観、内径・外径・肉厚、結晶粒度、水素化物方向係数(Fn値)、引張強度等が検査されて規格に適合したものが使用される。被覆管は、燃料ペレットおよびバネを入れた後、内部にヘリウムガスを入れて、上下に端栓を溶接して燃料棒にする。燃料棒は、放射線透過試験(端栓の溶接部に欠陥がないことの確認等)、超音波探傷(被覆管自体に欠陥がないことの確認等)、渦電流探傷、内部に封入したヘリウムのリークがないことの確認のための検査が行われる。