单片式和弥散型U-Mo燃料研究进展及前景

本文介绍了单片式和弥散型U-Mo燃料的研究进展，以便实现用其他替代品来进行高浓铀向低浓铀转换（HEU→LEU）的可能性。在RERTR（研究实验堆降低铀浓缩度计划）-7A辐照试验中，以Zr-4合金为包壳的20％铀富集度U-7Mo单片式燃料板的辐照后初步检验结果表明其性能优良。正在进行中的弥散型燃料的加工性能和性能预测试验具有以下特征：①用锗替代硅与基体铝形成合金；②对U-Mo燃料颗粒涂硅、锗、镍涂层，基体铝与这些元素合金化，从而减少界面反应的动力；③在基体中加入多孔氧化铝，用来吸收裂变气体产物。     

基体为含Si铝合金的U-Mo弥散燃料辐照后的最新显微结构分析结果

RERTRU-Mo弥散燃料板正在研制中,准备将其应用于全世界的研究堆中。特别值得关注的问题是基体为含Si铝合金的U-Mo弥散燃料的辐照性能。添加Si是为了提高U-Mo弥散燃料的性能。采用光学金相和扫描电子显微镜,对基体为Al-0．2Si和4043Al合金（～4．8％Si）的U-Mo燃料板在制造条件和辐照条件下的显微组织进行了分析。两种基体的燃料板在制造中都在U-7Mo颗粒周围产生了富Si的反应层;在辐照中观察到这些反应层厚度增大,燃料板的某些区域出现Si贫化。对于4043Al基体的燃料板,只有在非常恶劣的辐照状态下才会在暴露的燃料板区域中观察到这些现象。     

氢化-脱氢法制备U-Mo合金粉末

U-Mo合金应用于低浓缩高密度弥散型燃料，发展前景很好。燃料制备要求必须将U-Mo合金转换成粉末状。 氢化-脱氢工艺是实现这种转换的方法之一，它基于α-U可以形成一种脆且相对密度低的UH3化合物。用下文描述的方法已经制出了U-Mo合金粉末。 为了使U-7wt％Mo合金的γ-U部分地向α-U转变，在不同温度范围对其进行热处理。再经过氢化使α-U转变为UH3。由于氢化物使材料变脆，从而便于制成U-Mo粉末。 通过光学显微镜、电子扫揣仪和X-射线衍射来观察该工艺不同时期的实验结果。     

锆合金包壳水侧SiC涂层研究

研究了聚碳硅烷（PCS）粉末的高温裂解特性及PCS粉末与锆粉间的化学反应机理,并在900 ℃制备了SiC涂层。研究发现,900 ℃开始,PCS裂解产物由无定形态SiC向结晶态转变。不同温度下,PCS粉末与锆粉的混合物发生一系列化学反应,产物为ZrC、Zr₂Si、Si₃Zr₅,通过调节反应温度,可控制该化学反应的程度,进而实现对涂层成分的调节。采用先驱体转化法（PIP）在锆合金包壳表面制备了SiC涂层,经PCS溶液浸涂-裂解3次循环可得到SiC陶瓷层,厚度为4 μm,涂层成分为SiC,ZrC为过渡层。划痕法测试得到涂层附着力等级为1～2级。     

常压下ATF锆合金包壳Cr涂层表面饱和池式沸腾气泡行为实验研究

铬（Cr）涂层锆合金包壳是最有前途的耐事故燃料（ATF）的新型包覆材料之一,对其表面的气泡动力学进行研究有助于评估是否具有更好的传热性能。在常压下的Cr涂层锆合金包壳池式沸腾实验装置中对不同工艺方法下制备的Cr涂层锆合金包壳进行实验,研究了粗糙度等表面状态对气泡产生、长大以及脱离等气泡行为的影响。结果表明,气泡接触角与Cr涂层表面粗糙度有关,粗糙度越大,表面气泡接触角越小;不同涂层工艺下制备的4种Cr涂层锆合金包壳样件表面的气泡脱离直径范围为1.256 ~1.446 mm,气泡脱离频率范围为29.99 ~50.97 Hz;气泡脱离直径与粗糙度呈负相关,脱离频率与粗糙度呈正相关;气泡脱离直径预测模型与实验数据之间的偏差为±6%,脱离频率预测模型与实验数据之间的偏差为±3%。      

