[发明专利]一种核反应堆灰控制棒用钼基氧化镝材料及其应用

说明书

本发明公开了一种核反应堆灰控制棒用钼基氧化镝材料及其应用，在惰性气体保护下，将纯度99％以上的烘干氧化镝粉末和纯度99.5％以上的烘干钼粉末，按照质量百分比Mo‑(3～55)wt％Dy₂O₃进行称量后混合，再加入过程控制剂并使其终质量浓度不超过2.5wt％，得到混合粉末；将上述混合粉末在球料比0.8～35:1、装填系数0.05～0.85、球磨转速80～650rpm的条件下，按照球磨45～60min—停止4～12min的方式球磨2～100h；然后将球磨后的混合粉末在压力80～550MPa的条件下冷等静压0.05～4h以压制成坯体；再将坯体置于惰性气体保护下在1200～1900℃烧结2～110h，即得钼基氧化镝芯块，是优异的灰控制棒用中子吸收体芯块材料。

技术领域

本发明属于核电站反应堆的反应性控制技术领域，具体涉及一种核反应堆灰控制棒用钼基氧化镝中子吸收体材料及其应用。

背景技术

在常规压水堆核电站正常运行过程中，利用调节控制棒插入核反应堆堆芯深度和改变硼酸浓度对核反应性进行控制和对负荷进行跟踪。当核反应性增大的时候，向反应堆芯中插入控制棒，以增加其对中子的吸收量，从而降低核反应速度；但当核反应性降低的时候，则抽出控制棒，减小其对中子的吸收，从而增加核反应速度；这样就可以对核反应性进行实时调控，以保证核反应的稳定进行。特别是当出现核事故的时候，所有控制棒将同时迅速落入核堆芯中，实现核反应的快速停堆，保证核电站安全。因此，在核电站中控制棒是非常重要的。常规压水堆的控制棒所用中子吸收体为强中子吸收材料，典型采用的强中子吸收体材料为Ag-In-Cd合金，主要的化学成分配比为Ag-15wt.％In-5wt.％Cd(质量百分比，％)。这种含强中子吸收体的控制棒，称为黑控制棒，简称黑棒。在核电站的正常运行期间，黑控制棒组件插入堆芯的时间很少，因此，遭受的中子辐照剂量较少，引起的辐照肿胀、生长和辐照蠕变量较少。因此黑棒的使用寿命长，应用于黑控制棒中的Ag-In-Cd合金通常可以在反应堆中服役15年以上。由于黑控制棒装载的是强中子吸收体，一般微小的移动将带来核反应性较大的波动，因此，需要同时改变硼酸浓度以配合黑控制棒的移动。但改变硼酸浓度调节核反应性局限性较大，包括：导致了核电站每天需要处理大量的主反应堆冷却剂，增加核电站成本，而且需要大尺寸的容器盛装废弃液。由于需要调节硼酸浓度并后续处理废弃化学溶液从而复杂化了控制系统。同时通过加入水以稀释溶液中的硼酸浓度或则通过加入硼酸以增加溶液中的硼酸浓度，这个过程是缓慢的，所需要的时间长，从而带来对核反应性控制的不灵敏和反馈迟缓等问题。

因此，美国西屋公司提出采用一类弱中子吸收体的控制棒代替改变硼酸浓度配合黑棒进行核反应性的控制与负荷的跟踪。这样可以把日常处理主反应堆冷却剂的需要降到最低，从而大大简化化学和容积控制系统及其操作，增加了对核反应性控制的灵敏度等。装载弱中子吸收体芯块的控制棒称为灰控制棒，简称为灰棒。