[發明專利]一種納米二氧化鈾復合材料粉末的制備方法

有效

• 申請號: 201810100345.2
• 申請日: 2018-02-01
• 公開（公告）號: CN108298587B
• 公開（公告）日: 2020-12-01
• 發明（設計）人: 高瑞;楊振亮;李冰清;張鵬程;褚明福;劉徐徐;鐘毅;段麗美;黃奇奇;王志毅
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院材料研究所
• 主分類號: C01G43/025
• 分類號: C01G43/025;G21C21/02;B82Y30/00
• 代理公司: 成都眾恒智合專利代理事務所(普通合伙) 51239
• 代理人: 王世權

本發明公開了一種用于新型核燃料芯塊制備的納米UO₂及其復合物粉末的制備方法。本發采用水熱法或沉淀法制備得到納米UO₂及其復合物粉末(包括但不限于納米UO₂粉末、納米UO₂/SiC、納米UO₂/碳納米管、納米UO2/石墨烯、納米UO₂/納米金剛石復合材料粉末)，其制備得到的粉末可作為制備核電站的新型核燃料芯塊的原料，具有高熔點、高導熱、抗輻照性能好、裂變氣體容納能力強、力學性能優異的特點。

技術領域

本發明涉及一種納米二氧化鈾復合材料粉末的制備方法。

背景技術

二氧化鈾(UO₂)是目前商用核反應堆應用最廣泛的核燃料，具有優異的熱、化學、輻照穩定性，以及高熔點、滯留固態裂變產物和阻擋氣態裂變產物擴散能力強等優點。然而，依靠聲子傳熱的特性導致其在高溫和輻照條件下熱導率急劇下降，熱量導出能力迅速衰退。因此，目前的UO₂-Zr核燃料體系的使用溫度只有700-1200℃。在事故狀態下，反應堆冷卻系統失效，堆內熱量無法散去，堆芯溫度迅速升高，金屬Zr包殼在高溫下與水蒸氣的氧化放熱反應和釋氫反應加劇，短時間內釋放出大量的熱量和氫氣，氫氣在高溫下發生爆炸，包殼管由于各種不良反應以及燃料芯塊的變形擠壓而發生破裂，芯塊由于溫度過高而熔毀，反應堆壓力殼由于內壓過大而損毀，最終導致放射性物質泄漏的核事故(R.O.Meyer,Nucl.Technol.,155,2006,293.)。歷次核事故中放射性物質的泄漏都與反應堆堆芯溫度過高，燃料棒熔毀直接相關。因此UO₂熱導率過低的本征特性是引發核泄漏事故的關鍵因素之一。

針對上述問題，將UO₂進行納米化并將其與高熱導率物質復合，制備新型納米復合燃料芯塊，即可同時提高其熱物理性能、力學性能和裂變氣體容納能力，進而提升反應堆的安全性。本發明則是為了提供該類型燃料芯塊所需的納米UO₂及其復合物粉末這一原材料。

發明內容

本發明擬通過制備納米UO₂材料及其復合材料粉末，從而為制備新型納米復合燃料芯塊奠定基礎，采用本發明方法制備得到的納米UO₂材料及其復合材料粉末可作為制備核電站的新型核燃料芯塊的原料，具有高熔點、高導熱、抗輻照性能好、裂變氣體容納能力強、力學性能優異的特點。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種以沉淀法制備納米二氧化鈾的方法，具體包括以下步驟：將前軀體和沉淀劑分別溶于去離子水中，得到混合溶液B，混合溶液B中前驅體的濃度為0.01-0.5mol/L，沉淀劑的濃度為0.001-0.5mol/L；攪拌均勻后，在60-100℃條件下反應0.1-12h；冷卻后，將得到的沉淀物離心分離，并使用酒精和去離子水沖洗，最后在60-100℃條件下干燥即可得到納米二氧化鈾；其中，所述前驅體為醋酸鈾酰或硝酸鈾酰。

優選的，所述沉淀劑為六亞甲基四胺、尿素或水合肼石墨烯。

本發明的另一個目的則是提供一種納米二氧化鈾復合材料粉末的制備方法，以水熱法制備，具體包括以下步驟：將前軀體、還原劑和添加物分別溶于去離子水中，得到混合溶液C，混合溶液C中前驅體的濃度為0.01-0.5mol/L，還原劑的濃度為0.01-0.5mol/L，添加物的添加量為納米二氧化鈾理論產量的1％-10％vol；將混合溶液C轉移至水熱反應釜中，在160-240℃條件下反應4-24h；冷卻后，將得到的沉淀物離心分離，并使用酒精和去離子水沖洗，最后在60-100℃條件下干燥即可得到納米二氧化鈾；其中，所述前驅體為醋酸鈾?；蛳跛徕欟！?/p>

優選的，所述還原劑為乙二胺或三丙胺。