[发明专利]UO2-金属燃料芯块及其制造方法在审

专利信息
申请号: 201810311692.X 申请日: 2018-04-09
公开(公告)号: CN108565032A 公开(公告)日: 2018-09-21
发明(设计)人: 黄华伟;严岩;刘彤;李锐;孙茂州;马赵丹丹;高思宇;张显生;武海龙 申请(专利权)人: 中广核研究院有限公司;广东核电合营有限公司;中国广核集团有限公司;中国广核电力股份有限公司
主分类号: G21C3/62 分类号: G21C3/62;G21C21/02
代理公司: 深圳市瑞方达知识产权事务所(普通合伙) 44314 代理人: 林俭良;王少虹
地址: 518031 广东省深圳市福田区上步中路*** 国省代码: 广东;44
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摘要:
搜索关键词: 芯块 金属燃料 混料 金属粉末 混合粉末 燃料芯块 固溶体 制造 致密化烧结 质量百分比 晶粒 表面包覆 高温预烧 裂变产物 模压成型 温度梯度 燃料棒 热导率 原料球 掺入 称取 过筛 减小 坯体 球磨 芯部 破碎 压制 金属 释放
【说明书】:

发明公开了一种UO2‑金属燃料芯块及其制造方法,制造方法包括:S1、根据质量百分比称取以下各原料:Cr2O3 0‑2%、MoO2 0‑2%、ZrO2 0‑2%,余量为UO2;S2、将所述原料球磨混合均匀,形成混合粉末;S3、将所述混合粉末压制形成坯体并进行高温预烧,获得固溶体;S4、将固溶体进行破碎、过筛,球磨形成颗粒混料;S5、在颗粒混料中掺入金属粉末,混合,使得颗粒混料中每一个颗粒的表面包覆有所述金属粉末;S6、将掺有金属粉末的颗粒混料模压成型并进行致密化烧结,制得UO2‑金属燃料芯块。本发明的UO2‑金属燃料芯块,金属的加入将芯块热导率提高50%以上,增大芯块晶粒尺寸,明显降低燃料芯块服役时的芯部温度,减小温度梯度,抑制燃料芯块裂变产物释放,提高燃料棒性能。

技术领域

本发明涉及核燃料技术领域,尤其涉及一种UO2-金属燃料芯块及其制造方法。

背景技术

由于UO2陶瓷具有熔点高、稳定性好、辐照性能好等优点,全球绝大部分商用核反应堆的燃料元件都采用UO2陶瓷作为燃料芯块。然而,UO2陶瓷热导率低,燃料芯块在服役过程中形成较大的温度梯度,芯部温度达到1500℃以上。大的温度梯度导致芯块产生热应力,高的芯块温度使得裂变气体释放率增大,这不利于燃料元件燃耗的增加,影响着核电的安全性和经济性。

为了减小芯块热应力,降低裂变气体释放率,在芯块中添加高热导率的第二相化合物,如BeO、SiC、纳米金刚石等,成为提高燃料芯块性能的热点。同时,裂变气体释放还受晶粒尺寸的影响,添加微量的助烧剂,促进芯块晶粒长大是降低裂变气体释放的重要研究方向。

金属M(Mo、Cr、Zr)具有化学稳定性好、热导率高、熔点高的优点,与UO2有良好的相容性,是改善UO2芯块热导率的重要候选化合物。UO2-M芯块的工艺与UO2芯块相似,工业化应用前景好。然而,分布于UO2基体的金属M粉末在烧结过程中会与UO2发生置换还原反应,形成金属Mx+离子,并固溶于UO2基体中,影响UO2基体的氧铀比。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于,提供一种增大芯块晶粒尺寸和提高烧结活性的UO2-金属燃料芯块的制造方法以及制得的UO2-金属燃料芯块。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:提供一种UO2-金属燃料芯块的制造方法,包括以下步骤:

S1、根据质量百分比称取以下各原料:Cr2O3 0-2%、MoO2 0-2%、ZrO2 0-2%,余量为UO2;所述Cr2O3、MoO2和ZrO2中至少一种质量不为0;

S2、将所述原料球磨混合均匀,形成混合粉末;

S3、将所述混合粉末压制形成坯体并进行高温预烧,获得固溶体;

S4、将固溶体进行破碎、过筛,球磨形成颗粒混料;

S5、在颗粒混料中掺入金属粉末,混合,使得颗粒混料中每一个颗粒的表面包覆有所述金属粉末;所述金属粉末包括Mo、Cr、Zr中至少一种;

S6、将掺有金属粉末的颗粒混料模压成型并进行致密化烧结,制得UO2-金属燃料芯块。

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