[發明專利]燃料芯塊的制造方法以及燃料芯塊

有效

• 申請號: 201711059022.5
• 申請日: 2017-11-01
• 公開（公告）號: CN107967950B
• 公開（公告）日: 2020-04-24
• 發明（設計）人: 黃華偉;賈建平;劉彤;高瑞;李銳;楊振亮;孫茂州;李冰清;馬趙丹丹;任啟森;薛佳祥;高思宇;龔星;楊英
• 申請（專利權）人: 中廣核研究院有限公司;中國廣核集團有限公司;中國廣核電力股份有限公司
• 主分類號: G21C3/62
• 分類號: G21C3/62;G21C21/10;C04B35/622;C04B35/565
• 代理公司: 深圳市瑞方達知識產權事務所(普通合伙) 44314
• 代理人: 林儉良;王少虹

本發明公開了一種燃料芯塊的制造方法以及燃料芯塊，燃料芯塊的制造方法包括：S1、根據質量百分比稱取以下各原料：氧化釔0?8％、氧化鋁0?10％、氧化硅0?8％、碳化鋯5?80％，余量為碳化硅；S2、將原料與乙醇混合后，加入聚乙烯亞胺，球磨混合均勻，形成混料；S3、取5?20％的混料均勻混合在乙醇中形成漿料，將漿料噴灑在滾動的TRISO顆粒表面，烘干形成待壓粉料；S4、將待壓粉料壓制形成內核素坯；S5、取步驟S2中剩余的混料，壓制形成為管體素坯；S6、將內核素坯裝配到管體素坯中，壓制，致密化燒結，制得燃料芯塊。本發明采用SiC/ZrC復合材料作為燃料芯塊的基體，提高燃料芯塊的高溫穩定性；利用ZrC可溶于強酸、強堿的特性，降低乏燃料芯塊后處理難度，有利于燃料芯塊循環利用。

技術領域

本發明涉及核燃料技術領域，尤其涉及一種燃料芯塊的制造方法以及燃料芯塊。

背景技術

核燃料能量密度高，CO₂等有害氣體排放少，是解決目前石化資源緊缺和環境污染嚴重的重要手段，核能發電是清潔能源，核能的優勢明顯，核電能源比例不斷增大，核能發電的地位越顯突出，各國在不斷的開發核能并建設新型核電站。然而，核能是利用鈾等重金屬元素裂變產生能量，裂變會形成具有一定放射性的裂變產物。因此，做好輻射防護和防止放射性產物泄露是核電安全的關鍵，也是開發核能的前提。在人類和平利用核能的道路上曾發生多起核放射性泄露事件，使得提升傳統UO₂-Zr合金體系燃料組件的事故容錯能力成為人們關注的焦點。

UO₂熔點高、輻照腫脹小，但熱導率低，在深燃耗下裂變氣體包容能力差。低熱導率的UO₂芯塊使得UO₂-Zr燃料體系在運行過程中產生較大的溫度梯度，燃料棒中心溫度達到1500℃以上。低熱導率芯塊的芯部溫度高，裂變氣體釋放率大，且溫度梯度使得芯塊中產生熱應力，降低了燃料元件的安全性。在失水事故工況條件下，芯塊芯部溫度越高，傳熱至燃料棒包殼的能量越多，芯塊溫度越高裂變氣體釋放量越大，增加了燃料棒包殼破損的風險，甚至引發堆芯熔化。因此，開發先進核燃料，研究高熱導率、低裂變氣體釋放率的核燃料芯塊是提高核反應堆燃料元件事故容錯能力的關鍵。

惰性基彌散燃料芯塊(Inert matrix dispersion fuel簡稱IMDP)是借鑒高溫氣冷堆燃料球技術，以TRISO微球為核燃料載體，TRISO微球彌散分布于SiC基體中，是事故容錯燃料芯塊的重要研究方向。IMDP芯塊高熱導率的SiC基體包覆TRISO微球，保護了TRISO微球的完整性，起著傳導熱量的重要作用，而TRISO微球的結構設計保證了芯塊在深燃耗下抑制燃料芯塊裂變氣體的釋放。IMDP核燃料芯塊的SiC基體熔點高、熱導率高，TRISO微球裂變氣體釋放率低，這些特點提升了IMDP燃料芯塊的燃料元件的事故容錯能力。

IMDP芯塊中TRISO微球彌散分布于SiC基體中，SiC熔點高、導熱性能好，耐腐蝕，芯塊在服役過程中核燃料微球不易裸露。SiC優良的物理和化學性能可有效地保障IMDP核燃料的安全性，但也存在以下缺點：

SiC難溶于酸、堿，IMDP乏燃料芯塊的后處理難度大；SiC基體難致密，芯塊燒結溫度高，助燒劑易揮發；NITE相助燒劑含量高，降低了芯塊的中子經濟型。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于，提供一種降低乏燃料芯塊后處理難度的燃料芯塊的制造方法以及制得的燃料芯塊。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：提供一種燃料芯塊的制造方法，包括以下步驟：

S1、根據質量百分比稱取以下各原料：氧化釔0-8％、氧化鋁0-10％、氧化硅0-8％、碳化鋯5-80％，余量為碳化硅；所述氧化釔、氧化鋁和氧化硅中至少一種質量不為0；

S2、將所述原料與乙醇混合后，加入聚乙烯亞胺，球磨混合均勻，形成混料；