[发明专利]燃料芯块及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及核反应堆技术领域，尤其涉及一种燃料芯块及其制备方法。

背景技术

目前，核电厂中使用的燃料芯块包括有中空结构的芯块，结构上包括内外设置的内包壳管和外包壳管，内包壳管和外包壳管均为中空筒状。然而，现有的该种中空的燃料芯块带来以下问题：

1、因燃料芯块中心存在中空区，会导致堆芯铀装量显著降低，从而使堆芯反应性降低，缩短循环长度，最终导致反应堆经济性下降。

2、中空的燃料芯块，强度较低，当承受较高应力时容易发生芯块碎裂，影响反应堆安全性。

3、因内部流量有限，其内部包壳的MDNBR(最小偏离泡核沸腾比)往往较小，容易发生DNB(偏离泡核沸腾)，影响堆芯热工裕量。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种提高反应堆安全性和经济性的核反应堆燃料组件的燃料芯块。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种燃料芯块，包括第一可裂变部和填充在所述第一可裂变部内侧的第二可裂变部；所述第二可裂变部的原料包括可裂变材料及添加剂，从而所述第二可裂变部形成高热导区域。

优选地，所述添加剂在所述第二可裂变部中所占的体积百分比为5-25％。

优选地，所述添加剂包括SiC颗粒、BeO、纳米金刚石、碳纳米管中的一种或多种。

优选地，所述第二可裂变部的可裂变材料为氧化物、碳化物或氮化物形式的可裂变材料，或为MOX燃料。

优选地，所述第一可裂变部的原料为可裂变材料，其为氧化物、碳化物或氮化物形式的可裂变材料，或为MOX燃料。

优选地，所述第二可裂变部的可裂变材料密度小于所述第一可裂变部的可裂变材料密度。

优选地，所述燃料芯块为柱体；其中，所述第一可裂变部为筒状结构，所述第二可裂变部为填充在所述筒状结构内部的柱状体。

优选地，所述第二可裂变部的直径最大值不超过所述燃料芯块直径的4/5；

所述第二可裂变部的直径最小值不小于所述燃料芯块直径的1/5。

本发明还提供一种燃料芯块的制备方法，包括以下步骤：

S1、采用可裂变材料与添加剂作为原料进行混料后，压制成第二可裂变部；所述添加剂在所述第二可裂变部中所占的体积百分比为5-25％；

S2、采用可裂变材料作为原料压制成粒状粉末；

S3、将所述粒状粉末与造孔剂滚混后将其压制在所述第二可裂变部的外侧，以形成第一可裂变部；

S4、高温烧结，所述第一可裂变部紧密结合在所述第二可裂变部外形成致密的燃料芯块。

优选地，步骤S1包括以下步骤：

S1.1、先将可裂变材料粉末与添加剂进行宏观混料，再在锤磨机中进行共磨或微混料，然后使用轧辊压机压制成片体；

S1.2、将所述片体制成粒状粉末，再与造孔剂滚混后压制成第二可裂变部；

所述步骤S2中，将可裂变材料粉末通过轧辊压机压制成片体，再通过制粒机将该片体制成粒状粉末。

优选地，所述添加剂包括SiC颗粒、BeO、纳米金刚石、碳纳米管中的一种或多种；

所述可裂变材料为氧化物、碳化物或氮化物形式的富集铀，或为MOX燃料。

本发明还提供另一种燃料芯块的制备方法，包括以下步骤：

S1、采用可裂变材料作为原料压制成内部中空的第一可裂变部；

S2、采用可裂变材料与添加剂作为原料制得混合粒状粉末；

S3、将所述混合粒状粉末与造孔剂滚混后将其压制在所述第一可裂变部的内部，以形成第二可裂变部；所述添加剂在所述第二可裂变部中所占的体积百分比为5-25％；

S4、高温烧结，所述第一可裂变部紧密结合在所述第二可裂变部外形成致密的燃料芯块。

优选地，所述步骤S1包括以下步骤：

S1.1、将可裂变材料粉末通过轧辊压机压制成片体，再通过制粒机将该片体制成粒状粉末；

S1.2、将所述粒状粉末与造孔剂滚混后压制成中空的第一可裂变部；

所述步骤S2包括以下步骤：

S2.1、先将可裂变材料粉末与添加剂进行宏观混料，再在锤磨机中进行共磨或微混料，然后使用轧辊压机压制成片体；

S2.2、通过制粒机将所述片体制成混合粒状粉末。

优选地，所述添加剂包括SiC颗粒、BeO、纳米金刚石、碳纳米管中的一种或多种；

所述可裂变材料为氧化物、碳化物或氮化物形式的可裂变材料，或为MOX燃料。