[发明专利]核燃料组件用复合管及其制造方法

说明书

本发明公开了一种核燃料组件用复合管及其制造方法，核燃料组件用复合管包括内管以及紧配合在所述内管外周的外管；所述内管为陶瓷纤维编织而成的陶瓷管或金属管，所述外管为烧结形成的陶瓷管或金属管。本发明简化了多层陶瓷复合管的结构和制备工艺；避免事故工况下锆合金包壳与冷却剂发生快速反应，产生大量氢气引发氢爆；提高包壳材料的高温强度，使包壳材料在事故工况下仍能够维持自身形状，不发生失效，保证冷却剂流道畅通；提高包壳材料的高温力学性能，可提高正常运行工况下堆芯的冷却剂温度，提高了反应堆输出功率，提高热效率，带来更高的经济性；有望简化现有反应堆的安全系统，提高其可靠性和经济性。

技术领域

本发明涉及核燃料技术领域，尤其涉及一种核燃料组件用复合管及其制造方法。

背景技术

锆合金由于具有非常低的热中子吸收截面，并且具有良好的耐高温水腐蚀性能和力学性能，被广泛用做现有压水堆核电站的包壳管材料。

2011年3月11日发生的日本福岛核事故中由于燃料熔化引起放射性物质释放，作为燃料包壳管的锆合金与水发生反应引发氢爆，最终导致出现放射性物质大范围扩散的灾难性后果。福岛核事故使人们认识到现有的UO₂-Zr燃料体系在严重事故工况下存在严重的风险。福岛核事故后，全世界更加关注核安全，对核安全也提出了更高要求。

针对核安全提出开展事故容错燃料(ATF，Accident Tolerant Fuel)研究，以提高核燃料抵御严重事故的能力，其主要目标是设计出在设计基准事故(DBA)和超设计基准事故(BDBA)工况下能够抵御高温、一定时间内可防止裂变产物释放、可燃气体产生量在容许范围内、保持堆芯可冷却能力的高性能燃料系统，从而减小反应堆发生严重事故的概率、缓解严重事故后果、进一步提高反应堆的安全性。

基于上述技术问题，有必要设计一种符合事故容错燃料概念和需求的双层复合材料管。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种耐高温蒸汽腐蚀性能和高温力学性能的核燃料组件用复合管及其制造方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种核燃料组件用复合管，包括内管以及紧配合在所述内管外周的外管；所述内管为陶瓷纤维编织而成的陶瓷管或金属管，所述外管为烧结形成的陶瓷管或金属管。

优选地，所述内管在无载荷时的直径大于所述外管的内径。

优选地，所述内管的厚度为0.01-0.9mm；所述外管的厚度为0.01-0.9mm。

优选地，所述内管为SiC纤维编织而成的陶瓷管，所述外管为SiC陶瓷管。

优选地，所述内管为具有弹性和延展性的金属管；所述外管为烧结形成的陶瓷管。

优选地，所述内管为钽管或钼管，所述外管为SiC陶瓷管。

优选地，所述内管为纳米强化钼合金管；所述外管为氧化物弥散强化FeCrAl合金管。

优选地，所述内管和外管之间冶金结合；两者之间形成的冶金结合层厚度为0.001-0.5mm。

本发明还提供一种核燃料组件用复合管的制造方法，包括以下步骤：

S1、制备内管和外管；所述内管为陶瓷纤维编织而成的陶瓷管或金属管，所述外管为烧结形成的陶瓷管或金属管；

S2、压缩所述内管将所述内管装入所述外管内；

S3、采用化学气相沉积或化学气相渗透法将所述内管和外管紧密结合；或者，通过水压或气压使所述内管发生膨胀，与所述外管紧密结合；或者，经热等静压或热挤压固化后，多次冷轧和热处理，形成具有内外双层结构的复合管。

优选地，所述内管的厚度为0.01-0.9mm；所述外管的厚度为0.01-0.9mm。