[发明专利]一种Al2O3掺杂UO2‑10wt%Gd2O3可燃毒物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于核工业燃料领域，具体地，涉及一种Al₂O₃掺杂UO₂-10wt％Gd₂O₃可燃毒物及其制备方法。

背景技术

国内外核动力堆中，特别是压水堆核电站堆芯中广泛采用UO₂-Gd₂O₃可燃毒物燃料来控制反应堆初始反应性，实现展平堆芯功率分布，提高燃耗、延长换料周期，从而降低核电运行成本，提高运行的安全性和可靠性。目前核电厂用的UO₂-Gd₂O₃可燃毒物的制备方法虽然和商用UO₂芯块的制造工艺差不多，但是UO₂-Gd₂O₃可燃毒物制备难度却远高于UO₂芯块。在相同的烧结工艺条件下，氧化钆(Gd₂O₃)的加入不仅减小了UO₂芯块的晶粒尺寸、降低了UO₂芯块的致密度，同时还存在降低UO₂热导率的问题，导致其在核反应堆运行期间释放更多的裂变气体发生辐照肿胀等为题，从而将会影响核反应堆运行的安全性和经济性。

UO₂-Gd₂O₃可燃毒物中氧化钆的浓度范围一般为2-6wt％，主要原因有：1、因为目前核电站的燃料循环长度以及设计燃耗的限制，通过反应堆物理计算，得出Gd₂O₃的含量在2-6wt％之间；2、UO₂-Gd₂O₃燃料的制备有技术难度，一般是Gd₂O₃含量越高，燃料芯块制备难度越大，在商用可燃毒物芯块制造上，也要求Gd₂O₃的含量不超过6wt％。

然而随着燃料循环长度的增加，UO₂-Gd₂O₃可燃毒物中就需要更高浓度的氧化钆。但是，随着氧化钆浓度的提高将会进一步降低UO₂-Gd₂O₃可燃毒物的烧结密度、晶粒尺寸和热导率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高氧化钆浓度的UO₂-Gd₂O₃可燃毒物，且该可燃毒物具有优良的烧结密度、晶粒尺寸和热导率。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：

一种Al₂O₃掺杂UO₂-10wt％Gd₂O₃，由以下重量百分比的组分组成：

Al₂O₃0-0.4wt％；Gd₂O₃10wt％；余量为UO₂。

本发明人在UO₂-10wt％Gd₂O₃可燃毒物中掺杂Al₂O₃，一方面，掺杂Al₂O₃ 的可燃毒物中的氧化钆浓度提高，能够加深核反应堆燃料燃耗、增加燃料循环长度，提高核反应堆运行的安全性和可靠性，另一方面，该可燃毒物中掺杂Al₂O₃，能够明显改善由于提高氧化钆浓度而带来的烧结密度、晶粒尺寸和热导率降低的现象。

而随着氧化钆浓度的提高，高于10wt％后，在制造上非常困难，同时给反应堆运行带来负面的中子经济性的影响。而本发明人发现在氧化钆浓度为10wt％时，掺杂Al₂O₃的可燃毒物的各项性能参数均较好，而且较易于制造。