[发明专利]由铀、钆和氧形成的新型材料及其作为可消耗的中子毒物的用途

权利要求书

1.一种材料，其基于铀(U)、钆(Ga)和氧(O)，显示具有立方型晶体结构的结晶相，Gd/[Gd+U]原子比为0.6-0.93，其中存在的铀为+IV和/或+V氧化态。

2.根据权利要求1所述的材料，其显示被称为立方1相的结晶相，Gd/[Gd+U]原子比为0.79-0.93。

3.根据权利要求2所述的材料，其中所述立方型晶体结构具有的晶胞参数(a₁)。

4.根据权利要求1所述的材料，显示被称为立方2相的结晶相，Gd/[Gd+U]原子比为0.6-0.71。

5.根据权利要求4所述的材料，其中所述立方型晶体结构具有的晶胞参数(a₂)。

6.根据权利要求1所述的材料，其具有两相型，显示根据权利要求2或3所述的立方1相和根据权利要求4或5所述的立方2相。

7.根据权利要求1所述的材料，其中所述铀是同位素富集²³⁵U的铀，同位素贫化²³⁵U的铀或天然铀。

8.根据权利要求1所述的材料，其中所述钆是天然钆或以它的¹⁵⁵Gd/Gd_全部和/或¹⁵⁷Gd/Gd_全部比例被同位素修饰的钆，所述比例相比较于天然钆具有增加的¹⁵⁵Gd和/或¹⁵⁷Gd含量。

9.用于制备根据权利要求1-8中任一项所述的材料的方法，包括在1200-2200℃温度下和还原性气氛下烧结由成比例的氧化铀和氧化钆Gd₂O₃的混合物形成的粉末的阶段，所述比例使钆以0.6-0.93的Gd/[Gd+U]原子比存在。

10.根据权利要求9所述的方法，其中在添加5mol％氢气的氩气气氛下实施烧结。

11.根据权利要求9所述的方法，其中实施烧结大于或等于1h的时间。

12.根据权利要求1-8中任一项所述的材料作为核燃料元件的可燃中子毒物的用途。

13.一种核燃料芯块，包含根据权利要求1-8中任一项所述的材料。

14.根据权利要求13所述的芯块，所述芯块为异相芯块(10)，其由至少一个内部部分(1)形成，包含至少一种可裂变的材料，涂覆有全部或部分由根据权利要求1-8中任一项所述的材料形成的环形外部部分(2)。

15.根据权利要求14所述的芯块，其中所述环形外部部分(2)的厚度(e)为所述芯块的半径(R)的0.05-7.5％。

16.根据权利要求14所述的芯块，其中所述内部部分(1)是圆柱形且全部或部分地由氧化铀、氧化钚、氧化钍或它们的混合物形成。

17.一种用于制备根据权利要求14-16任一项所述的核燃料芯块的方法，其包含至少如下阶段：

(i)获得含根据权利要求1-8中任一项所述的材料的粉末；

或获得由成比例的氧化铀和氧化钆Gd₂O₃的混合物形成的粉末，所述比例使钆以0.6-0.93的Gd/[Gd+U]原子比存在；

(ii)由阶段(i)的粉末制备片；

(iii)在含至少一种可裂变的材料的芯块的表面上以片形式沉积所述粉末；和

(iv)在还原性气氛下和1200-2200℃温度下烧结阶段(iii)得到的芯块。

18.根据权利要求17所述的方法，其中阶段(iii)包括将沉积在芯块表面上的片层干燥。

19.一种核燃料棒，其包含根据权利要求13-16中任一项所述的燃料芯块。

20.一种核燃料组件，其包含权利要求19所述的燃料棒。

21.一种板式几何结构的核燃料元件，其包含一个或多个至少部分地被权利要求1-8中任一项所述的材料覆盖的可裂变的区域。