[發(fā)明專利]一種包覆燃料顆粒疏松熱解碳層表觀密度測(cè)定方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110571595.6
• 申請(qǐng)日: 2021-05-25
• 公開（公告）號(hào): CN113295577B
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王國華;趙峰;鄧傳東;曾強(qiáng);王鵬;喬洪波;盛紅伍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院
• 主分類號(hào): G01N9/02
• 分類號(hào): G01N9/02
• 代理公司: 成都行之專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51220
• 代理人: 胡曉麗

本發(fā)明公開了一種包覆燃料顆粒疏松熱解碳層表觀密度測(cè)定方法，包括以下步驟：稱量燃料顆粒的質(zhì)量；用壓汞法測(cè)燃料顆粒表觀體積；高溫氧化去除燃料顆粒表面包覆的疏松熱解碳層，UO₂芯核被氧化為U₃O₈；稱量U₃O₈的質(zhì)量，計(jì)算UO₂芯核的質(zhì)量；將燃料顆粒的質(zhì)量與UO₂芯核的質(zhì)量的差值作為疏松熱解碳層的質(zhì)量；利用UO₂芯核的質(zhì)量和表觀密度、計(jì)算獲得芯核的表觀體積；燃料顆粒的表觀體積與UO₂芯核的表觀體積的差值作為疏松熱解碳層的表觀體積；疏松熱解碳層的質(zhì)量與表觀體積的比值作為其表觀密度?；诜Q量法和壓汞儀完成相關(guān)質(zhì)量和表觀體積的測(cè)定、結(jié)合相關(guān)計(jì)算，在不對(duì)疏松熱解碳層厚度測(cè)定的情況下，實(shí)現(xiàn)疏松熱解碳層表觀密度的測(cè)定。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及分析檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種包覆燃料顆粒疏松熱解碳層表觀密度測(cè)定方法。

背景技術(shù)

目前最廣泛應(yīng)用的核燃料是二氧化鈾(UO₂)陶瓷燃料。但由于UO₂陶瓷燃料導(dǎo)熱性能差，使反應(yīng)堆在運(yùn)行過程中，芯塊中心部分和周邊部分存在較大溫度差，存在發(fā)生熱應(yīng)力開裂和堆芯燃料棒熔化的安全風(fēng)險(xiǎn)。

包覆燃料顆粒是一種新型燃料元件形式，它不僅在設(shè)計(jì)原理上提高了燃料元件的安全性，而且通過實(shí)際輻照試驗(yàn)也體現(xiàn)了其固有的安全特性。三結(jié)構(gòu)同向性型(Tri-structuralisotropic,TRISO)包覆顆粒是在球形燃料芯核的外周依次沉積疏松熱解碳層、內(nèi)致密熱解碳層、碳化硅層和外致密熱解碳層的球形元件。各個(gè)包覆層功能不同，它們協(xié)同作用如同傳統(tǒng)的壓水堆燃料元件的金屬包殼，將放射性裂變產(chǎn)物有效約束在包覆燃料顆粒內(nèi)，從而使反應(yīng)堆運(yùn)行的安全性得到極大提高。

其中，疏松熱解碳層主要有四個(gè)功能：一是疏松熱解碳層多孔，可以吸附放射性裂變氣體，防止TRISO包覆顆粒的內(nèi)壓過高，造成包覆顆粒壓力殼式破損；二是緩沖和吸收來自燃料芯核表面的核裂變碎片，保護(hù)內(nèi)致密熱解碳層免受裂變碎片的轟擊；三是吸收燃料芯核在裂變過程中產(chǎn)生的腫脹；四是吸收燃料芯核和內(nèi)致密熱解碳層之間因輻照和熱引起的尺寸不一致變化(這種變化不一致會(huì)在致密層中引起應(yīng)力)。疏松熱解碳層本身不起約束燃料和裂變產(chǎn)物的作用，但只有存在適當(dāng)?shù)氖杷蔁峤馓紝?，包容燃料和裂變產(chǎn)物的內(nèi)致密碳層才能在反應(yīng)堆運(yùn)行條件下存在，因此，疏松熱解碳層在TRISO燃料顆粒中的作用尤為重要。

密度、厚度和厚度標(biāo)準(zhǔn)差是影響疏松熱解碳層性能的主要指標(biāo)。通常要求疏松熱解碳涂層的密度小于理論密度2.26g/cm³的50％，這樣它既可以提供吸附裂變氣體的空間，又不會(huì)在燃料芯核和內(nèi)致密包覆碳層之間傳遞應(yīng)力。因此，在燃料芯核包覆過程中，疏松熱解碳層的密度需要加以嚴(yán)格控制。

疏松熱解碳層表觀密度由包覆層的質(zhì)量與包覆層的表觀體積計(jì)算求得。其中，包覆層的質(zhì)量較容易測(cè)定。而在已有文獻(xiàn)中，包覆層的表觀體積一般由包覆層的厚度計(jì)算得到。在這一類方法中，它們的不同之處在于包覆層厚度測(cè)量方法的差異。然而，此類方法存在工作量大、實(shí)驗(yàn)過程繁瑣等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

基于上述技術(shù)背景，本發(fā)明提供了解決上述問題的一種包覆燃料顆粒疏松熱解碳層表觀密度測(cè)定方法，基于稱量法和壓汞儀完成相關(guān)質(zhì)量和表觀體積的測(cè)定，再結(jié)合數(shù)學(xué)計(jì)算，在不對(duì)疏松熱解碳層厚度測(cè)定的情況下，實(shí)現(xiàn)疏松熱解碳層表觀密度的測(cè)定。

本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種包覆燃料顆粒疏松熱解碳層表觀密度測(cè)定方法，包括以下步驟：

S1.稱量獲取包覆疏松熱解碳層的燃料顆粒的質(zhì)量；利用壓汞法測(cè)定包覆疏松熱解碳層的燃料顆粒的表觀體積；即此時(shí)，利用壓汞法測(cè)定的表觀體積為，UO₂芯核與其外部包覆的疏松熱解碳層的表觀體積之和。