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{{出典の明記|date=2011年3月}}
'''燃料被覆管'''（ねんりょうひふくかん、[[英語]]：fuel cladding）とは、[[原子炉]]で[[燃料ペレット|核燃料]]が放出される[[放射性物質]]を、外部に漏らさないように封じ込めるために用いられるもので、原子炉の多重防護（[[5重の壁]]）の一つとされる。

また、燃料被覆管の中に[[燃料ペレット]]を一列に積み重ねて挿入したものを、燃料棒という。被覆材には数種類あり、炉心温度や、使用する[[冷却材]]に合わせて使い分けられる。

燃料被覆管に用いる材料は、内側からの高圧および高温に耐え、冷却材との[[化学反応]]を起こさない材質が望ましい。内側からの[[圧力]]は、製造時に充填された[[ヘリウム]]等の[[不活性気体]]および[[燃料ペレット]]から放出される気体の[[核分裂反応|核分裂]]生成物によるものであるが、通常運転条件では気体核分裂生成物の寄与は小さい。燃焼初期は内側からの[[圧力]]に比べ外側の冷却材[[圧力]]の方が大きいため、燃料被覆管の直径はクリープ変形により小さくなる。燃焼が進むと、やがて燃料被覆管と[[燃料ペレット]]は接触する。さらに燃焼が進むと、[[燃料ペレット]]の[[スエリング]]により燃料被覆管の直径は増加に転じる。

また、[[核分裂反応]]を継続させる上で重要な[[熱中性子]]を吸収しないこと、[[熱伝導率]]が高いこと、加工性がよいこと、[[再処理工場|燃料の再処理]]が容易に行えること等も重要な条件である。

== 材料 ==
以下の材料が使われる
* [[アルミニウム合金]]
* [[マグネシウム合金]]
* [[ステンレス鋼]]
* [[ジルカロイ|ジルコニウム合金]]（ジルカロイ）

日本の発電用原子炉で主に使用されているのは、ジルコニウム合金である。

=== アルミニウム合金 ===
[[アルミニウム]]の[[融点]]は660℃で、高温を伴う原子炉で使用すれば容易に溶けてしまう上、温度上昇により強度が著しく損なわれるという弱点がある。実験用原子炉の場合、熱出力が小さいため、炉心が高温に晒されることが少ない。よって、中性子の吸収を極力抑え、高温に耐える必要のない材質として、アルミニウム合金を使用する場合がある。

=== マグネシウム合金 ===
[[マグノックス]]（マグネシウム合金の一種）は、原子炉での400℃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[[黒鉛炉|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。

=== ステンレス鋼 ===
ステンレス鋼は、高温高圧に耐え、化学的にも安定しており、主に[[改良型ガス冷却炉]]や[[高速増殖炉]]で用いられている。中性子の吸収効果が大きいため、軽水炉では使用されていない。

なお、原子炉を制御する為の[[制御棒]]の被覆にもステンレス鋼が使用されている。

=== ジルコニウム合金（ジルカロイ） ===
[[ジルコニウム]]は中性子吸収断面積が最小で、ジルコニウムに[[スズ]]・[[鉄]]・[[クロム]]・[[ニオブ]]などを含ませた合金である。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。

== 関連項目 ==
* [[原子力発電]]
* [[原子炉]]
* [[冷却材]]
* [[減速材]]
* [[核燃料]]

== 外部リンク ==
*[http://www.rist.or.jp/atomica/data/dat_detail.php?Title_Key=04-06-02-02 「軽水炉用燃料被覆管の生産」（原子力百科事典　ＡＴＯＭＩＫＡ）]

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[[Category:原子炉]]

[[en:Nuclear fuel#Common physical forms of nuclear fuel]]