[发明专利]生产具有高负载的低浓缩铀的核燃料产品的方法及相应的核燃料产品有效

专利信息
申请号: 201180074319.3 申请日: 2011-10-21
公开(公告)号: CN104054134A 公开(公告)日: 2014-09-17
发明(设计)人: 伯特兰·斯泰普尼克;米歇尔·格拉斯;吉勒·布尔达特;克里斯蒂·库仑;克里斯托夫·莫罗德 申请(专利权)人: 原子燃料研究与生产公司
主分类号: G21C3/60 分类号: G21C3/60;G21G4/00;G21G4/08
代理公司: 北京派特恩知识产权代理有限公司 11270 代理人: 张颖玲;胡春光
地址: 法国库*** 国省代码: 法国;FR
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摘要:
搜索关键词: 生产 具有 负载 浓缩铀 核燃料 产品 方法 相应
【说明书】:

技术领域

发明涉及一种生产包括低浓缩铀和铝的核燃料的方法并且涉及使用所述方法获得的核燃料产品。

这种核燃料产品可特别用作生产诸如钼-99(以下称为“Mo99”)的元素的初级靶,其转而可作为标准的β-发射体的锝-99的源,并因此用于例如设备校准,并且特别是,锝-99的亚稳态核异构体(Tc99m)的源,该锝-99的亚稳态核异构体用作核医学和生物学的放射性示踪剂。

这种核燃料产品也可以用作研究型核反应堆的核燃料。

背景技术

核燃料产品一般采用具有被包层密封的芯的板状或圆柱的形状。为了回收作为浓缩铀的裂变产品的Mo99或为研究型应用提供中子,将其放入待辐照的核反应堆中。

在现有技术中,通常使用高浓缩铀(以下称为“HEU”),也就是U235含量大于20wt%,例如约93wt%。生产主要含有UAl3相和UAl4相的UAlx合金的颗粒,并将其与铝粉混合。然后将混合物压制以生产在Al基体内包括UAlx颗粒的芯,该UAlx颗粒占最终芯体积的约20-30%。然后随着热轧制该芯用包层板将其密封。结果,芯的长度以约400~600%的因子增加,这样的可塑性源自它的高铝粉含量。在圆柱体状的情况下,热轧制之后,使板弯曲并通过弧焊(诸如钨极氩弧焊(GTAW),又称为钨极惰性气体氩弧焊(TIG))、电阻焊接……来焊接。

由于对高浓缩铀的潜在滥用的日益增长的关注,需要从HEU转换为低浓缩铀(称为“LEU”),也就是说,铀235含量低于20wt%,通常为约19.75%。然而,具有LEU的核燃料产品的U235含量低于HEU核燃料产品的U235含量,从而导致初级靶中较低的Mo99回收率以及用于研究型反应堆的核燃料较低的中子发射。

为此,大多数UAlx(其中x大于或等于3)的颗粒被主要含有UAl2相的颗粒替代,它提供了高于UAl3和UAl4提供的铀合金密度的铀合金密度,因此,较高的U235含量补偿铀的较低的U235浓缩。该UAl2颗粒约占初始芯体积的20~30%。核燃料产品被轧制之后经历热处理,以通过利用Al基体的一部分在芯中使UAl2相转变成UAlx(其中x大于或等于3)。UAlx颗粒约占最终芯体积的30~40%,UAl2相、UAl3相和UAl4相总计约为芯的50wt%,以及铝相和其它铝化合物约为50wt%。该热处理产生巨大的几何变形,该巨大的几何变形导致具有包层破坏或脱层的后续风险的额外的平坦化步骤。

得到的负载在芯中的铀约为2.7gU/cm3至3.0gU/cm3,根据现有技术中所描述的制造工艺,3.0gU/cm3是由UAlx合金制得的核燃料产品可实现的技术极限。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于LEU生产具有成本效益的核燃料产品的方法,当该核燃料产品用作初级靶时,提供改进的Mo99回收率;并且,当该核燃料产品用作研究型反应堆的核燃料时,提供更多数量的中子。

为此,本发明提出一种生产核燃料产品的方法,所述方法包括以下步骤:

提供包括铝和低浓缩铀的芯;和

将所述芯密封在包层中;

其中,所述芯负载有严格大于3.0gU/cm3的低浓缩铀,并且除UAl2相、UAl3相和UAl4相之外,还包括小于10wt%的铝相和/或铝化合物。

在其它实施方式中,所述方法包括单独采用或以任何技术上可行的组合采用的一个或若干以下特征:

所述包层包括铝合金,诸如锆锡合金-2、锆锡合金-4或Zr-Nb合金的锆合金,诸如合金600的镍基合金,诸如AISI304L或AISI316L的不锈钢中的一种或若干种;

所述包层是包括大于95wt%的铝的铝合金;

其中,所述芯包括大于80wt%的UAl3相和UAl4相的混合物,所述混合物具有大于或等于50%重量比的UAl3相;

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