[發(fā)明專利]一種鐵基鐵酸鏑材料及其應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610217061.2
• 申請日: 2016-04-08
• 公開（公告）號: CN105734385B
• 公開（公告）日: 2017-07-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 冉廣;黃金華;劉騰蛟;馮楚容;王魯閩;李寧
• 申請（專利權(quán)）人: 廈門大學(xué)
• 主分類號: C22C29/12
• 分類號: C22C29/12;C22C38/00;C22C32/00;C22C33/02;C22C1/05;G21C7/06
• 代理公司: 廈門市首創(chuàng)君合專利事務(wù)所有限公司35204
• 代理人: 張松亭

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及屬于核電站反應(yīng)堆技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鐵基鐵酸鏑材料及其應(yīng)用。

背景技術(shù)

在核電站運(yùn)行過程中，一般通過調(diào)節(jié)控制棒和改變硼酸濃度實(shí)現(xiàn)反應(yīng)堆負(fù)荷跟蹤控制?？刂瓢羰侵凶游阵w，它的移動速度快，操作可靠，使用靈活，控制反應(yīng)性的準(zhǔn)確度高。而改變硼酸濃度可以實(shí)現(xiàn)對反應(yīng)性的慢變化控制。

核電站反應(yīng)堆的開、停和功率調(diào)節(jié)主要由控制棒控制。一旦發(fā)生核電事故，控制棒會自動快速下落，使反應(yīng)堆內(nèi)的鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)停止，以保障安全。控制棒的常用中子吸收材料有碳化硼(B₄C)、Ag-In-Cd、硼鋼、以及它們的組合體等。而以B₄C和硼鋼材料為代表的中子吸收材料容易在服役過程中出現(xiàn)較嚴(yán)重的輻照損傷，這主要是由于B¹⁰的(n,α)反應(yīng)所產(chǎn)生氦和腫脹所致。另外此類材料會在反應(yīng)堆嚴(yán)重事故條件下與高溫高壓的蒸汽發(fā)生強(qiáng)放熱性氧化反應(yīng)，產(chǎn)生氫氣，嚴(yán)重時發(fā)生氫爆。Ag-In-Cd屬于強(qiáng)中子吸收體，服役過程中，其微小的移動會帶來反應(yīng)性的較大幅度改變，一般需要改變硼酸濃度以配合其移動。但利用改變冷卻水中的硼酸濃度來追隨負(fù)載的方法，會產(chǎn)生大量廢水，從而增加企業(yè)成本，同時采用該方法對反應(yīng)性調(diào)節(jié)的時間長。因此，在核反應(yīng)堆中設(shè)計采用弱中子吸收體芯塊用于控制棒中代替以調(diào)節(jié)硼酸濃度方法實(shí)現(xiàn)對核反應(yīng)性的微量控制與調(diào)節(jié)。

鏑具有五種中子吸收截面相對較大的穩(wěn)定同位素，在進(jìn)行核反應(yīng)后熱中子吸收截面不會發(fā)生突變，利于穩(wěn)定控制核反應(yīng)性。鏑的嬗變產(chǎn)物的γ活性低，半衰期短，對堆芯設(shè)備的損害小。Dy₂TiO₅塊體作為控制棒的中子吸收材料已經(jīng)在一些核電站得到了應(yīng)用，其核心是利用鏑元素的優(yōu)越核子特性。從平衡相圖可以得知Dy₂TiO₅具有三種晶體結(jié)構(gòu)，包括正交晶體結(jié)構(gòu)(0～1350℃)、六方晶體結(jié)構(gòu)(1350℃～1680℃)和立方晶體結(jié)構(gòu)(螢石結(jié)構(gòu))(1680℃～1870℃)。螢石結(jié)構(gòu)的塊體材料的抗輻照性能最好，相同輻照條件下其輻照腫脹率和輻照生長率最低，且輻照穩(wěn)定好，輻照過程中不會發(fā)生晶體結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變。而在輻照條件下正交晶體結(jié)構(gòu)的Dy₂TiO₅在非晶化之前會發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變，由正交晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)槲炇Y(jié)構(gòu)，晶體結(jié)構(gòu)的改變會引起塊體材料的體積、熱導(dǎo)率和熱膨脹系數(shù)的變化。因此研究者們致力于獲得螢石結(jié)構(gòu)的Dy₂TiO₅塊體材料，但由于螢石結(jié)構(gòu)屬于高溫相，而控制棒長期服役的溫度低于1000℃，因此即使制備得到高溫螢石結(jié)構(gòu)的Dy₂TiO₅塊體，在服役過程中勢必會轉(zhuǎn)變?yōu)榈蜏卣痪w結(jié)構(gòu)，這不利于核反應(yīng)的穩(wěn)定性與安全性。核反應(yīng)堆控制棒用中子吸收材料芯塊的另外一個重要特性要求是芯塊的熱傳導(dǎo)性優(yōu)越，以便在服役過程中由于中子反應(yīng)在芯塊中生成的熱量能及時傳導(dǎo)出去，保證核反應(yīng)的安全性，而Dy₂TiO₅陶瓷芯塊的熱傳導(dǎo)性相對較差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供了一種鐵基鐵酸鏑材料及其應(yīng)用，利用該鐵基鐵酸鏑材料制備得到的鐵基鐵酸鏑芯塊能夠作為核反應(yīng)堆控制棒中的優(yōu)良中子吸收體，且設(shè)備、工藝簡單，易操作，可控性優(yōu)越，制備成本低。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案之一是：

一種鐵基鐵酸鏑材料，所述鐵基鐵酸鏑材料由鐵基及彌散于鐵基中的鐵酸鏑(DyFeO₃)組成，且鐵酸鏑與鐵基的質(zhì)量比為1:0.8～1:6.2。所述彌散于鐵基中的鐵酸鏑可以是p型鐵酸鏑。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案之二是：

一種由上述材料制成的鐵基鐵酸鏑芯塊。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案之三是：

一種制備上述鐵基鐵酸鏑芯塊的方法，包括：