[发明专利]一种二氧化铀颗粒的等离子球化工艺

说明书

本发明属于核燃料核芯材料制造技术领域，具体涉及一种二氧化铀颗粒的等离子球化工艺。将筛分后的二氧化铀颗粒放置于送粉器中，将送粉器抽真空，充入氩气至标准大气压，再次抽真空充氩气，如此反复2～4次；对等离子炬、冷却室和收集室抽真空；启动冷却水循环机组，启动射频电源，预热灯丝；接通气源，打开等离子炬供气流量柜，通入工作氩气；调节真空管道阀门开度20％～60％；接通射频电源高压，启动等离子炬产生等离子弧，立即向等离子炬内通入冷却氩气；等离子弧稳定后，调节射频电源高压至8～15KV；启动送粉器，送出二氧化铀颗粒至等离子炬中进行球化；球化过程结束后，破真空打开收集室，取出二氧化铀颗粒。本发明解决了小尺寸二氧化铀颗粒球化问题。

技术领域

本发明属于核燃料核芯材料制造技术领域，具体涉及一种二氧化铀颗粒的等离子球化工艺。

背景技术

燃料组件性能直接影响反应堆的安全性、可靠性和使用寿命，因此，传统型燃料组件不断优化，新型燃料组件不断开发，在此过程中，不同尺寸、材料和结构的包覆颗粒，被广泛应用于各种新型燃料的研制与开发，在包覆颗粒燃料制备过程中，核芯的球化是一项关键技术。本发明针对我国在核动力堆元件、新型耐事故燃料元件等领域发展需求，旨在研究开发一种新型球形包覆颗粒核芯UO₂球化技术，为球形包覆颗粒燃料提供技术储备。

在包覆颗粒燃料核芯的制备方面，目前国内外普遍采用的方法是溶胶凝胶法，该方法成熟稳定，还存在的问题是，制备粒度较小的粉末颗粒时难以实现量产。

粉末材料球化处理和制备技术的发展历程表明，射频等离子体球化技术具有其他方法无可企及的优越性，概括起来、其具备以下优点：

1)加热温度高、冷却速度快、无电极污染；

2)原料在等离子体中动态分散，可以避免粉体的团聚和长大，适合进行粉体的熔融球化；

3)能量密度高，加热强度大，可以制备高温难熔金属及其他化合物粉体材料；

4)粉末形状规则球化率高，表面光洁；

5)减小粉末的空隙率，提高粉末密度；

6)降低粉末脆性；

7)提高粉末纯度；

8)球形度高、流动性好。

采用等离子球化UO₂粉末的技术，国内外尚未见报道，虽然目前溶胶凝胶法应用较为稳定，但开展等离子球化UO₂技术研究，即可以解决小尺寸UO₂粉末颗粒的球化问题，又可以充分利用等离子球化技术的优点，不断丰富和完善UO₂粉末颗粒球化技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种二氧化铀颗粒的等离子球化工艺，采用射频等离子球化技术，在高频电源作用下，惰性气体被电离，形成稳定的高温惰性气体等离子体，将形状不规则的二氧化铀颗粒用运载气体经送粉器喷入到等离子炬中，二氧化铀颗粒在高温等离子体中被迅速加热表面熔化，利用液体表面张力实现球化，然后以极高的速度进入反应器，在惰性气氛下快速冷却凝固，进入收料室中收集。

为达到上述目的，本发明所采取的技术方案为：

一种二氧化铀颗粒的等离子球化工艺，包括如下步骤：

步骤一：将筛分后的二氧化铀颗粒放置于送粉器中，将送粉器抽真空，充入氩气至标准大气压，再次抽真空充氩气，如此反复2～4次；

步骤二：对等离子炬、冷却室和收集室抽真空；

步骤三：启动冷却水循环机组，启动射频电源，预热灯丝；

步骤四：接通气源，打开等离子炬供气流量柜，通入工作氩气；