[发明专利]一种含Eu铁基中子吸收材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种含Eu铁基中子吸收体材料及其制备方法和应用，含Eu铁基中子吸收体材料包括以下质量百分数的组分：5.00％～20.00％Eu，10％～40.00％Ni，0.00％～3.00％Zr，0.00％～8.00％Al，余量为Fe；所述含Eu铁基中子吸收体材料在熔炼制备过程中采用了预先制备Eu‑Ni中间合金的方式，可有效降低Eu的挥发，使Eu含量得到准确控制；所述含Eu铁基中子吸收体材料具有良好的耐腐蚀性能和力学性能。

技术领域

本发明涉及一种核材料技术领域的控制棒中子吸收体材料，具体涉及一种含Eu铁基中子吸收材料及其制备方法和应用。

背景技术

在核反应堆内，控制棒组件是仅次于燃料组件的重要功能结构件，其中控制棒中的中子吸收体通过控制中子的反应性进而调控反应堆的启动、停堆和变更堆功率等，其对于反应堆的安全运行至关重要。传统的中子吸收体材料有碳化硼、铪、银-铟-镉以及稀土类材料。早期控制棒吸收体材料采用的是碳化硼，但碳化硼受中子辐照后将产生大量的氦气，极易引起控制棒包壳肿胀，影响反应堆安全；铪具有优异的中子吸收性，但其稀缺、成本高，且在国内的研制技术尚不成熟，使铪的应用受到了限制；随着核物理以及核材料的发展，银-铟-镉被广泛应用于国内压水堆核电站，但其高温抗蠕变能力差，熔点低。

近年来，随着稀土材料在世界范围内的广泛研究，部分热中子俘获截面大、中子吸收能力强的稀土元素开始作为吸收体材料应用于核材料领域，如将稀土氧化物(Gd₂O₃，Eu₂O₃，Sm₂O₃)弥散在不锈钢和镍合金等金属材料中，这种吸收体材料中子吸收截面大、高温性能稳定，且辐照后不产生气体。而据相关研究表明，这种稀土氧化物弥散在不锈钢基体中形成的吸收体其陶瓷颗粒界面处的耐腐蚀性能较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含Eu铁基中子吸收材料及其制备方法和应用，以解决稀土氧化物弥散金属基中子吸收体耐腐蚀差的问题。具有良好的耐腐蚀性能、稳定性能和力学性能。

第一方面，本发明提供一种含Eu铁基中子吸收材料，包括以下质量百分数的组分：

5.00%～20.00%Eu，10%～40.00%Ni，0.00%～3.00%Zr，0.00%～8.00%Al，余量为Fe；

本发明的有益效果：（1）制备的新型吸收体含Eu铁基合金比Eu₂O₃弥散铁基合金的耐腐蚀性能更优；（2）熔炼过程中采用预先制备Eu-Ni中间合金的方式可有效降低Eu的挥发，使Eu含量得到准确控制；（3）加入微量元素Zr和Al可提高含Eu铁基合金的力学强度。（4）由于Eu元素具有非常大的热中子俘获截面，本发明的含Eu铁基中子吸收材料对中子具有良好的吸收能力，作为吸收体的材料具有良好的应用前景。

作为一种可能的优选方式，上述含Eu铁基中子吸收材料，包括以下质量百分数的组分：10.00%～20.00%Eu，20.00%～40.00%Ni，2.00%～3.00%Zr，5.00%～8.00%Al，余量为Fe。

作为一种可能的优选方式，上述含Eu铁基中子吸收材料，包括以下质量百分数的组分：10.00%Eu、20%Ni、2.00%Zr、5.00%Al以及63%Fe。

作为一种可能的实施例方式，上述含Eu铁基中子吸收材料，Eu、Ni、Zr、Al以及Fe的纯度均大于99.99wt%。

第二方面，本发明还公开了一种上述含Eu铁基中子吸收材料的制备方法，包括：

将金属Eu块和Ni粉按照1：2的质量比进行配料，将混料熔炼，得到Ni-Eu中间合金；

将Ni-Eu中间合金、Fe箔材、Zr粉以及Al粉按照比例进行配料，将混料装入坩埚熔炼，得到所述含Eu铁基中子吸收材料。