[发明专利]一种包覆燃料颗粒破损率的测试方法

说明书

本发明涉及一种包覆燃料颗粒破损率的测试方法，包括步骤：选取包覆燃料颗粒的总颗粒数；在空气气氛下加热包覆燃料颗粒，阻挡承压层无破损的包覆燃料颗粒的外致密热解碳层被氧化分解以得到实心颗粒，同时，阻挡承压层有破损的包覆燃料颗粒的疏松热解碳层、内致密热解碳层和外致密热解碳层均被氧化分解以得到半空心颗粒；计算实心颗粒的第一密度和半空心颗粒的第二密度，选取密度介于第一密度和第二密度之间的液体，使实心颗粒和半空心颗粒与该液体混合，统计漂浮在液体表面的半空心颗粒的半空心颗粒数；通过半空心颗粒数除以总颗粒数得到颗粒破损率。总之，本发明所提供的检测方法操作简单准确，可以有效检测出包覆燃料颗粒中阻挡承压层的破损率。

技术领域

本发明涉及核燃料技术领域，更具体地涉及一种包覆燃料颗粒破损率的测试方法。

背景技术

如图1A-图1B所示的包覆燃料颗粒是一种新型燃料，位于核芯1外部的包覆层能有效阻挡裂变产物的释放，是反应堆安全的第一道屏障。具体地，包覆燃料颗粒由核芯1、疏松热解碳层2、内致密热解碳层3、碳化硅层4、和外致密热解碳层5组成。其中，碳化硅层4是关键的裂变产物的阻挡层和气体内压的承压层，每个包覆燃料颗粒相当于一个小的压力容器。若碳化硅层4破裂或产生微裂纹即认为该包覆燃料颗粒破损。因此，碳化硅层4的破损率直接是反应堆安全的重要指标。

由于碳化硅为脆性陶瓷材料，制备碳化硅层的包覆工艺不当(如流化床内粉尘较多，制备和卸料过程中的激烈碰撞等)或使用过程中的辐照肿胀，裂变气体超压等很容易造成碳化硅层出现微裂纹。由于碳化硅在燃料元件中起着主要的阻挡裂变产物的作用，因此碳化硅层含有缺陷的包覆燃料颗粒如果在反应堆中，其内部的裂变产物将毫无阻挡地释放出来。此外，包覆燃料颗粒中的碳化硅层在反应堆中要承受较大的内压，含有裂纹的碳化硅层极容易在受压时发生破裂。在现有技术中，由于包覆燃料颗粒尺寸极小，无法快速准确地对破碎率进行检测。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明旨在提供一种包覆燃料颗粒破损率的测试方法。

本发明所述的包覆燃料颗粒破损率的测试方法，其中，该包覆燃料颗粒由内至外包括核芯、疏松热解碳层、内致密热解碳层、阻挡承压层和外致密热解碳层，该测试方法包括如下步骤：S1，选取包覆燃料颗粒的总颗粒数；S2，在空气气氛下加热包覆燃料颗粒，其中，阻挡承压层无破损的包覆燃料颗粒的外致密热解碳层被氧化分解以得到实心颗粒，同时，阻挡承压层有破损的包覆燃料颗粒的疏松热解碳层、内致密热解碳层和外致密热解碳层均被氧化分解以得到半空心颗粒；S3，计算实心颗粒的第一密度和半空心颗粒的第二密度，选取密度介于第一密度和第二密度之间的液体，使实心颗粒和半空心颗粒与该液体混合，统计漂浮在液体表面的半空心颗粒的半空心颗粒数；S4，通过半空心颗粒数除以总颗粒数得到颗粒破损率。

根据核芯、疏松热解碳层、内致密热解碳层和阻挡承压层的密度和径向尺寸计算得到实心颗粒的第一密度，根据核芯和阻挡承压层的密度和径向尺寸计算得到半空心颗粒的第二密度。

阻挡承压层为碳化硅或碳化锆。

包覆燃料颗粒在步骤S2中被加热到500-1200℃。优选地，该温度介于500-850℃之间。在该高温条件下，热解炭，包括疏松热解碳层、内致密热解碳层和外致密热解碳层均可以被氧化分解。而且在该高温条件下，核芯和阻挡承压层均不被影响。

特别地，如果阻挡承压层为碳化锆，由于其在700℃以上时会与空气反应生成氧化锆，因此所选择的步骤S2的加热温度应该选择在该碳化锆的承受温度以下。

特别地，如果阻挡承压层为碳化硅，所选择的步骤S2的加热温度应该选择在碳化硅的承受温度1200℃以下。

步骤S2在高温炉内进行。