[发明专利]用于热中子反应堆的改进性能氧化物陶瓷芯体及制备方法有效

专利信息
申请号: 201310005582.8 申请日: 2013-01-08
公开(公告)号: CN103214231A 公开(公告)日: 2013-07-24
发明(设计)人: 丁阳;李继威;毕光文;周勤;汤春桃;朱丽兵;陈磊;李志勇 申请(专利权)人: 上海核工程研究设计院
主分类号: C04B35/01 分类号: C04B35/01;C04B35/622;G21C3/62
代理公司: 核工业专利中心 11007 代理人: 莫丹
地址: 200233*** 国省代码: 上海;31
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摘要:
搜索关键词: 用于 热中子 反应堆 改进 性能 氧化物 陶瓷 制备 方法
【说明书】:

技术领域

发明涉及核燃料领域,具体涉及一种用于热中子反应堆的改进性能氧化物陶瓷芯体及其制备方法。 

背景技术

核燃料芯体有金属燃料、弥散型燃料、陶瓷燃料等形式。其中金属燃料由于相变温度、熔点均比较低,难以在动力堆中较高的运行温度下使用,且辐照生长等引起的尺寸变化较大;弥散型燃料为了达到一定的易裂变核素核子密度,需提高燃料的富集度;而陶瓷燃料以其相对稳定的尺寸、较高的熔点、较低的富集度,在动力反应堆中得到了广泛的使用。 

陶瓷燃料芯体的一个严重缺点是导热性能差,这就使得在反应堆内运行时芯体中心部分和周边部分的温度梯度很大,容易引起芯体局部过热和影响芯体向冷却剂传热。同时,在较高的温度和较大的温度梯度下,芯体极易产生径向和轴向裂纹,还会发生重结构、破裂、密实、肿胀、裂变气体释放等不利现象,从而严重影响着陶瓷芯体燃料元件的辐照性能和使用寿命。铀钚混合氧化物(MOX)的热导率低于UO2,上述现象更为显著。 

由于大部分反应堆在设计时采用的是UO2燃料,而后来装载的MOX燃料在结构上需保持相容性,因此难以通过结构设计的更改来缓解上述不利现象。另外,中子吸收体的反应性价值与中子能谱紧密相关,在一些装载MOX燃料的反应堆中,由于中子能谱较硬,导致中子吸收体的反应性价值降低,影响反应性的控制,进而影响反应堆的安全可控。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于热中子反应堆的改进性能氧化物陶瓷芯体及其制备方法,以软化MOX燃料组件的能谱,提高氧化物陶瓷芯体的热导率。 

本发明所述的一种用于热中子反应堆的改进性能氧化物陶瓷芯体,它向氧化物陶瓷芯体中添加第二相材料,添加的第二相材料在氧化物陶瓷芯体中形成连续相,得到改进性能氧化物陶瓷芯体;所述的氧化物陶瓷芯体采用UO2、PuO2、ThO2、U-Pu混合氧化物(MOX)、Th-U混合氧化物、U-Pu-Th混合氧化物、锕系元素氧化物、或由后处理获得的含有一种或几种锕系核素的上述氧化物或混合氧化物;所述的第二相材料采用BeO、SiC、AlN、BeC、MgO、ZrO2、Be的无机化合物或C的无机化合物中的一种;其中,第二相材料的质量占改进性能氧化物陶瓷芯体总质量的0.3~15%。 

如上所述的一种用于热中子反应堆的改进性能氧化物陶瓷芯体,其所述的氧化物陶瓷芯体优选U-Pu混合氧化物(MOX)、U-Pu-Th混合氧化物、或由后处理获得的含有一种或几种锕系核素的U-Pu或U-Pu-Th混合氧化物;所述的第二相材料优选BeO、AlN、BeC或SiC;其中,第二相材料的质量占改进性能氧化物陶瓷芯体总质量的1~15%。 

如上所述的一种用于热中子反应堆的改进性能氧化物陶瓷芯体,其所述的氧化物陶瓷芯体优选U-Pu混合氧化物(MOX)或由后处理获得的含有一种或几种锕系核素的U-Pu混合氧化物(MOX);所述的第二相材料优选BeO、BeC或SiC;其中,第二相材料的质量占改进性能氧化物陶瓷芯体总质量的2~14%。 

本发明所述的一种用于热中子反应堆的改进性能氧化物陶瓷芯体的制备方法,其包括如下步骤: 

(1)原料准备:氧化物陶瓷芯体粉末采用UO2、PuO2、ThO2、U-Pu混合氧化物(MOX)、Th-U混合氧化物、U-Pu-Th混合氧化物、锕系元素氧化物、或由后处理获得的含有一种或几种锕系核素的上述氧化物或混合氧化物;该氧化物陶瓷芯体粉末为球状颗粒,比表面积为1~4m2/g;第二相材料粉末采用BeO、SiC、AlN、BeC、MgO、ZrO2、Be的无机化合物或C的无机化合物中的一种;第二相材料粉末为球状颗粒,比表面积为8~13m2/g;其中,第二相材料粉末的质量占氧化物陶瓷芯体粉末与第二相材料粉末总质量的0.3~15%,氧化物陶瓷芯体粉末的质量占氧化物陶瓷芯体粉末与第二相材料粉末总 质量的85~99.7%; 

(2)混料:将步骤(1)所述的氧化物陶瓷芯体粉末和第二相材料粉末混合球磨,球磨时间为15min~2h; 

(3)压坯:将步骤(2)混合所得粉末冷静压成生坯,压力为100~300MPa; 

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