[發(fā)明專利]一種氚增殖用正硅酸鋰小球密實(shí)化的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110410998.9
• 申請(qǐng)日: 2011-12-09
• 公開（公告）號(hào): CN103159222A
• 公開（公告）日: 2013-06-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 羅天勇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 核工業(yè)西南物理研究院
• 主分類號(hào): C01B33/32
• 分類號(hào): C01B33/32
• 代理公司: 核工業(yè)專利中心 11007
• 代理人: 高尚梅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于氚增殖和能量提取技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種應(yīng)用于聚變反應(yīng)堆領(lǐng)域的氚增殖用正硅酸鋰小球密實(shí)化的方法。

背景技術(shù)

氫有氕、氘、氚三種同位素，其中氘和氚是聚變反應(yīng)堆的兩種基本的聚變?nèi)剂?，氘在自然界中的含量較為豐富，但氚在自然界中含量極為稀少(大氣中總量不足1公斤)，必須通過聚變堆的氚增殖包層實(shí)現(xiàn)氚自持(即一個(gè)氚參與聚變反應(yīng)產(chǎn)生一個(gè)中子，該中子被增殖包層中的鋰吸收又產(chǎn)生一個(gè)氚繼續(xù)參與聚變反應(yīng))。目前中國(guó)的聚變堆設(shè)計(jì)中擬采用氦冷固態(tài)氚增殖包層或雙功能液態(tài)金屬包層來實(shí)現(xiàn)氚自持。其中，氦冷固態(tài)增殖劑(HCCB)包層概念設(shè)計(jì)采用2×6的模塊化設(shè)計(jì)，模塊尺寸按1/2垂直實(shí)驗(yàn)窗口布置；氚增殖劑采用Li₄SiO₄的鋰陶瓷小球，中子倍增劑采用鈹金屬微球，均為球床結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)材料采用低活化RAFM鋼；8MPa壓力、進(jìn)出口溫度分別為300℃和500℃的氦氣作為冷卻劑。

由于固態(tài)增殖劑采用子模塊的設(shè)計(jì)方案，根據(jù)中子學(xué)計(jì)算，鈹球床內(nèi)鈹材料的占空比達(dá)到80％，正硅酸鋰球床內(nèi)正硅酸鋰的占空比達(dá)到60％，其方案推廣到全堆，才能達(dá)到聚變堆對(duì)氚自持的底限要求。而這意味著我們必須采用雙尺寸的鈹小球?qū)崿F(xiàn)鈹球床的球形堆積，而正硅酸鋰小球方面由于已經(jīng)設(shè)定采用單尺寸小球，則必須采用高密度的正硅酸鋰小球。

目前已開發(fā)出多種正硅酸鋰小球的制備工藝，包括中國(guó)工程物理研究院開發(fā)的濕法工藝，中國(guó)原子能研究院開發(fā)的滾圓-燒結(jié)工藝，中科院上海硅酸鹽研究所開發(fā)的溶膠-凝膠工藝。以上工藝的優(yōu)點(diǎn)在于成本低，但制備出的正硅酸鋰小球相對(duì)密度也低，其正硅酸鋰小球相對(duì)密度基本控制在80％左右。因此，需要對(duì)正硅酸鋰小球進(jìn)行密實(shí)化處理，以進(jìn)一步提供其相對(duì)密度到。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種氚增殖用正硅酸鋰小球密實(shí)化的方法，該方法能夠?qū)⒉捎脻穹üに囍苽涞牡兔芏日杷徜囆∏虻南鄬?duì)密度提高到95％以上，從而滿足固態(tài)增殖劑實(shí)驗(yàn)包層模塊對(duì)正硅酸鋰小球核密度的要求。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案：一種氚增殖用正硅酸鋰小球密實(shí)化的方法，該方法包括以下步驟：

(1)將低密度正硅酸鋰小球置于熱等靜壓設(shè)備的爐腔中；

(2)向熱等靜壓設(shè)備的爐腔內(nèi)充入氬氣，控制爐腔中的壓強(qiáng)達(dá)到20Mpa以上；

(3)逐步加溫加壓，爐腔溫度提升至700-1000℃，壓強(qiáng)提升至100-200Mpa，維持高溫高壓狀態(tài)1-4個(gè)小時(shí)；

(4)爐腔冷卻至100-200℃，泄壓；將正硅酸鋰小球取出，在空氣中冷卻至室溫，即得到高密度的正硅酸鋰小球。

所述的步驟(1)中的低密度正硅酸鋰是采用濕法工藝制備而成的。

在所述的步驟(1)之前，首先將所述的低密度正硅酸鋰小球裝入開口的石英罐內(nèi)。

本發(fā)明的有益效果為：將采用濕法工藝制備的低密度正硅酸鋰小球(相對(duì)密度在80％左右)的相對(duì)密度提高到95％以上，從而滿足固態(tài)增殖劑實(shí)驗(yàn)包層模塊對(duì)正硅酸鋰小球高密度的要求。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明所提供的一種氚增殖用正硅酸鋰小球密實(shí)化的方法作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

實(shí)施例1

一種氚增殖用正硅酸鋰小球密實(shí)化的方法，該方法包括以下步驟：

(1)將采用濕法工藝制備的低密度正硅酸鋰小球裝入開口的石英罐內(nèi)，置于熱等靜壓設(shè)備的爐腔中；

(2)向熱等靜壓設(shè)備的爐腔內(nèi)充入氬氣，控制爐腔中的壓強(qiáng)達(dá)到20Mpa；

(3)逐步加溫加壓，爐腔溫度提升至700℃，壓強(qiáng)提升至100Mpa，維持高溫高壓狀態(tài)1個(gè)小時(shí)；

(4)爐腔冷卻至100℃，泄壓至常壓狀態(tài)，將裝有正硅酸鋰小球的石英罐取出，在空氣中冷卻至室溫，即得到相對(duì)密度達(dá)到95％以上的高密度正硅酸鋰小球。

實(shí)施例2

一種氚增殖用正硅酸鋰小球密實(shí)化的方法，該方法包括以下步驟：

(1)將采用濕法工藝制備的低密度正硅酸鋰小球裝入開口的石英罐內(nèi)，置于熱等靜壓設(shè)備的爐腔中；

(2)向熱等靜壓設(shè)備的爐腔內(nèi)充入氬氣，控制爐腔中的壓強(qiáng)達(dá)到30Mpa以上；

(3)逐步爐腔內(nèi)的溫度和壓強(qiáng)，爐腔溫度提升至850℃，壓強(qiáng)提升至150Mpa，維持高溫高壓狀態(tài)2個(gè)小時(shí)；

增加壓強(qiáng)即繼續(xù)向爐腔內(nèi)充入氬氣。

(4)爐腔冷卻至150℃，泄壓至常壓狀態(tài)，將裝有正硅酸鋰小球的石英罐取出，在空氣中冷卻至室溫，即得到相對(duì)密度達(dá)到95％以上的高密度正硅酸鋰小球。

實(shí)施例3