等离子喷涂制备FeCrAl涂层的ATF锆包壳性能研究

介绍了中广核研究院在事故容错燃料（ATF）包壳领域的最新成果,通过等离子喷涂技术制备出锆合金表面的FeCrAl保护层;通过扫描电镜（SEM）与X射线衍射（XRD）分析了涂层的显微结构与物相,筛选出最优工艺样品;通过高温蒸气氧化增重数据检测了FeCrAl涂层耐蚀性能,使用SEM与X射线能谱（EDS）分析了氧化后样品中的主要元素分布,并以此研究FeCrAl涂层无耐腐蚀性能的机理,提出工艺改进方案。      

研究堆燃料的发展现状与前景

在过去33年中,国际降低研究和试验堆铀浓度计划已成功开发和应用了U₃Si₂-Al弥散型燃料。但由于U₃Si₂的抗辐照性能限制了它可能承受的运行温度与裂变密度,所以该燃料只适用于低功率密度的研究堆。U7Mo-Al弥散型燃料中的UMo颗粒与Al基体发生广泛的化学反应,将引起严重的肿胀与起泡问题。近年来,给U7Mo颗粒表面涂敷ZrN隔离层,获得防止反应的显著效果,使U7Mo-Al弥散型燃料有望应用于实践。U10Mo单片型燃料的芯体铀密度可达16g/cm³,辐照性能良好,但制造方法需进一步完善;应用中国核动力研究设计院改进的框架结构与轧制方法,能够控制UMo芯体与Al包壳具有相近的延伸率,从而可成功地轧制出合格的U10Mo合金单片型燃料板。     

U-Mo-Zr／Al和U-Mo—Zr／Al—Si反应层中的相测定

在550℃完成了U-7wt％Mo-1wt％Zr和Al及A356（7．1wt％Si）Al合金间的堆外扩散实验。通过使用光学显微镜（OM）和扫描电子显微镜（SEM）、X-射线衍射仪（XRD）和电子探针微观分析仪（WDS）等不同的技术,对两种扩散实验的反应层形貌和相进行了分析和测定。在U-7wt%Mo-1wt％Zr／Al反应层中发现了UAl3、UAl4、Al20Mo2U和Al43Mo4U6。U-7wt％Mo-1wt％Zr／A356 Al反应层中发现了Si含量为25at％的U（Al,si）3和Si5U3,其中Si含茸很高的Si5U3相是在巴西Campinas的国家同步加速辐射实验室（LNLS）采用XRD同步加速辐射测定的     

铀钼合金燃料合格性鉴定试验的现状及发展前景

美国、法国、阿根廷和俄罗斯正就铀钼（U-Mo）合金燃料的开发、合格性鉴定和商业应用的许可证问题进行国际合作。进行合格性鉴定试验的样品分别是小板、全尺寸板和组件。美国、法国和阿根廷采用的是轧制工艺，铀密度为6～8g·cm^-3；俄罗斯采用的是挤压工艺，挤压工艺对于提高铀密度比较困难。铀密度为5～6g·c^-3。根据合格性鉴定计划，每个合作国家都根据本国的辐照试验给出了综合性的辐照结果。结果表明，铀钼合金燃料在低燃耗时具有很好的辐照性能，但最近发现，在高温高能耗辐照条件下，铀钼合金弥散型燃料出现了严重的肿胀。即所谓的枕头效应，这主要是由于铀燃料与铝基体发生了过度反应引起的。解决办法有两个，一个是在铝基体材料中添加硅，以减少U～Mo与Al基的反应；另一个办法是采用U-Mo片状合金燃料。     

