U3Si2-Al燃料元件板力学性能试验研究

对研究堆使用的不同规格的U3 Si2 Al弥散型复合燃料板元件的力学性能参数进行了试验研究和分析 ,同时结合板型燃料组件的结构特点对燃料板在组件运行期间可能受到的拉、压、弯的承载能力进行了测试研究。研究结果表明 :国内生产的板状元件在其拉伸性能、结构抗力等方面基本达到了国外类似燃料的水平 ,满足了研究堆的设计要求。     

研究堆用U3Si2-Al燃料板的热稳定性试验

U3Si2-Al板状燃料组件是一种推广应用的新型燃料元件,在国内首次应用。燃料组件的各项性能,特别是热稳定性必须通过实验验证。通过对铀密度为3.02 g/cm3的U3Si2-Al燃料板的热稳定性试验,得到:热稳定性试验会使燃料板的体积略有增大;120℃及250℃的热循环下,燃料板无明显变形,表面无变化,400℃的热循环下,燃料板略有弯曲,个别芯体裸露的燃料板表面有起泡现象;循环温度越高,芯体中U3Si2颗粒开裂越严重等实验结论,为该燃料组件的结构设计、安全分析、加工工艺提供了关键参数,并为该组件的堆内运行提供了借鉴。     

U3Si2-Al燃料板拉伸力学性能试验研究

以U3Si2-Al弥散型燃料为芯体、铝合金6061为包壳的燃料板是研究堆的新型燃料。燃料板的机械性能是燃料组件设计中的基础数据，国内外一直未对该燃料板的机械性能进行研究。本文根据国内研究堆燃料板设计的需要，对不同芯体的燃料板在不同工艺条件下的机械性能进行了测试，同时比较了不同方向的拉伸结果。为了进一步了解燃料板的机械性能，在拉伸过程中进行反复的加载试验。考虑到燃料板延伸率偏低和它的脆断状态．还用电镜检查了拉伸断口。     

CERCA公司U3Si2燃料制造25年经验总结

该文总结了法国原子燃料研究和制造公司（CERCA）自1978年开始“研究试验堆降浓计划”（RERTR）以来至2003年25年间有关各种研究和材料试验堆所用的U3Si2燃料元件的制造和试验工作经验，强调了该公司是如何控制产品质量以确保满足与燃料安全有关的参数的。所获经验也被借鉴应用于UMo燃料的开发。     

新型U3Si2-Al燃料组件的工程验证试验研究

新研制的U₃Si₂-Al板状弥散型燃料组件结构复杂,国内对该燃料组件的结构材料、制造工艺、力学性能、运行特性等均缺少经验及评定标准。为得到该新型燃料组件的各种性能参数,开展了燃料包壳及结构材料的力学性能试验、燃料板及包壳材料的热物性及热稳定性试验、燃料板的力学性能试验、燃料板的正电子湮灭寿命试验、燃料组件的水力冲刷和解体试验等一系列的工程验证试验和专项研究,得到的各项实验数据为燃料组件的结构设计、可靠性分析、安全审评提供了重要依据,也为燃料组件的加工制造、堆内使用管理提供了借鉴。     

国外U3Si2与UMo燃料的发展现状

U3Si2-Al弥散型燃料是一种成功的低浓铀燃料,但在较高温度和较深燃耗运行时,其抗辐照性能急剧下降;UMo-Al弥散型燃料可能使任何高性能研究堆改用低浓铀,可是燃料相与铝基体的广泛反应引起严重的肿胀,期待含硅的铝基体能成功阻止这种反应的发生;单片型UMo合金燃料板具有较好的抗辐照性能,但制造方法尚不成熟。所有这些问题都亟待解决。本文首先简介了研究堆低浓铀燃料的发展简史,分析了U3Si2-Al弥散型燃料的成就与不足,讨论了UMo合金燃料所遇到的问题与需要解决的途径,提出了U3Si2-Al、UMo-Al弥散型燃料和单片型UMo合金燃料板的研究现状。     

U3Si2-Al弥散型燃料板制备工艺对力学性能的影响

U2Si2-Al弥散型燃料板元件是一种新型低浓化的研究堆燃料，该元件制备工艺复杂，使用环境特殊，加工环节对弥散型燃料板力学性能影响较大，而弥散型燃料板的力学性能优劣是保证研究堆可靠使用的必要条件。本文针对现有的U2Si2-Al弥散型燃料板元件在不同热处理时的纵横力学性能进行了测试和分析研究。结果表明，弥散型复合燃料板芯体中的铀含量越高，燃料板的强度越低，现有退火工艺对燃料板的影响极大。由此，本文提出了改善燃料板力学性能参数的热处理方法的建议。     

新型U3Si2-Al燃料板的正电子湮没寿命谱研究

用正电子湮没寿命谱仪对U3Si2-Al燃料板样品的正电子湮没寿命进行了测量及分析,得到不同工艺状况下燃料包壳材料微观缺陷的形态及变化趋势.回火态燃料板包壳基体中的微观缺陷以单空位的点缺陷为主;冷作态中的缺陷以双空位、位错等缺陷为主;冲刷态中的缺陷以层错、小的空位团等缺陷为主.3种样品中,均未发现影响燃料板安全的大空位团缺陷.回火和冲刷等工艺或运行工况,会使燃料板包壳基体中的微观缺陷发生转变,并改变了燃料板的宏观力学性能.     

