[发明专利]金属型核燃料坯体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属型核燃料领域，特别涉及金属型核燃料坯体及其制备方法。

背景技术

随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，我国将会面临着能源短缺问题，同时，大量使用碳基燃料已成为环境污染的重要因素之一，加速发展核电事业，是解决上述矛盾的重要途径。

裂变能虽然已经约占全世界电力总量的17％，但其进一步发展将面对几大难以逾越的问题，包括：核燃料供应，核废料处置，以及防止核扩散等。而这些问题短期内依靠原有的技术手段均得不到很好地解决。混合堆作为裂变和聚变能源利用的中间阶段，它既保证裂变堆的大力发展，也能积极推动纯聚变堆商业化技术的研发。因此，混合堆之于聚变技术，不仅是从核能的纯裂变时代向纯聚变时代过渡的一种中间技术，而且是聚变技术发展到目前阶段的一个可行选择。

混合堆中裂变燃料元件承担着接受聚变中子辐照和裂变放能的任务，是次临界堆的核心部分，因此与传统裂变堆中使用的陶瓷型燃料元件不同，混合堆中次临界堆裂变燃料元件面临一个全新的工作环境，对其性能要求也有所不同。基于对功率密度的要求，要求设计的混合堆裂变燃料元件中单位体积可裂变元素浓度尽量高，因此只有金属型核燃料满足此要求。此外，金属型核燃料的导热性能好，传热效率高且安全，另外还具有后处理工艺简单的优势。但在混合堆严苛的工作环境下，金属型核燃料元件的抗辐照性能面临着巨大的挑战。

核燃料在聚变中子辐照过程中存在辐照肿胀效应，导致核燃料膨胀和开裂。传统的金属型核燃料抗辐照性能不够好，辐照肿胀引起的尺寸变化比较大，对金属型核燃料的性能影响很大。因此，金属型核燃料的辐照肿胀问题亟需解决。

发明内容

基于此，有必要针对传统的金属型核燃料抗辐照性能不够好的问题，提供一种金属型核燃料坯体及其制备方法。

一种金属型核燃料坯体，所述金属型核燃料坯体具有多孔结构。

在其中一个实施例中，所述多孔结构的孔径为10微米至50微米，孔隙率为10％至20％。

一种金属型核燃料坯体的制备方法，包括以下步骤：

将熔融态的金属型核燃料喷射沉积在基底上，制备具有多孔结构的金属型核燃料坯体。

在其中一个实施例中，所述金属型核燃料坯体中的孔径为10微米至50微米，孔隙率为10％至20％。

在其中一个实施例中，所述金属型核燃料包括铀钼合金、铀钼铌合金、铀锆合金以及铀钚锆合金中的至少一种。

在其中一个实施例中，所述步骤具体包括：

S100，提供喷射沉积装置，所述喷射沉积装置包括雾化喷嘴和基底，所述基底与所述雾化喷嘴相对且间隔设置；以及

S200，将所述熔融态的金属型核燃料通过所述雾化喷嘴喷出，形成金属型核燃料雾化熔滴，所述金属型核燃料雾化熔滴沉积在所述基底表面形成所述金属型核燃料坯体。

在其中一个实施例中，通过控制所述雾化溶滴的尺寸和飞行时间，使至少部分所述雾化熔滴以半固态或全固态颗粒的形式在所述基底上沉积。

在其中一个实施例中，还包括通过控制所述雾化喷嘴的内孔径和喷射角度，使至少部分所述雾化熔滴以半固态或全固态颗粒的形式在所述基底上沉积。

在其中一个实施例中，还包括通过控制所述喷射沉积装置的喷射温度、喷射压力及所述雾化喷嘴与所述基底的间隔距离，使至少部分所述雾化熔滴以半固态或全固态颗粒的形式在所述基底上沉积。

在其中一个实施例中，控制所述喷射沉积装置的喷射温度为高于所述金属型核燃料的熔点50至100摄氏度，喷射压力为0.4MPa至0.8MPa，雾化喷嘴与基底的间隔距离为1.5米至3米。

在其中一个实施例中，所述喷嘴为环缝谐振腔式喷嘴。

在其中一个实施例中，所述喷射沉积装置还包括与所述雾化喷嘴连通的感应熔炼炉，所述步骤S100后，所述步骤S200前，还包括将待熔炼的金属型核燃料置入所述感应熔炼炉中加热熔融，得到所述熔融态的金属型核燃料。

在其中一个实施例中，所述喷射沉积装置中，所述雾化喷嘴设置在所述感应熔炼炉的下方，所述基底设置在所述雾化喷嘴的下方。