[发明专利]环形UO2燃料芯块的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于一种核燃料的制备方法，具体涉及一种环型UO₂燃料芯块的 制备方法。

背景技术

目前世界上绝大多数核反应堆均使用UO₂燃料发电，早期的燃料均采用 实心UO₂；为了降低核电站总发电成本，改善运行电站经济性的一个方法是 提高它们的功率密度。UO₂燃料从实心型转换到环型对于提高功率密度有几个 重大意义：1.使用环形芯块降低了燃料温度，减小了燃料和包壳之间的差式热 膨胀，降低了芯块的环脊高度；2.降低了由裂变产物引起的肿胀，从而减小了 燃料芯块与包壳之间的相互作用(PCI效应)，使用环形芯块降低了裂变气体 的释放，增加了对内压限制的裕度；3.降低了芯块的贮能，在失水事故(LOCA) 的情况下，降低了峰值包壳温度和氧化量。美国在2000年前后提出了环型燃 料芯块的概念，如2001年Nuclear Energy Research Initiative(NERI)的 《NUCLEAR FUEL CYCLE TECHNOLOGY AND POLICY PROGRAM(Final  Report)》163-237页中所公开的“High Performance Fuel Design for Next  Generation PWRs”和2003年226期《Nuclear Engineering and Design》第 267-275页中所公开的“Development of a thermal-hydraulic analysis code for  annular fuel assemblies”以及2004年146期《Nuclear Technology》第165-180 页所公开的“Mechanical Analysis of High power Internally Cooled Annular  Fuel”

上述文献主要涉及环型UO₂燃料的概念与使用经济性分析；环型UO₂铀 燃料的单棒的结构设计以及热工水力方面的理论计算；环型UO₂铀燃料组件 的结构设计、辐照以及热工水力方面的理论计算等，均未涉及环型UO₂燃料 制备技术。

经检索，未见制备环型UO₂燃料的相关报导。

发明内容

本发明的目的在于提供一种环型UO₂燃料的制备方法。

本发明是这样实现的：

一种环型UO₂燃料芯块的制备方法，步骤如下：

(1)将有机单体丙烯酰胺、交联剂亚基双丙烯酰胺、分散剂聚丙烯酸铵 与去离子水混合制备出预混液；其中所用去离子水为100ml，所用有机单体丙 烯酰胺与交联剂亚基双丙烯酰胺，两者以克计量的重量混合比例为20～60∶1， 分散剂聚丙烯酸铵用量为1～5克；

(2)在球磨机中加入600～800克U₃O₈粉末，将配制的预混液加入其中， 球磨分散3～6小时，制备出固相含量≥60vol％、粘度≤1Pa·s的U₃O₈浆料；

(3)往浆料中加入引发剂过硫酸铵0.5～3ml，催化剂四甲基乙二胺0.1～1 ml，混合均匀；

(4)将混合均匀的浆料加入到成型模具中，静置20～60分钟，浆料完全 凝固后，脱去模具，得到所需的环型U₃O₈生坯；

(5)将环型U3O8生坯在温度60℃～80℃、湿度80％～95％下干燥24小 时，在580℃-600℃脱粘3～4小时；

(6)将脱粘后的环型U₃O₈生坯，在氢气氛中、1730±10℃温度下烧结2～ 3小时，得到环型UO₂燃料芯块。

本发明的效果在于：制成的环型UO₂燃料，具有生坯坯体密度均匀，相 对密度可达60％～70％，有机物含量＜10wt％，抗弯强度＞20MPa；初坯可经 受机械加工，可对尺寸进行精确控制，将烧结体的尺寸磨削加工余量降到最 低。

具体实施方式

实施例1