Cr涂层锆包壳池式沸腾传热实验研究

铬（Cr）涂层锆合金包壳被认为是最有前途的耐事故燃料（ATF）包壳材料之一，这种材料的表面状态对传热性能的影响程度将极大地影响着涂层锆包壳的工艺优化方向。本文在常压下的Cr涂层锆合金包壳池式沸腾实验装置中对不同工艺方法下制备的Cr涂层锆合金包壳进行实验，研究了粗糙度等表面状态对传热的影响规律及其机制。结果表明，表面粗糙度的提高能降低汽化核心产生的条件，在相同壁面过热度下可显著强化传热。在本文研究参数范围内，随着传热表面粗糙度的提高，临界热流密度（CHF）相应地呈上升趋势，增加表面粗糙度能有效提高CHF值。在此基础上，本文还建立了粗糙度对传热系数影响的预测关系式。     

碳化硼锆合金可燃毒物中空芯块制备工艺研究

以氢化锆粉与碳化硼粉为原料,用橡胶模成型方法成型,真空烧结炉中脱氢;在800¹100℃下保温1 h,制得碳化硼锆合金可燃毒物中空芯块烧结体;用浸渍法测量芯块的致密度和开孔率,研究烧结温度和碳化硼含量对烧结体致密度的影响;用扫描电镜分析坯体与烧结体的微观结构。结果表明,碳化硼锆合金烧结体的致密度随烧结温度的升高而增加,随碳化硼含量的增加而降低,碳化硼颗粒在锆合金中分布比较均匀,当碳化硼质量分数为0.5%,烧结温度在1000℃以上时,烧结体致密度达到95%以上,开孔率低于1%。     

塑料微球厚有机涂层制备研究

采用低压等离子体化学气相沉积（LPP－CVD）并结合反弹盘方法在靶球表面涂敷厚的CxH1-xI涂层。使用反式－2－丁烯为工作气体的沉积速率相对较慢,最高为1μm/h,而使用苯乙烯时,沉积速率提高到3－4μm/h。结合反弹盘技术,在塑料微球上涂敷了厚度为50－80μm的CxH1-x涂层,涂敷薄膜的表面均方根粗糙度小于50nm。     

预处理和溅射工艺参数对锆合金表面TiN涂层膜/基结合强度的影响

为获得高结合强度锆合金表面涂层的制备技术,采用磁控溅射法制备了TiN涂层、划痕法测试了膜/基结合强度,研究了基体预处理表面粗糙度、溅射功率、基体加热温度和基体偏压对锆合金表面TiN涂层膜/基结合强度的影响。实验制备的TiN涂层厚度在5～15 μm范围内、基体预处理表面粗糙度在（0.20±0.03） μm范围内时,溅射功率为500 W及基体加热至300 ℃时涂层均有较好的结合强度。基体偏压为-100 V时涂层在所讨论的4种基体偏压中具有最好的结合强度。结果表明,溅射工艺参数对涂层膜/基结合强度有显著影响,其中影响显著性从大到小依次为基体加热温度、基体偏压、溅射功率、基体预处理表面粗糙度。     

PVD法304不锈钢基体表面（Ti，Cr）N和Ti／TiN涂层的磨损腐蚀行为

当坚硬的氮化物涂层应用在腐蚀性的环境下,磨损现象与腐蚀相伴发生;因此把耐腐蚀性和耐磨损性看成是两个独立的方面,它们的特性就不能代表真实降解过程,这两种现象之间的关联就变得极其重要了。通过实验室设备所做的耐磨损实验,很容易得到其电化学特性,在氯化钠溶液中,对TiN涂层（底层有钛和没有钛）和（Ti,Cr）N涂层做了不同的磨损实验。对实验结果进行了比较,并根据PVD过程的膜层织构和残余应力对不同的行为进行了解释。（Ti,Cr）N有着最佳本征耐腐蚀性的涂层,但在磨损腐蚀过程中的耐蚀层却很薄．很有可能是因为残余应力大于在TiN中的的残余应力．使得基体表面的涂层更脆且不易粘接。TiN/Ti样品在磨损腐蚀下表现最好,这主要是由于钛基体加强了涂层的连接性。由此可见,钛基层是减少TiN层残余应力的有效手段。     

