[发明专利](U,Np)O2嬗变燃料芯块及靶件的制备工艺

摘要

本发明公开了一种快堆嬗变燃料(U,Np)O2芯块和靶件的制备工艺。该工艺包括UO2粉末的还原、球磨、UO2粉末的单独造粒处理、已造粒UO2粉末与未造粒NpO2粉末两步法均匀混合、芯块压制及高温烧结、芯块装管、管口α去污、靶件焊接、靶件去污、无损检验等步骤。粉末混合时，第一步先将全部NpO2与部分UO2均匀混合，比例是1:(1～4)；第二步将剩余UO2粉末与第一步混合粉末进行均匀混合。芯块在压力300～350MPa压制成型后，先在1700～1750℃、＜10Pa真空烧结2～4h，待降温至1000℃时再通入5%H2-Ar2混合气氛保温2小时，可制得相对密度为95±1%、O/U比1.96～1.99、晶粒尺寸10～20µm、Np分布均匀的(U0.95Np0.05)O2嬗变燃料芯块。将芯块装入316Ti不锈钢包壳管内，采用TIG焊接方法制成快堆嬗变燃料靶件。

主权项

一种(U,Np)O2嬗变燃料芯块及靶件的制备工艺，包括如下步骤：（1）将O/U原子比大于2.10的超化学计量UO2+x原料粉末放入电阻炉中，x=0～1，通入纯度99.99% H2气、加热至600℃保温4小时进行还原处理，使O/U比小于2.10；（2）对还原处理后的接近化学计量UO2粉末进行球磨细化，将UO2粉末中位粒度控制在小于1µm；（3）对球磨细化后的UO2粉末进行机械预压、破碎过筛和滚圆造粒处理，使粉末的松装密度大于20%TD；（4）在密封屏蔽手套箱内采用三维运动混料器对已造粒UO2粉末和未造粒NpO2粉末进行两步法均匀混合，UO2与NpO2的总质量比为95:5;第一步先将全部NpO2与部分UO2按照质量比1:(1～4)的比例混合5～20小时，第二步将剩余UO2粉末与第一步混合粉末进行混合5～10小时；（5）在手套箱内采用液压机对混合粉末进行冷压成型，成型压力300～350MPa，保压时间30～60秒，得到相对密度为50～55%的UO2‑5%NpO2生坯；（6）在手套箱内采用高温电阻炉对生坯进行无压烧结，先在1700～1750℃、＜10Pa真空烧结2～4小时，待降温至1000℃时再通入5%H2‑Ar2混合气氛保温2小时，得到相对密度为94～96%的(U0.95Np0.05)O2陶瓷芯块；（7）在热室内将(U0.95Np0.05)O2陶瓷芯块装入包壳管，经组装、焊接、充氦密封制成(U,Np)O2靶件。