[发明专利]一种含B和Gd的整体型复合可燃毒物燃料及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于一种可燃毒物燃料及其制备方法，具体涉及一种含B和Gd的整体型复合可燃毒物燃料及制备方法。

背景技术

对高燃耗燃料组件而言，由于其使用周期长、可裂变元素丰度较高，在新燃料组件入堆时，合理使用可燃毒物来展平堆芯中子注量分布，实现长周期反应性控制和慢化剂的负温度系数控制，从而提高堆芯寿命是必需的。国内外用于压水堆堆芯的可燃毒物主要有两类，一类属于离散型，再一类与燃料结合在一起，可简称为整体型。离散型可燃毒物主要有包容在不锈钢包壳内的硼硅酸盐玻璃管以及由环状氧化铝-碳化硼(B₄C-Al₂O₃芯块)包在两层同心锆合金管内组成的通水环状可燃吸收棒，简WABA棒。整体燃料可燃吸收体有两种，即以二硼化锆(ZrB₂)薄层涂覆在燃料芯块表面上的涂层整体燃料可燃毒物吸收体，简称ZrB₂-IFBA和以稀土氧化物，例如氧化钆(Gd₂O₃)或氧化铒(Er₂O₃)弥散在二氧化铀(UO₂)燃料中的烧结体。为进一步降低运行成本，单靠B、Gd、Er等一种可燃毒物都难以控制剩余反应性，因为过多使用单一一种中子吸收材料如Gd，会给UO₂基体燃料的堆内运行性能带来不利影响(例如，其导热性能下降，同时剩余反应性提高，U利用率降低等)，因此，新型复合可燃毒物吸收体的研制以及应用技术开发成为各国研究方向。公开的文献中介绍了几种复合整体型可燃毒物燃料，如UO₂、Gd₂O₃与B₄C形成的整体型烧结可燃料毒物燃料、在UO₂-Gd₂O₃[或表示为(U，Gd)O₂]烧结芯块上化学气相沉积BN以及B的整体型复合可燃毒物燃料、在UO2-Er2O3烧结芯块上磁控溅射涂覆ZrB2的整体型复合可燃毒物燃料、含Er₂O₃和Gd₂O₃的双层燃料芯块(外部的环状壳层为UO₂-Er₂O₃、内部的柱状芯体为UO₂-Gd₂O₃)等。两种可燃毒物同时复合在同一燃料芯块上的工艺技术有：UO2、Gd2O3与B4C混合烧结技术、UO₂-Gd₂O₃[或表示为(U，Gd)O₂]烧结芯块上沉积BN以及B的化 学气相沉积技术、UO₂-Er₂O₃烧结芯块上涂覆ZrB₂的磁控溅射涂层技术以及UO₂-Er₂O₃与UO₂-Gd₂O₃双层燃料芯块的复合烧结技术等。但存在Er价格贵、UO₂-Er₂O₃与UO₂-Gd₂O₃双层燃料芯块的复合烧结工艺难度大、质量稳定性差等问题。

发明内容

本发明的目的是控制剩余反应性，解决长周期反应性控制和慢化剂负温度系数控制对复合可燃毒物燃料的需求，提供一种含B和Gd的整体型复合可燃毒物燃料。

本发明的技术方案是：

一种含B和Gd的整体型复合可燃毒物燃料，由ZrB₂涂层和UO₂-Gd₂O₃组成。

如上所述的一种含B和Gd的整体型复合可燃毒物燃料，其中：Gd₂O₃的质量分数为2％～12％，浓缩¹⁰B线密度为0.1～1.0mg/cm。

如上所述的一种含B和Gd的整体型复合可燃毒物燃料，其中：所述可燃毒物燃料中Gd₂O₃的质量分数为4％～12％，浓缩¹⁰B的线密度为0.2～1.0mg/cm。