[发明专利]分离硅化铀熔炼体中硅三铀的方法及核燃料芯块

说明书

本发明公开了一种分离硅化铀熔炼体中硅三铀的方法及核燃料芯块，分离硅化铀熔炼体中硅三铀的方法包括以下步骤：S1、将U₃Si₂熔炼体进行破碎和球磨，形成混合粉末；混合粉末包括U₃Si₂粉末和U₃Si粉末，U₃Si粉末的粒度大于U₃Si₂粉末的粒度；S2、根据U₃Si₂粉末和U₃Si粉末的粒度不同，将混合粉末经过至少一级级联装置，依次在级联装置的风场和离心力作用下，将U₃Si粉末从U₃Si₂粉末中分离出来，获得U₃Si₂富集粉末。本发明的分离硅化铀熔炼体中硅三铀的方法，采用物理方法有效减少或去除U₃Si₂粉末中的U₃Si杂质，减少或去除U₃Si₂芯块中U₃Si杂质，极大改善U₃Si₂芯块的辐照肿胀行为；实现设备简单，成本低，分离效率高，可以实现工业规模生产，克服U₃Si₂芯块应用于商用压水堆核电厂的不利因素。

技术领域

本发明涉及核电技术领域，尤其涉及一种分离硅化铀熔炼体中硅三铀的方法及核燃料芯块。

背景技术

福岛核事故后，压水堆核电厂使用长达半个世纪之久的UO₂-Zr燃料体系在严重事故下的安全性遭受广泛质疑。国际核工业界急需提出一种安全性极高，能长时间抵御事故工况下高温、强氧化环境的新型燃料。美国、法国、英国、韩国等核电强国相继公布发展ATF燃料(事故容错燃料)技术以提高核电厂抵抗严重事故的能力。各国提出了众多的ATF燃料的概念和方案，多数方案是以牺牲经济性为代价换取安全性。美国研究者从研究堆燃料的特性得到启发，将烧结U₃Si₂芯块作为燃料芯块用在商用压水堆核电厂中，在提高安全性的同时还能较大地提高经济性。

西屋公司将U₃Si₂作为EnCoreTM品牌下的核燃料芯块产品，是先进的下一代核燃料芯块，与传统UO₂燃料相比有着突出的优点和可以克服的缺点。与传统UO₂燃料相比，U₃Si₂燃料具有较高的铀密度，可以增加反应堆的铀装量，提高功率密度、延长换料周期和加深燃耗，从而提高核电厂的经济性；U₃Si₂还有高热导率的性质，而且热导率随温度的升高而升高，面对严重事故有较高的容错性，从而提升核电厂的安全性。

工业化生产的U₃Si₂粉末是将金属U粉末和高纯Si粉末按照化学计量比混合熔炼，得到熔炼体后，经过破碎和球磨制成粉末，在整个制备过程中，没有考虑分离U₃Si。由U-Si相图表明，在U₃Si₂熔炼过程中，不可避免地产生U₃Si的辐照肿胀非常严重，在U₃Si₂芯块中混有U₃Si会造成芯块肿胀严重，有破坏包壳材料，发生PCMI失效的风险。但是因为辐照肿胀问题不是研究堆燃料的限制因素，所以U₃Si₂混有U₃Si杂质一直没有得到足够的重视。