[发明专利]一种制备ZrO2-Gd2O3可燃毒物材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种核工业中燃料的制备方法，具体是指一种混料、成形一步法制备ZrO₂-Gd₂O₃可燃毒物材料的方法。

背景技术

深燃耗、长循环、低泄漏是现代压水堆堆芯燃料管理优化的本质所在。在核电发达国家，现在运行中燃料的区域平均卸料燃耗的目标是45GWd/t ，新一代燃料组件的卸料燃耗可望达到55GWd/t，甚至更高；绝大多数电厂的循环长度达到15至20个月，先进型电厂的设计要求已是24个月。这些目标不仅对燃料性能要求更高，而且使得可燃毒物在再装载堆芯中的作用变得十分重要，提供足够数量的可燃毒物，实现长期反应性控制和慢化剂温度系数控制是必不可少的。至今，用于压水堆的可燃毒物主要有2类，一类属离散型；另一类则与燃料结合在一起，简称为整体型。离散型可燃毒物主要有包容在不锈钢包壳内的硼硅酸盐玻璃管(简称硼硅玻璃/不锈钢)以及由环状氧化铝/碳化硼(Al2O3/B4C)芯块包在两层同心锆合金管内组成的通水环状可燃吸收棒，简称WABA ；整体型可燃毒物有2种，一是以硼化锆ZrB₂薄层涂复在燃料UO₂芯块表面上的整体燃料可燃吸收体，简称IFBA，二是稀土氧化物，如氧化钆Gd₂O₃或氧化铒Er₂O₃弥散在燃料UO₂中的烧结体。

Gd具有较大的中子吸收截面，ZrO₂-Gd₂O₃在压水堆中可用作离散型可燃毒物材料。ZrO₂-Gd₂O₃与目前采用的Al₂O₃-B₄C可燃毒物材料相比具有以下三个方面的优势；一是具有更低的肿胀率；二是ZrO₂基体与Gd₂O₃形成的固溶体，将可燃毒物材料的均匀性问题降至最低；三是ZrO2基体对包壳合金和主冷却剂具有极佳的化学稳定性；因此国外一些燃料设计者开始积极关注ZrO₂-Gd₂O₃这类离散型可燃毒物。

目前公开报道中用氧化钆Gd₂O₃制备压水堆用可燃毒物材料全部为氧化钆Gd₂O₃弥散在燃料UO₂中的整体型可燃毒物。经查新，没有见到任何关于ZrO₂-Gd₂O₃可燃毒物材料制备的相关技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备ZrO₂-Gd₂O₃可燃毒物材料的方法，解决几种材料分布的均匀性问题，克服传统制备方法中，制备的材料或多或少都存在成分分布不均、游离团聚的现象，提高燃料的均匀性。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种制备ZrO₂-Gd₂O₃可燃毒物材料的方法，包括以下步骤：

（A）按重量份计，在100份含量为1vol%的稀醋酸溶液中加入0.5~1.5份有机单体壳聚糖（β-1，4-聚-葡萄糖胺），配成预混液；

（B）将600份~800份任意重量配比的ZrO₂和Gd₂O₃的混合粉末、以及500份磨球加入到球磨机中球磨分散，制备得到固相含量≥50vol%、粘度≤1Pa·s的ZrO₂-Gd₂O₃浆料；

（C）向步骤（B）制得的ZrO₂-Gd₂O₃浆料中加入1~10份交联剂，交联剂是含量为50 vol %的戊二醛(C₅H₈O₂)溶液，混合均匀；