[發明專利]一種含B和Gd的整體型復合可燃毒物燃料及制備方法

有效

• 申請號: 201010606072.2
• 申請日: 2010-12-24
• 公開（公告）號: CN102129889A
• 公開（公告）日: 2011-07-20
• 發明（設計）人: 易偉;楊靜;龍沖生;許奎
• 申請（專利權）人: 中國核動力研究設計院
• 主分類號: G21C3/326
• 分類號: G21C3/326;G21C3/58;C23C14/06;C23C14/35
• 代理公司: 核工業專利中心 11007
• 代理人: 高尚梅

技術領域

本發明屬于一種可燃毒物燃料及其制備方法，具體涉及一種含B和Gd的整體型復合可燃毒物燃料及制備方法。

背景技術

對高燃耗燃料組件而言，由于其使用周期長、可裂變元素豐度較高，在新燃料組件入堆時，合理使用可燃毒物來展平堆芯中子注量分布，實現長周期反應性控制和慢化劑的負溫度系數控制，從而提高堆芯壽命是必需的。國內外用于壓水堆堆芯的可燃毒物主要有兩類，一類屬于離散型，再一類與燃料結合在一起，可簡稱為整體型。離散型可燃毒物主要有包容在不銹鋼包殼內的硼硅酸鹽玻璃管以及由環狀氧化鋁-碳化硼(B₄C-Al₂O₃芯塊)包在兩層同心鋯合金管內組成的通水環狀可燃吸收棒，簡WABA棒。整體燃料可燃吸收體有兩種，即以二硼化鋯(ZrB₂)薄層涂覆在燃料芯塊表面上的涂層整體燃料可燃毒物吸收體，簡稱ZrB₂-IFBA和以稀土氧化物，例如氧化釓(Gd₂O₃)或氧化鉺(Er₂O₃)彌散在二氧化鈾(UO₂)燃料中的燒結體。為進一步降低運行成本，單靠B、Gd、Er等一種可燃毒物都難以控制剩余反應性，因為過多使用單一一種中子吸收材料如Gd，會給UO₂基體燃料的堆內運行性能帶來不利影響(例如，其導熱性能下降，同時剩余反應性提高，U利用率降低等)，因此，新型復合可燃毒物吸收體的研制以及應用技術開發成為各國研究方向。公開的文獻中介紹了幾種復合整體型可燃毒物燃料，如UO₂、Gd₂O₃與B₄C形成的整體型燒結可燃料毒物燃料、在UO₂-Gd₂O₃[或表示為(U，Gd)O₂]燒結芯塊上化學氣相沉積BN以及B的整體型復合可燃毒物燃料、在UO2-Er2O3燒結芯塊上磁控濺射涂覆ZrB2的整體型復合可燃毒物燃料、含Er₂O₃和Gd₂O₃的雙層燃料芯塊(外部的環狀殼層為UO₂-Er₂O₃、內部的柱狀芯體為UO₂-Gd₂O₃)等。兩種可燃毒物同時復合在同一燃料芯塊上的工藝技術有：UO2、Gd2O3與B4C混合燒結技術、UO₂-Gd₂O₃[或表示為(U，Gd)O₂]燒結芯塊上沉積BN以及B的化?學氣相沉積技術、UO₂-Er₂O₃燒結芯塊上涂覆ZrB₂的磁控濺射涂層技術以及UO₂-Er₂O₃與UO₂-Gd₂O₃雙層燃料芯塊的復合燒結技術等。但存在Er價格貴、UO₂-Er₂O₃與UO₂-Gd₂O₃雙層燃料芯塊的復合燒結工藝難度大、質量穩定性差等問題。

發明內容

本發明的目的是控制剩余反應性，解決長周期反應性控制和慢化劑負溫度系數控制對復合可燃毒物燃料的需求，提供一種含B和Gd的整體型復合可燃毒物燃料。

本發明的技術方案是：

一種含B和Gd的整體型復合可燃毒物燃料，由ZrB₂涂層和UO₂-Gd₂O₃組成。

如上所述的一種含B和Gd的整體型復合可燃毒物燃料，其中：Gd₂O₃的質量分數為2％～12％，濃縮¹⁰B線密度為0.1～1.0mg/cm。

如上所述的一種含B和Gd的整體型復合可燃毒物燃料，其中：所述可燃毒物燃料中Gd₂O₃的質量分數為4％～12％，濃縮¹⁰B的線密度為0.2～1.0mg/cm。