[發明專利]一種含Eu鐵基中子吸收材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202211234124.7
• 申請日: 2022-10-10
• 公開（公告）號: CN115433881B
• 公開（公告）日: 2023-05-09
• 發明（設計）人: 岳慧芳;佘加;高士鑫;周毅;趙艷麗;秦勉;辛勇;李垣明;顧益宇;陳聰;鄭樂樂;張豐收;孫丹
• 申請（專利權）人: 中國核動力研究設計院
• 主分類號: C22C38/08
• 分類號: C22C38/08;C22C38/14;C22C38/06;C22C33/06;C22C30/00;G21F1/08
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 史麗紅

本發明公開了一種含Eu鐵基中子吸收體材料及其制備方法和應用，含Eu鐵基中子吸收體材料包括以下質量百分數的組分：5.00％～20.00％Eu，10％～40.00％Ni，0.00％～3.00％Zr，0.00％～8.00％Al，余量為Fe；所述含Eu鐵基中子吸收體材料在熔煉制備過程中采用了預先制備Eu?Ni中間合金的方式，可有效降低Eu的揮發，使Eu含量得到準確控制；所述含Eu鐵基中子吸收體材料具有良好的耐腐蝕性能和力學性能。

技術領域

本發明涉及一種核材料技術領域的控制棒中子吸收體材料，具體涉及一種含Eu鐵基中子吸收材料及其制備方法和應用。

背景技術

在核反應堆內，控制棒組件是僅次于燃料組件的重要功能結構件，其中控制棒中的中子吸收體通過控制中子的反應性進而調控反應堆的啟動、停堆和變更堆功率等，其對于反應堆的安全運行至關重要。傳統的中子吸收體材料有碳化硼、鉿、銀-銦-鎘以及稀土類材料。早期控制棒吸收體材料采用的是碳化硼，但碳化硼受中子輻照后將產生大量的氦氣，極易引起控制棒包殼腫脹，影響反應堆安全；鉿具有優異的中子吸收性，但其稀缺、成本高，且在國內的研制技術尚不成熟，使鉿的應用受到了限制；隨著核物理以及核材料的發展，銀-銦-鎘被廣泛應用于國內壓水堆核電站，但其高溫抗蠕變能力差，熔點低。

近年來，隨著稀土材料在世界范圍內的廣泛研究，部分熱中子俘獲截面大、中子吸收能力強的稀土元素開始作為吸收體材料應用于核材料領域，如將稀土氧化物(Gd₂O₃，Eu₂O₃，Sm₂O₃)彌散在不銹鋼和鎳合金等金屬材料中，這種吸收體材料中子吸收截面大、高溫性能穩定，且輻照后不產生氣體。而據相關研究表明，這種稀土氧化物彌散在不銹鋼基體中形成的吸收體其陶瓷顆粒界面處的耐腐蝕性能較差。

發明內容

本發明的目的在于提供一種含Eu鐵基中子吸收材料及其制備方法和應用，以解決稀土氧化物彌散金屬基中子吸收體耐腐蝕差的問題。具有良好的耐腐蝕性能、穩定性能和力學性能。

第一方面，本發明提供一種含Eu鐵基中子吸收材料，包括以下質量百分數的組分：

5.00%～20.00%Eu，10%～40.00%Ni，0.00%～3.00%Zr，0.00%～8.00%Al，余量為Fe；

本發明的有益效果：（1）制備的新型吸收體含Eu鐵基合金比Eu₂O₃彌散鐵基合金的耐腐蝕性能更優；（2）熔煉過程中采用預先制備Eu-Ni中間合金的方式可有效降低Eu的揮發，使Eu含量得到準確控制；（3）加入微量元素Zr和Al可提高含Eu鐵基合金的力學強度。（4）由于Eu元素具有非常大的熱中子俘獲截面，本發明的含Eu鐵基中子吸收材料對中子具有良好的吸收能力，作為吸收體的材料具有良好的應用前景。

作為一種可能的優選方式，上述含Eu鐵基中子吸收材料，包括以下質量百分數的組分：10.00%～20.00%Eu，20.00%～40.00%Ni，2.00%～3.00%Zr，5.00%～8.00%Al，余量為Fe。

作為一種可能的優選方式，上述含Eu鐵基中子吸收材料，包括以下質量百分數的組分：10.00%Eu、20%Ni、2.00%Zr、5.00%Al以及63%Fe。

作為一種可能的實施例方式，上述含Eu鐵基中子吸收材料，Eu、Ni、Zr、Al以及Fe的純度均大于99.99wt%。

第二方面，本發明還公開了一種上述含Eu鐵基中子吸收材料的制備方法，包括：

將金屬Eu塊和Ni粉按照1：2的質量比進行配料，將混料熔煉，得到Ni-Eu中間合金；

將Ni-Eu中間合金、Fe箔材、Zr粉以及Al粉按照比例進行配料，將混料裝入坩堝熔煉，得到所述含Eu鐵基中子吸收材料。