[發(fā)明專利]一種UO2

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910101965.2
• 申請(qǐng)日: 2019-02-01
• 公開（公告）號(hào): CN109879322B
• 公開（公告）日: 2021-07-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 嚴(yán)強(qiáng);彭述明;毛義武;周曉松;梁建華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國工程物理研究院核物理與化學(xué)研究所
• 主分類號(hào): C01G43/025
• 分類號(hào): C01G43/025;G21C3/62
• 代理公司: 中國工程物理研究院專利中心 51210
• 代理人: 翟長明;韓志英

本發(fā)明公開了一種UO₂微球合成方法。利用水熱法，將醋酸鈾酰溶解到去離子水、丙酮和乙酰丙酮的混合溶液中，在200℃反應(yīng)7?20小時(shí)，可以獲得UO₂微球。該方法可制備出具有納米晶和封閉孔的UO₂微球，UO₂微球結(jié)晶性好、形貌可調(diào)，直徑范圍為1μm~3μm，表面的納米晶尺寸范圍為50nm?300nm，內(nèi)部有封閉孔，這種結(jié)構(gòu)與高燃耗結(jié)構(gòu)極其接近，可應(yīng)用于未來的核燃料中。高燃耗結(jié)構(gòu)是核燃料在達(dá)到很高燃耗下形成的，由200nm?300nm的UO₂晶粒和封閉孔組成，納米晶有利于提高核燃料的抗輻照損傷能力，封閉孔可以增強(qiáng)保留裂變氣體的能力，提高核燃料的安全性，延長核燃料的服役時(shí)間，從而提高經(jīng)濟(jì)性。通過調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)條件，該方法還可獲得其他形貌的UO₂微球應(yīng)用于催化劑和半導(dǎo)體等領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于納米材料制備領(lǐng)域，具體涉及一種UO₂微球合成方法。

背景技術(shù)

核能，作為一種清潔能源，已經(jīng)成功地使用了幾十年。現(xiàn)在在役的核反應(yīng)堆堆型主要是壓水堆，其利用的是陶瓷UO₂作為芯塊。這種燃料是以235U豐度3%~5%的UO₂粉末燒結(jié)而成。但是現(xiàn)在的UO₂陶瓷核燃料燃耗比較低，卸料的時(shí)候鈾利用率不足1%，影響反應(yīng)堆運(yùn)行的安全性。主要原因是反應(yīng)堆內(nèi)部條件惡劣。UO₂陶瓷芯塊在使用過程中，在高溫、強(qiáng)輻照等惡劣條件下會(huì)出現(xiàn)腫脹，破裂，裂變氣體釋放，導(dǎo)致核燃料與包殼相互作用增強(qiáng)，裂變氣體腐蝕包殼，包殼內(nèi)部壓力增大，變型甚至破裂，進(jìn)而影響核反應(yīng)堆運(yùn)行的安全性。

近些年的研究發(fā)現(xiàn)，核燃料芯塊的燃耗并不均勻，邊緣區(qū)域的燃耗能夠達(dá)到平均燃耗的2-3倍。在高燃耗區(qū)域，燃料的微觀結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生了變化，原始5μm-20μm的晶粒逐漸細(xì)化成了200nm-300nm的晶粒，同時(shí)出現(xiàn)了封閉的孔結(jié)構(gòu)。研究發(fā)現(xiàn)，這種納米晶和封閉孔的結(jié)構(gòu)，可以有效地提高核燃料的抗輻照損傷能力，改善塑性，增強(qiáng)裂變氣體的保留能力，有利于核燃料的燃耗加深。

除此之外，UO₂還能被用作催化劑，半導(dǎo)體，熱電材料和屏蔽材料等。材料的性能與材料的形貌、結(jié)構(gòu)、尺寸和成分等具有緊密的相關(guān)性。特殊的形貌可能給材料的性質(zhì)帶來突破性的改變。

中國專利文獻(xiàn)庫公開了發(fā)明名稱為《一種氧化鈾納米晶的可控合成方法》（CN201810187711.2），該方法實(shí)現(xiàn)了UO₂納米晶的成分和形貌控制。但是該方法得到的是單分散的納米晶，而且不具有封閉孔結(jié)構(gòu)，對(duì)于實(shí)現(xiàn)包容裂變產(chǎn)物還比較困難。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種UO₂微球合成方法。

本發(fā)明的UO₂微球合成方法，其特點(diǎn)是，包括以下步驟：

a.在電磁攪拌下，將鈾酰鹽溶解到去離子水中；

b.在鈾酰鹽完全溶解以后，將鈾酰鹽溶液加入到乙酰丙酮與丙酮的混合溶液中，獲得溶液A；

c.在溶液A中加入氨水，調(diào)節(jié)至堿性，獲得溶液B；

d.將溶液B轉(zhuǎn)移至水熱釜中，在200℃下反應(yīng)7 h -20h后，自然冷卻至室溫，獲得溶液C；

e.將溶液C中的固體沉淀進(jìn)行離心分離得到固體D，用乙醇和丙酮洗滌固體D，得到所需。

步驟a中的鈾酰鹽為醋酸鈾酰或硝酸鈾酰中的一種。

步驟b中的乙酰丙酮與丙酮的混合溶液中丙酮的體積百分比范圍為20%-80%；當(dāng)丙酮的體積百分比小于等于50%時(shí)，加入乙醇，乙醇的體積為乙酰丙酮與丙酮的混合溶液總體積的30%。

步驟c中溶液B的pH值范圍為8.0~12.0。