[发明专利]一种高强耐辐照肿胀的控制棒芯体及其制备方法

说明书

本发明提出一种高强耐辐照肿胀的控制棒芯体，In含量为7.50～8.50wt.％，Cd含量为5.50～6.00wt.％，Hf含量为0.50～0.80wt.％，Ti含量为0.06～0.20wt.％，Y含量为0.15～0.30wt.％，O含量为0.10～0.30wt.％，余量为Ag和不可避免的杂质。该控制棒芯体的制备方法包括：步骤1，以Ag‑In‑Cd预合金粉、Hf粉、纳米TiO₂颗粒、纳米Y₂O₃颗粒为原料，进行球磨处理；步骤2，将球磨处理后的混合粉末装入磨具，采用热等静压烧结方法制备Ag‑In‑Cd合金；步骤3，Ag‑In‑Cd合金经过热轧和退火处理，制得最终的控制棒芯体。

技术领域

本发明涉及核反应堆的控制棒芯体材料技术领域，尤其涉及一种高强耐辐照肿胀的控制棒芯体及其制备方法。

背景技术

Ag-In-Cd合金是压水堆和研究堆常用的控制棒芯体材料，但Ag-In-Cd合金在反应堆内服役一段时间后会发生明显的肿胀，当Ag-In-Cd合金的肿胀量较大时可能会导致控制棒发生“卡棒”现象，给核反应堆运营带来安全风险。

目前认为导致Ag-In-Cd合金发生肿胀的原因主要有两方面：

第一方面原因是Ag-In-Cd合金辐照过程中嬗变产物Sn引起的辐照肿胀。Ag-In-Cd合金在中子辐照下会发生嬗变反应生成Sn元素：

未辐照的Ag-In-Cd合金为单相固溶体，嬗变产物Sn在Ag-In-Cd合金中具有较低的固溶度，当Sn超过固溶度后合金中会析出富Sn且密度明显低于母相的第二相。因此，为了减少由于嬗变产物Sn生成引起的辐照肿胀，应该降低Ag-In-Cd合金中的In含量。

第二方面原因是Ag-In-Cd合金在控制棒两端预紧弹簧的预紧力、自身重力和辐照的交互作用下发生蠕变，以及在下落冲击作用下发生镦粗。通过提高Ag-In-Cd合金的强度，尤其是高温强度，有助于减缓Ag-In-Cd合金由于应力作用导致的镦粗或者肿胀。

鉴于以上原因，目前研究的热点是围绕降低Ag-In-Cd合金的In含量、提高Ag-In-Cd合金的强度来提高Ag-In-Cd控制棒的抗辐照肿胀能力。

发明内容

本发明提出一种高强耐辐照肿胀的控制棒芯体及其制备方法，以解决现有技术中存在的Ag-In-Cd控制棒的抗辐照肿胀能力较弱的问题。

本发明具体的技术方案如下：

一种高强耐辐照肿胀的控制棒芯体，控制棒芯体中，In的含量为7.50～8.50wt.％，Cd的含量为5.50～6.00wt.％，Hf的含量为0.50～0.80wt.％，Ti的含量为0.06～0.20wt.％，Y的含量为0.15～0.30wt.％、O的含量为0.10～0.30wt.％，余量为Ag和不可避免的杂质。

一种高强耐辐照肿胀的控制棒芯体的制备方法，用于制备如权利要求1的控制棒芯体。

具体地，控制棒芯体的制备方法，包括步骤：

步骤1，以Ag-In-Cd预合金粉、Hf粉、混合氧化物为原料，进行球磨处理；

步骤2，将球磨处理后的混合粉末装入磨具，采用高温烧结技术来制备Ag-In-Cd合金；

步骤3，Ag-In-Cd合金经过热轧和退火处理，制得控制棒芯体。

优选地，Ag-In-Cd预合金粉中，In的含量为7.80～8.50wt.％，Cd的含量为5.60～6.20wt.％，余量为Ag和不可避免的杂质。

优选地，Ag-In-Cd预合金粉采用气体雾化法制备，雾化Ag-In-Cd预合金粉的尺寸为50～200μm。