Ti-Mo合金吸氢动力学的同位素效应

为寻找一种价格低廉、分离性能优良的氢同位素分离材料来替代金属Pd,对Ti-Mo合金的氢同位素效应进行研究。采用磁悬浮熔炼方法制备5种不同组成的TiMox（x=0.03、0.13、0.25、0.50、1.00,Mo/Ti原子比）固溶体合金,用定容变压法测试了250～650℃范围内的吸氘动力学性能。结合前期吸氕动力学的研究结果可知,在250～650℃范围内,合金的平衡吸氕量略大于合金的平衡吸氘量。Mo含量小于1.00,在低温（250～450℃）下,合金的吸氘表观活化能均为负值。高温（450～650℃）下,合金的吸氘表观活化能大于吸氕表观活化能,与钛吸氢同位素动力学效应保持一致。     

~（153）Sm、~（90）Y、~（166）Ho和~（186）Re放射性核素溶

用４πβ和４πβ－γ符合方法，对￣（１５３）Ｓｍ、￣（９０）Ｙ、￣（１６６）Ｈｏ和￣（１８６）Ｒｅ放射性核素溶液活度进行绝对测量，分别对这４种核素完成了标准化。前３种测量结果不确定度为０．７３％（１σ），对￣（１８６）Ｒｅ核素测量结果不确定度为０．６３％（１σ）。     

间歇跳动法制备微球α-C:H涂层

采用低压等离子体化学气相沉积方法,以反式二丁烯和氢气作为工作气体,利用间歇跳动模式,在直径为(280±50) μm的聚乙烯醇 聚苯乙烯（PVA PS）双层球表面制备出了30 μm 厚α C:H涂层。利用原子力显微镜（AFM）、干涉显微镜和X光照相技术分别对涂层表面形貌、球形度和同心度进行表征,结果表明：当涂层厚度为30 μm时,表面均方根粗糙度低于30 nm;球形度与同心度均优于99%。利用热重分析和傅里叶变换红外光谱仪对其热稳定性和价键结构进行表征,结果表明,α C:H涂层主要存在sp3  C—H键,在280 ℃以下,结构成分非常稳定,达到450 ℃后,则完全石墨化。     

63 Ni-W超导基带再结晶织构的研究

YBa2Cu3O7-6涂层导体具备在磁场中承载更大电流的能力，应用前景非常广阔。在制备YBa2Cu3O7-6涂层导体基带的几种不同方法中，轧制辅助双轴织构基带技术是最有性价比的一种方法。目前人们所采用的韧性金属基带多为Ni和Ni合金。研究表明，要得到高的临界电流密度，基带必须要有强的立方织构（{001}〈100〉）。     

（^99mTc≡N）标记中间体的制备及特性

报道了两种制备（＾９９ｍＴｃ≡Ｎ）中间体的方法，在Ｎ的供体及还原剂（ＴＰＰＳ，ＳｎＣｌ２）存在条件下制备（＾９９ｍＴｃ≡Ｎ）中间体，两种方法法制得中间体的组成不同但均为混合物，而且与配体反应，都可以制得以（＾９９ｍＴｃ≡Ｎ）＾２＋中心核的配合物，用ＨＰＬＣ检测标记中间体在不同ｐＨ时的组成变化及稳定性情况。     

铀—钚—锆燃料合金物性模型

文章用最小二乘法对数据的直接数学拟合或确定物理表式常数两种方法建立了铀-钚-锆燃料合金的物性模型,变量为组成和温度。物性包括密度、固相线(液相线)温度、热膨胀、比热容和热导率。在置信度为95%时,模型的不确定度分别为±0.5%,±5.7%,±5.5%,±5.0%和±9.7%。这些模型也适用于铀-锆合金。