[發(fā)明專利]一種含釓環(huán)形二氧化鈾芯塊的制備方法

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• 申請日: 2019-12-20
• 公開（公告）號: CN113012835A
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 杜江平;李宗書;郝若彤;劉文濤;王兆松;隋政;喬偉;何勇;梁方知;趙瑞瑞
• 申請（專利權(quán)）人: 中核北方核燃料元件有限公司
• 主分類號: G21C21/16
• 分類號: G21C21/16
• 代理公司: 核工業(yè)專利中心 11007
• 代理人: 呂巖甲

本發(fā)明屬于二氧化鈾芯塊制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種含釓環(huán)形二氧化鈾芯塊的制備方法。按Gd含量0.5wt％～8wt％的配比，分別稱量UO₂粉末與Gd₂O₃粉末；每50～80g的UO₂與Gd₂O₃混合粉末裝入一個混料罐中進行混料；采用制粒改善含釓UO₂粉末的流動性，預(yù)壓制高度為15～20mm含釓二氧化鈾圓餅，圓餅破碎后選用篩網(wǎng)進行擦篩得到UO₂粉末；使用制粒得到的UO₂粉末進行生坯成型；對制得生坯進行芯塊燒結(jié)。本發(fā)明通過混料、制粒、成型及燒結(jié)工序進行工藝控制，對含釓環(huán)形UO₂芯塊在制備過程中出現(xiàn)的Gd元素分布不均勻及成型過程粉末壓制過程中產(chǎn)生的壓制性能差的問題進行改善，最終完成Gd含量為0.5wt％～8.0wt％的環(huán)形含釓芯塊的制備。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于二氧化鈾芯塊制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種含釓環(huán)形二氧化鈾芯塊的制備方法。

背景技術(shù)

環(huán)形UO₂陶瓷芯塊，其優(yōu)點是熔點高、熱穩(wěn)定性好，中子俘獲截面低，各向異性小，輻照穩(wěn)定性好，對包殼與冷卻劑有良好的相容性，燃耗深度比金屬型燃料大，這種芯塊的使用可以大大提高芯塊的上限溫度，具有高性能壓水堆燃料芯塊的特點。

而含釓二氧化鈾芯塊是國際普遍采用的一體化可燃毒物，它可以降低反應(yīng)堆由于增加燃料裝載量而出現(xiàn)很高的初始反應(yīng)性，展平活性區(qū)中子通量及功率分布，從而加深燃耗，綜上，含釓環(huán)形UO₂陶瓷芯塊將進一步提高反應(yīng)堆的功率和安全性能。

含釓芯塊制造的主要難點：(1)由于Gd₂O₃與UO₂的密度差異，導(dǎo)致兩種粉末在混合過程中易產(chǎn)生的偏析和結(jié)團現(xiàn)象，最終導(dǎo)致芯塊Gd元素分布不均勻；(2)由于Gd₂O₃是一種脆性粉末，加入后會降低芯塊的壓制性能，造成生坯脫模困難，最終生坯因應(yīng)力釋放不均勻而導(dǎo)致橫向裂紋。

目前含釓芯塊制備方面的主要問題是Gd₂O₃在UO₂粉末中分散不均，可能會造成成品燃料芯塊中出現(xiàn)Gd₂O₃偏析和團聚的現(xiàn)象，導(dǎo)致芯塊的熱物理性能下降。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種含釓環(huán)形二氧化鈾芯塊的制備方法，通過混料、制粒、成型及燒結(jié)工序進行工藝控制，對含釓環(huán)形UO₂芯塊在制備過程中出現(xiàn)的Gd元素分布不均勻及成型過程粉末壓制過程中產(chǎn)生的壓制性能差的問題進行改善，最終完成Gd含量為0.5wt％～8.0wt％的環(huán)形含釓芯塊的制備。

為達到上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案為：

一種含釓環(huán)形二氧化鈾芯塊的制備方法，

(1)混料：按Gd含量0.5wt％～8wt％的配比，分別稱量UO₂粉末與Gd₂O₃粉末；每50～80g的UO₂與Gd₂O₃混合粉末裝入一個混料罐中進行混料；

(2)制粒：采用制粒改善含釓UO₂粉末的流動性，預(yù)壓制高度為15～20mm含釓二氧化鈾圓餅，圓餅破碎后選用篩網(wǎng)進行擦篩得到UO₂粉末；

(3)成型：使用制粒得到的UO₂粉末進行生坯成型；

(4)燒結(jié)：對制得生坯進行芯塊燒結(jié)。

所述的步驟(1)，采用三維混料機進行混料，三維混料機轉(zhuǎn)速30～40r/min，混料時間30min～40min。