[发明专利]一种UO2和U3Si2复合燃料芯块及其制备方法和用途

摘要

本发明公开了一种UO₂和U₃Si₂复合燃料芯块及其制备方法和用途，解决了现有技术中UO₂热导率过低导致核燃料安全性降低的问题。该复合燃料芯块的U₃Si₂为三维网格结构，并与UO₂形成互穿网络结构。本发明采用高温熔融渗透反应法制备生成具有互穿网络结构的UO₂和U₃Si₂复合燃料芯块。本发明的UO₂和U₃Si₂复合燃料芯块在商用核反应堆作为核燃料的用途。本发明能够在较长时间内抵抗冷却剂丧失事故，同时还能保持或提高其在正常运行工况下的性能，本发明方法工艺简单，操作简便，生产效率高，能够实现规模化的工业生产。

主权项

1.一种UO2和U3Si2复合燃料芯块的制备方法，其特征在于：所述复合燃料芯块包括UO2和U3Si2，所述U3Si2为三维网格结构，并与UO2形成互穿网络结构，所述U3Si2由金属铀与硅反应生成，所述硅的质量为UO2的5～15wt.％；所述制备方法为采用高温熔融渗透反应法，首先利用加热易挥发物质作为造孔剂，与UO2粉末和硅粉末烧结制得UO2和Si多孔渗透基体；再将所述多孔渗透基体与纯铀渗料在高温状态下反应，生成具有互穿网络结构的UO2和U3Si2复合燃料芯块；具体包括以下步骤：步骤1：将UO2粉末、硅粉末、造孔剂草酸铵和润滑剂混合均匀，得到UO2混合物粉末；步骤2：将所述混合压制成预压坯，然后破碎成颗粒，再将其装入球化设备中，添加润滑剂，进行自研磨球化混合，得到球形度良好的UO2混合物小球；步骤3：将所述UO2混合物小球压制成芯块素坯后，装入高温气氛烧结炉，在氩气保护气氛下进行低温预烧，得到UO2和Si多孔渗透基体；步骤4：将所述UO2和Si多孔渗透基体置于高温熔渗炉内，保持一个端面与纯铀渗料充分接触，在氩气气氛保护下进行高温熔融渗透反应烧结，得到互穿网络结构的UO2和U3Si2复合燃料芯块。