[發明專利]一種包覆燃料顆粒的壓碎強度的測試方法

有效

• 申請號: 201611245256.4
• 申請日: 2016-12-29
• 公開（公告）號: CN106644722B
• 公開（公告）日: 2019-06-14
• 發明（設計）人: 張鋒;林俊;楊旭;李子威;朱智勇
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海應用物理研究所
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G01N1/44;G01N23/04
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 鄧琪;余永莉

本發明提供一種包覆燃料顆粒的壓碎強度的測試方法，包覆燃料顆粒由內而外依次包括：燃料核心、緩沖層、內致密熱解碳層、陶瓷球殼、外致密熱解碳層，所述方法包括以下步驟：S₁：對所述包覆燃料顆粒進行第一次高溫氧化處理，以去除外致密熱解碳層；S₂：對去除了外致密熱解碳層的包覆燃料顆粒的陶瓷球殼進行激光打孔；S₃：對已完成激光打孔的包覆燃料顆粒進行第二次高溫氧化處理，以去除內致密熱解碳層和緩沖層；以及S₄：在材料試驗機上測試經過上述處理的包覆燃料顆粒的壓碎強度值。根據本發明，避免了現有技術中的半球法和圓環法的固有誤差缺陷，提供了一種制樣簡單快捷，能批量處理，最重要的是測量誤差大大降低的壓碎強度的測試方法。

技術領域

本發明屬于材料性能檢測技術領域，更具體地涉及一種包覆燃料顆粒的壓碎強度的測試方法。

背景技術

包覆燃料顆粒在高溫氣冷堆、固態熔鹽堆、超高溫反應堆和Candu堆等堆型中具有廣泛的應用價值[K.Minato,Advanced Concepts in TRISO Fuel.(2012),215-236]。參見圖1，包覆燃料顆粒主要由鈾、釷基燃料核芯1和外層實現特定功能的包覆層構成。包覆層又主要包括緩沖層2、內致密熱解碳層3、陶瓷球殼層4和外致密熱解碳層5。其中，陶瓷球殼層阻擋裂變氣體和固體的釋放；承受顆粒內CO、CO₂和其他裂變氣體的內壓；保持包覆燃料顆粒的完整性，因此陶瓷球殼層是最主要的承壓層和阻擋層，它的性質直接決定燃料的安全性能，是反應堆安全的第一道屏障。目前使用的陶瓷球殼主要包括：SiC球殼，ZrC球殼和B₄C球殼這樣三種。

當燃料顆粒內部裂變氣體的壓力超過包覆層材料的強度時，陶瓷球殼層就會破損而導致放射性裂變產物釋放。因此一旦陶瓷球殼層破損，便認為包覆燃料顆粒失效。因此陶瓷球殼的壓碎強度是衡量包覆燃料顆粒質量的最重要指標之一。

目前測試陶瓷球殼層的壓碎強度的主要方法包括圓環法和半球法。程碧華等人[程碧華，張冬梅等，第18卷1997年6月，第3期]以SiC球殼為例，采用的圓環法是將包覆燃料顆粒鑲樣后，通過研磨拋光將赤道面兩側的球冠去掉，剩下SiC球殼的圓環，之后將這樣一定數量的圓環分別測試。很明顯，這樣的測試方法很容易產生誤差：一是由于包覆燃料顆粒的粒徑分布在一個范圍，最終得到的圓環并不是每個都是沿赤道面對稱的；二是在計算過程中將球狀圓環近似為圓柱形產生的誤差。Brian C等人[Brian C.Journal of NuclearMaterials 477(2016)263-272]采用的半球法是將包覆顆鑲樣后，通過研磨拋光將赤道面一側的球冠去掉，將剩下的半球作為測試樣品，這種方法同樣存在磨樣過程中產生的誤差，由于包覆燃料顆粒的粒徑分布在一個范圍，因此有的半球狀樣品可能只是一個很小的球冠，有的則是超過赤道面的一個球冠。因此，需要一種更為精確的測試方法，從而減小測試包覆燃料顆粒的壓碎強度的誤差。

發明內容

本發明的目的是提供一種包覆燃料顆粒的壓碎強度的測試方法，從而解決現有技術中包覆燃料顆粒的壓碎強度的測量誤差較大的問題。

為了解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案：

提供一種包覆燃料顆粒的壓碎強度的測試方法，所述包覆燃料顆粒由內而外依次包括：燃料核心、緩沖層、內致密熱解碳層、陶瓷球殼、外致密熱解碳層，所述測試方法包括以下步驟：S₁：對所述包覆燃料顆粒進行第一次高溫氧化處理，以去除外致密熱解碳層；S₂：對去除了外致密熱解碳層的包覆燃料顆粒的陶瓷球殼進行激光打孔；S₃：對已完成激光打孔的包覆燃料顆粒進行第二次高溫氧化處理，以去除內致密熱解碳層和緩沖層；以及S₄：在材料試驗機上測試經過上述處理的包覆燃料顆粒的壓碎強度值。