[发明专利]高铀密度包覆燃料颗粒的制造方法、惰性基弥散燃料芯块和一体化燃料棒及其制造方法

权利要求书

1.一种高铀密度包覆燃料颗粒的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、采用熔炼法制得U-Si化合物的混合粉末；所述混合粉末包括U₃Si粉末、U₃Si₂粉末和U₃Si₅粉末；

S2、根据所述混合粉末中不同粉末之间密度的不同，采用离心分离法将所述混合粉末的各粉末进行分离；步骤S2包括：

S2.1、将所述混合粉末倒入碟形转盘中，所述碟形转盘以第一转速ω₁进行转动，将所述混合粉末中密度最大的U₃Si粉末甩出至第一收集器内；

S2.2、待U₃Si粉末完全甩出后降低所述碟形转盘的转速，剩余不同密度的粉末在所述碟形转盘内分层；

S2.3、提高所述碟形转盘的转速至第二转速ω₂，将剩余粉末中密度较大的U₃Si₂粉末甩出至第二收集器内；

S2.4、待U₃Si₂粉末完全甩出后降低所述碟形转盘的转速；

S2.5、提高所述碟形转盘的转速至第三转速ω₃，将剩余粉末中的U₃Si₅粉末甩出至第三收集器内；

S3、将分离出的U₃Si₂粉末与粘结剂混合，制成表面光滑的球状的核芯；

步骤S3包括：

S3.1、将分离出的U₃Si₂粉末与粘结剂混合，挤出，裁切为短柱体；

S3.2、将短柱体进行预烧，使其致密度为65%-80%T.D.；

S3.3、将预烧后的短柱体放置球磨机中进行研磨，形成表面光滑的球体；

S3.4、将球体在还原气氛下烧结，形成球状的核芯；

S4、在所述核芯表面通过气相沉积法依次沉积形成多层包覆层，制得高铀密度包覆燃料颗粒。

2.根据权利要求1所述的高铀密度包覆燃料颗粒的制造方法，其特征在于，步骤S1中，所述混合粉末的粒径控制在40μm -80μm。

3.根据权利要求1所述的高铀密度包覆燃料颗粒的制造方法，其特征在于，步骤S1包括：

S1.1、将U-Si化合物放置真空熔炼炉中，真空降至20MPa以下，送电，根据炉内熔化情况加热温度，直至U-Si化合物完全熔化；

S1.2、不断机械搅拌，至温度为1500℃-1800℃时停止搅拌，在温度1680℃-1750℃时停止送电，随炉冷却，得到U-Si化合物铸锭；

S1.3、将U-Si化合物铸锭初步煅烧，压碎后进行研磨，得到混合粉末。

4.根据权利要求1所述的高铀密度包覆燃料颗粒的制造方法，其特征在于，根据离心力F=mωr²将所述混合粉末中不同密度的粉末以不同离心速率进行分离；其中m为粒子有效质量，ω为离心转子转动的角速度，r为离心半径。

5.根据权利要求1所述的高铀密度包覆燃料颗粒的制造方法，其特征在于，所述核芯的直径为500μm -800μm。

6.根据权利要求1所述的高铀密度包覆燃料颗粒的制造方法，其特征在于，步骤S4中，所述包覆层有四层，自内向外依次为疏松缓冲层、致密阻挡层、结构支撑密封层以及润滑保护层。

7.一种惰性基弥散燃料芯块，其特征在于，采用权利要求1-6任一项所述的制造方法制得的高铀密度包覆燃料颗粒制成。