[發明專利]一種測量包覆燃料顆粒的包覆層厚度的方法有效

申請號：	201410027774.3	申請日：	2014-01-21
公開（公告）號：	CN103778980A	公開（公告）日：	2014-05-07
發明（設計）人：	劉小雪;趙宏生;李自強;張凱紅;唐春和	申請（專利權）人：	清華大學
主分類號：	G21C17/10	分類號：	G21C17/10
代理公司：	北京路浩知識產權代理有限公司 11002	代理人：	李迪
地址：	100084 北京市海***	國省代碼：	北京;11
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摘要：
搜索關鍵詞：	一種測量燃料顆粒覆層厚度方法
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【說明書】：

技術領域

本發明涉及核反應堆工程，具體涉及一種測量包覆燃料顆粒的包覆層厚度的方法。

背景技術

包覆燃料顆粒（Coated?fuel?particle）是高溫氣冷堆的燃料元件的基本構成單元，其由燃料核芯、疏松熱解炭層、內致密熱解炭層、碳化硅層和外致密熱解炭層組成。疏松熱解炭層可儲存氣態裂變產物，吸收輻照引起的核芯腫脹，緩沖輻照及溫度變化引起的應力，防止裂變反沖核對致密熱解炭層的損傷；內致密熱解炭層防止沉積碳化硅層時產生的氯化氫和二氧化鈾核芯反應，延緩金屬裂變產物對碳化硅層的腐蝕，承受輻照時對熱解鍍層產生的內壓；碳化硅層強度高、彈性模量大、耐腐蝕，是承受包覆燃料顆粒內壓及阻擋裂變產物釋放的關鍵熱解鍍層；外致密熱解炭層是阻擋放射性裂變產物的又一道屏障，并能保護碳化硅層免受機械損傷。總之，由包覆燃料顆粒的熱解鍍層構成的微球形復合壓力容器能包容燃料和放射性裂變產物，是阻擋放射性裂變產物的最主要屏障，相當于通常核反應堆燃料元件棒的包殼管。因此，包覆燃料顆粒的質量直接關系到核反應堆的安全運行。從而在包覆燃料顆粒的生產過程中，就要求工藝流程能夠較為快速、準確地測量包覆燃料顆粒各包覆層的厚度，從而根據測量結果及時調整工藝參數，以確保制備出高性能的高溫氣冷堆包覆燃料顆粒。

包覆燃料顆粒由核芯和4個包覆層構成，其中核芯直徑約為500微米，各包覆層的厚度約為幾十微米。包覆燃料顆粒結構特殊，實際應用中對各包覆層厚度測量精度和測量效率要求較高。但常規的厚度測量方法無法滿足高溫氣冷堆球形燃料元件生產中包覆燃料顆粒各包覆層厚度的測量要求。例如，現有技術中一種利用X光照相測量各層的厚度的方法，其采用X光照相的方法得到包覆燃料顆粒的結構信息，其中就包括其各包覆層的厚度。但是，X光照相法測量的疏松熱解炭層和內致密熱解炭層邊界模糊，難以精確識別。因此采用X光照相法測量時只能得到碳化硅層和外致密熱解炭層的厚度。疏松熱解炭層和內致密熱解炭層的厚度還需要采用其它方法進行測量，這導致高溫氣冷堆包覆燃料顆粒各層厚度測量的效率較低，不能夠滿足高溫氣冷堆核電站示范工程燃料元件規模化生產的要求。

發明內容

（一）解決的技術問題

針對現有技術的不足，本發明提供一種測量包覆燃料顆粒的包覆層厚度的方法，本發明能夠實現對包覆燃料顆粒的包覆層厚度的快速準確測量。

（二）技術方案

為實現以上目的，本發明通過以下技術方案予以實現：

一種測量包覆燃料顆粒的包覆層厚度的方法，其特征在于，該方法包括：

將包覆燃料顆粒置于鑲樣模具中，使得包覆燃料顆粒都緊密排列于同一個樣品平面上；

利用固化劑在所述鑲樣模具中固定緊密排列于同一個樣品平面上的所述包覆燃料顆粒，制成固態樣品；

對所述固態樣品進行研磨，并使研磨平面平行于所述樣品平面，直至顯微鏡下觀察到的研磨平面上的包覆燃料顆粒的研磨面中有至少80%與其他包覆燃料顆粒的研磨面相切；

對研磨后的固態樣品進行拋光，使得顯微鏡下固態樣品在研磨平面上無可見磨痕，且各包覆層分界清晰、無高度差；

采集顯微鏡下固態樣品在研磨平面上的圖像；

結合顯微鏡的放大倍數從所述圖像中提取各包覆層的厚度。