[发明专利]一种高铀密度复合燃料芯块及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高铀密度复合燃料芯块及其制备方法，解决了目前UO₂燃料在遭遇意外事故工况下，堆芯温度存在急剧升高的风险；而UN燃料的热导率虽然能随着温度升高而提高，但是其与水的反应性导致并不适用于水冷反应堆的问题。本发明公开了一种高铀密度复合燃料芯块，包括25～35wt％的U₃Si₂粉末和65～75wt％的UN微球；本发明还公开了该高铀密度复合燃料芯块的制备方法。本发明不仅仅能够达到使热导率随着温度升高而提高的效果，并且还能适用于水冷反应堆。

技术领域

本发明涉及核燃料制造工艺技术领域，具体涉及一种高铀密度复合燃料芯块及其制备方法。

背景技术

UO₂在573K时热导率只有7～8W/(m·K)，随着温度和燃耗的升高，热导率还会下降，因此其相对低的热导率导致了UO₂燃料在遭遇意外事故工况下，堆芯温度存在急剧升高的风险。

而UN具有高铀密度、且其热导率随着温度升高而提高的优点，是核燃料一个理想的选择。但是，在水冷反应堆中，UN与水的反应性成为一个需要考虑的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：目前UO₂燃料在遭遇意外事故工况下，堆芯温度存在急剧升高的风险；而UN燃料的热导率虽然能随着温度升高而提高，但是其与水的反应性导致并不适用于水冷反应堆。本发明的目的在于提供一种高铀密度复合燃料芯块及其制备方法，其不仅仅能够达到使热导率随着温度升高而提高的效果，并且还能适用于水冷反应堆。

本发明通过下述技术方案实现：

一种高铀密度复合燃料芯块，包括：25～35wt％的U₃Si₂粉末和65～75wt％的UN微球。

本发明中由于U₃Si₂芯块的耐水腐蚀性能良好，因此可以将U₃Si₂作为UN的保护层，借助连续的U₃Si₂相来改善复合芯块的耐水性能。本发明中，UN与U₃Si₂形成一种复合燃料，UN的铀密度13.55g/cm³，U₃Si₂的铀密度11.31g/cm³，都明显高于现有UO₂芯块9.66g/cm³的铀密度，复合芯块的热导率也远远超出UO₂芯块。

因此，本发明通过U₃Si₂粉末和UN微球的结合，不仅仅能有效实现热导率随着温度升高而提高的效果，增加安全性能，并且，还能改善UN燃料的耐水性能，适用于水冷反应堆中，效果十分显著。

进一步，所述UN微球的粒径为50～100μm，U₃Si₂粉末的粒径小于50μm。

进一步，所述U₃Si₂粉末的平均粒径为15～25μm。

进一步，组成该芯块的原料中还添加有原料0.3～0.8wt％的粘结剂，所述粘结剂为PVA。

一种高铀密度复合燃料芯块的制备方法，包括：

(1)粉末处理：将U₃Si₂粉末、UN微球混合后，加入粘结剂球磨均匀；

(2)成型：在具有气氛保护的成型压机内成型，成型压机内的压制压力为250～350MPa；

(3)烧结：烧结炉在氩气气氛下，先升温到200～600℃去除粘结剂，然后再升温至1550～1700℃烧结，即获得成品。