[发明专利]燃料颗粒表面多孔包覆层密度的测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及高温气冷堆燃料元件制造技术领域，特别涉及一种燃料颗粒表面多孔包覆层密度的测量方法。

背景技术

模块式高温气冷堆堆芯中装有直径为6cm的球形燃料元件，每个球形燃料元件内有8000-16000多个包覆燃料颗粒弥散在石墨基体材料中，包覆燃料颗粒是由多层热解炭和SiC等材料包覆在UO₂微球上制成的，其中直接包覆在二氧化铀（UO₂）核芯外侧的一层是疏松（多孔）热解炭层。疏松热解炭层的密度是重要的设计指标，对最终球形燃料元件的性能有重要影响。在包覆燃料颗粒的生产中，要求快速准确地测量疏松热解炭层的密度，根据测量结果及时调整工艺参数，确保制备出高性能的高温气冷堆包覆燃料颗粒。测量疏松热解炭层密度的方法有：V型槽法、金相法、压汞仪法、颗粒尺寸分析仪法。

1、V型槽法

该方法采用比长仪测出在V形槽中的疏松层沉积前后平均直径。采用该方法时，颗粒必须紧密排列，理论上要求所有颗粒的圆心在一条直线上，否则会引入人为误差。

2、金相法

该方法使得包覆颗粒相互紧密相连，通过树脂等粘结剂镶嵌成为整体，经过研磨和抛光到包覆颗粒的赤道面，在金相显微镜下通过测量软件测量核芯和包覆颗粒直径。此方法制样时间长，效率较低，每个样品的测试周期约为2天，特别是难以找准测量面，会引入人为误差。

3、压汞仪法

压汞仪法是采用压汞仪测量包覆颗粒和核芯的表观密度，并依次称量包覆颗粒和核芯的质量，从而计算得到疏松层的密度。

采用压汞仪法测量多孔疏松物质密度，测量速度快（1h即可同时完成两个样品的测量），对样品形状无特殊要求，而且所取样品数目较大。但是压汞试验中，如果对样品安装、加压的过程中加压速度及充汞压力的高低等人为操作因素控制不当，都会明显影响到测量结果。此外汞有毒，对人体有害，测试过程中需要严格控制每个步骤，防止样品管掉落打碎，防止汞洒落，从而导致操作复杂度大幅增加。

由于待测包覆颗粒UO₂核芯的密度超过10g/cm³，而包覆涂层密度只有约1g/cm³，且包覆涂层为多孔疏松物质，无法用常规的排液法测量其密度；又因为颗粒的尺寸很小，需要用特殊的精密仪器测量其尺寸；颗粒尺寸存在差异，测量过程中包覆颗粒和核芯如果不是一一对应会引入误差。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何准确测量疏松多孔包覆层的密度，并简化操作、提高测量效率。

（二）技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供了一种燃料颗粒表面多孔包覆层密度的测量方法，所述方法包括：

S1：测量待测燃料颗粒的质量和直径；

S2：剥去所述待测燃料颗粒的包覆层，并测量剥去包覆层后的待测燃料颗粒的质量和直径；

S3：利用所述待测燃料颗粒的质量和直径以及所述剥去包覆层后的待测燃料颗粒的质量和直径计算所述待测燃料颗粒的包覆层密度。

优选地，步骤S1之前还包括：

S0：选择当前球形燃料元件上的预设个数的燃料颗粒作为所述待测燃料颗粒，所述预设个数为大于等于1的整数。

优选地，步骤S3之后还包括：

S4：将所述待测燃料颗粒的包覆层密度取平均值作为所述当前燃料元件上的燃料颗粒的包覆层密度。

优选地，步骤S0具体包括：

S00：将当前球形燃料元件上的燃料颗粒呈单层分布置于容器中；

S01：将所述容器置于所述显微镜载物台上；

S02：通过在所述显微镜观察，并选择所述预设个数的燃料颗粒作为所述待测燃料颗粒。

优选地，步骤S1具体包括：

S11：对所述待测燃料颗粒中的每个燃料颗粒的质量均测量预设次数，并对预设次数获得的质量取平均值作为对应燃料颗粒的质量；

S12：对所述待测燃料颗粒中的每个燃料颗粒的直径均测量预设方向，并对测量获得的预设方向的直径取平均值作为对应燃料颗粒的直径。

优选地，步骤S12包括：

S121：将当前燃料颗粒放置于精密测量投影仪的工作台上；

S122：调节所述工作台的位置使所述当前燃料颗粒显示在投影屏幕上；

S123：将所述当前燃料颗粒进行旋转，以测量所述预设方向的直径，并对测量获得的所述预设方向的直径取平均值作为所述当前燃料颗粒的直径；