[发明专利]一种多孔燃料核心惰性基弥散燃料芯块的制备方法

摘要

本发明公开了一种多孔燃料核心惰性基弥散燃料芯块的制备方法，该制备方法主要包括多孔燃料核心小球的制备→惰性基体料浆的制备→复合颗粒的制备→压制核心→压制核壳→制备成型几个步骤。该方法将现有芯块中的TRISO颗粒用多孔燃料核心替代，使芯块中铀丰度提高四倍以上，还能显著提高燃料芯块的中子经济性，降低电站运行和乏燃料后处理成本，并且，还可大幅缩短工艺周期，实现该芯块的批量化制备，显著降低生产成本，制备得到的惰性基弥散燃料芯块的致密度更高，晶粒尺寸更小，结构缺陷更少，高温稳定性和抗辐照性能更优异。

主权项

1.一种多孔燃料核心惰性基弥散燃料芯块的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)多孔燃料核心小球的制备：将粉末状的燃料核心材料与造孔剂按照质量比为1:0.1～6的比例充分混合后，得到混合粉末；将混合粉末压制成致密度为40～70％的坯体，然后破碎成粒径0.5～2mm的混合物颗粒，再将混合物颗粒进行滚动研磨球化5～24h，得到混合物小球，最后将该小球在300～800℃下低温预烧0.5～6h，脱除造孔剂后得到多孔燃料核心小球；(2)惰性基体料浆的制备：将粉末状的惰性基体材料与有机溶剂按照重量比为1:1～2的比例充分混合12～24h，得到惰性基体料浆；(3)复合颗粒的制备：将步骤(1)中得到的多孔燃料核心小球装入可加热的滚筒中，打开滚筒，并将其加热温度控制在60～90℃，使多孔燃料核心小球在滚筒中滚动，待多孔燃料核心小球温度上升到60～90℃后，用气压喷雾装置将步骤(2)中得到的部分惰性基体料浆雾化后连续喷涂到多孔燃料核心小球表面，随着惰性基体料浆中的有机溶剂在60～90℃的温度下迅速挥发，在多孔燃料核心小球表面形成一层惰性基体料浆包覆层，即可得到复合颗粒；(4)压制核心：将步骤(3)中制备得到的复合颗粒在10～80MPa压力下模压成形，得到直径为6～8mm、高度为8～24mm的圆柱形惰性基弥散燃料体作为核心；(5)压制核壳：将步骤(2)制备得到的部分惰性基体料浆经干燥、破碎、过筛后，在40～400MPa压力下压制成内径为6.2～8.2mm、外径为8.5～10mm、高度为8～24mm且与步骤(4)中的核心相匹配的惰性基体材料圆筒，以及直径为8.5～10mm、厚度为1.5～3mm且与步骤(4)中的核心相匹配的惰性基体材料圆片，作为核壳；(6)制备成型：将步骤(4)中得到的核心装入步骤(5)得到的惰性基体材料圆筒内，并将惰性基体材料圆片覆盖在惰性基体材料圆筒上下端面后，整体进行放电等离子体烧结，烧结温度为1200～2000℃，达到烧结温度后调整烧结压力为10～50MPa，然后保温1～20min后，冷却至室温，即可获得惰性基弥散燃料芯块。