[发明专利]一种高温气冷堆用含硼球形燃料元件

权利要求书

1.一种高温气冷堆用含硼球形燃料元件，其特征在于，从内到外依次包括燃料区和无燃料区；

所述燃料区包括包覆燃料颗粒和石墨基体；

所述包覆燃料颗粒，从内到外依次是同心的UO₂核芯、疏松热解炭层、内致密热解炭层、SiC层、ZrB₂层和外致密热解炭层；其中，ZrB₂层的厚度为5～20μm；

所述包覆燃料颗粒弥散分布在所述石墨基体中。

2.根据权利要求1所述的高温气冷堆用含硼球形燃料元件，其特征在于，所述ZrB₂层的厚度为10～15μm。

3.根据权利要求1或2所述的高温气冷堆用含硼球形燃料元件，其特征在于，所述ZrB₂层中的硼元素为天然硼、或为富集硼。

4.根据权利要求1所述的高温气冷堆用含硼球形燃料元件，其特征在于，每个所述高温气冷堆用含硼球形燃料元件中，所述包覆燃料颗粒的数量为10000～15000个。

5.根据权利要求1所述的高温气冷堆用含硼球形燃料元件，其特征在于，所述UO₂核芯为直径0.5mm的圆球。

6.根据权利要求1所述的高温气冷堆用含硼球形燃料元件，其特征在于，所述包覆燃料颗粒的直径为0.8mm、0.92mm、或1.0mm中的任一种。

7.权利要求1-6任一项所述的高温气冷堆用含硼球形燃料元件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)采用溶胶凝胶工艺制备UO₂核芯：首先采用硝酸溶解U₃O₈原料粉，然后加入有机粘结剂获得胶体，并分散到氨水中获得凝胶颗粒；然后再经过陈化、洗涤、干燥、焙烧，得到UO₃颗粒；最后再经过还原、烧结，获得致密的UO₂陶瓷颗粒；

(2)制备包覆燃料颗粒：采用化学气相沉积法在燃料核芯外依次沉积疏松热解炭层、内致密热解炭层、SiC层、ZrB₂层和外致密热解炭层；

(3)制备含硼球形燃料元件：首先在包覆燃料颗粒表面包裹一层石墨粉，压制得到燃料区芯球；然后在燃料区芯球表面再压制一层石墨粉作为无燃料区；再经炭化、车削、高温纯化后得到含硼球形燃料元件。

8.根据权利要求7所述的高温气冷堆用含硼球形燃料元件的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述焙烧的温度为500～600℃，时间为1.5～2h；所述烧结的温度为1550～1650℃，时间为16～32h。

9.根据权利要求7所述的高温气冷堆用含硼球形燃料元件的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，在温度1100～1300℃的条件下，进行化学气相沉积疏松热解炭层10～30min；在温度1250～1500℃的条件下，进行化学气相沉积内致密热解炭层15～45min；在温度1450～1650℃的条件下，进行化学气相沉积SiC层2～5h；在温度1450～1650℃的条件下，进行化学气相沉积ZrB₂层1～2h；在温度1250～1500℃的条件下，进行化学气相沉积外致密热解炭层15～45min。

10.根据权利要求7所述的高温气冷堆用含硼球形燃料元件的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述炭化的温度为750～850℃，时间为30～50h；所述高温纯化的温度为1150～1250℃，时间为10～20h。