U3Si2粉末氟化制备UF4工艺研究

在元件生产过程中，不合格的含铀物料种类多、存量大，为了提高铀的可利用率，满足日益增多燃料元件生产任务所需物料的稳定供给，需要进行铀回收。本实验研究了将U₃Si₂粉末先煅烧氧化制成U氧化物，再将U氧化物与固体氟化铵反应制备UF₄的干法工艺，通过研究氟化物加入量、反应温度、反应时间等因素对产品UF₄质量的影响，摸索出最佳工艺参数。实验结果表明，U₃Si₂粉末煅烧氧化后与固体氟化铵或氟化氢铵反应能制备出符合质量要求的UF₄产品，反应温度在500℃左右、保温时间4.5 h可将UF₄中的UO₂F₂含量降到较低水平。      

U_3Si_2-AI 弥散型燃料元件

U_3Si_2-Al 弥散型板状燃料元件是新发展的高铀密度的研究堆燃料.辐照和全堆芯试用表明:元件外形尺寸稳定;无裂变产物泄漏;直到燃耗达98%时,U_3Si_2颗粒肿胀都是裂变密度的线性函数;U_3Si_2与铝基体和铝包壳在制造和辐照中都是相容的。芯体铀密度最高达4.8g(U)/cm~3的 U_3Si_2-Al 燃料都是适合研究堆使用的低浓铀燃料.     

U_3Si_2Al弥散型燃料的辐照肿胀研究

介绍了U3Si2 Al弥散型燃料的辐照肿胀机理。将弥散型燃料的芯体视为连续基体中的微型燃料元件 ,应用裂变气体的行为机理描述燃料相中的气泡形成过程。研究结果表明 :燃料相的肿胀引起燃料颗粒和金属基体之间的力学相互作用 ,金属基体能抑制燃料颗粒的辐照肿胀。在一定辐照条件下 ,本模型对燃料元件辐照肿胀的预测值与测量值相符     

U_3Si_2-Al燃料肿胀特性研究

基于扩散动力学建立了辐照条件下U_3Si_2-Al反应层生长模型和燃料肿胀模型,并结合中国工程试验堆(CENTER)燃料辐照试验数据,验证了上述模型的有效性和适用性。结果表明,反应层生长模型与现有辐照后测量数据的符合程度较好,可用于U_3Si_2-Al弥散燃料肿胀特性计算;燃料肿胀模型对于预测CENTER燃料元件的肿胀率具有保守性。     

U_3Si_2-AI 弥散型燃料板在高纯沸水中的耐腐蚀性能

本文介绍了局部芯体人为裸露的 U_3Si_2-Al 弥散型燃料板水煮腐蚀试验。结果表明,不仅水中没有发现铀,而且裸露芯体的显微结构也无明显变化。     

燃耗深度对U_3Si_2-Al弥散型燃料元件芯体中气孔的影响研究

辐照过程中,燃料颗粒内部会产生裂变气体形成气孔,将对其热/力学性能造成显著影响。采用带屏蔽的金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)对辐照后U_3Si_2-Al弥散型燃料中U_3Si_2燃料颗粒的显微组织进行了观察,统计分析了燃料颗粒内气孔的形貌、尺寸及分布,获得气孔平均尺寸及孔隙率随燃耗深度的变化规律。结果表明,裂变密度在2.34×10~(27)~3.74×10~(27)m~(-3)范围内时,U_3Si_2-Al燃料颗粒中的裂变气体气孔的形貌未发生较大改变,均呈球状。而裂变气体气孔平均尺寸以及孔隙率均随着裂变密度的增加而增大,存在两个阶段:裂变密度在2.34×10~(27)~3.19×10~(27)m~(-3)范围内,稳态增长;裂变密度在3.19×10~(27)~3.74×10~(27)m~(-3)范围内,加速增长。     

基于多物理场耦合的U3Si2燃料与双层SiC包壳组合的轻水堆燃料性能分析

基于COMSOL平台开发了一套基于多物理场全耦合的燃料性能分析程序,并通过径向功率分布模型对比验证了该程序的正确性与准确性;然后进一步分析了U₃Si₂燃料与双层SiC包壳组合、U₃Si₂燃料与锆合金包壳组合在反应堆正常运行工况下的性能,并与UO₂燃料与锆合金的组合进行了对比分析。计算结果发现U₃Si₂燃料与锆合金包壳组合相比UO₂燃料与锆合金的组合具有更低的燃料中心温度、裂变气体释放量及内压,但气隙闭合时间会提前;而U₃Si₂燃料与双层SiC包壳的组合相比U₃Si₂燃料与锆合金的组合具有更高的燃料中心温度、更大的裂变气体释放量及内压,且随着燃耗的增加,其燃料中心温度大幅增加,与锆合金包壳相比,双层SiC包壳能够有效延迟气隙闭合,缓解燃料与包壳的力学相互作用。      

热处理对U_3Si_2－Al燃料板包壳显微组织及其厚度测量的影响

研究了ＬＴ２４铝合金的显微组织与热处理制度间的关系。模拟燃料板轧制加工时的热处理条件，研究了合金元素固溶或以第二相析出后对燃料板包壳的涡流测厚的影响。证明燃料板的最终退火温度波动或沿燃料板长度方向温度不均匀是造成燃料板包天测厚误差的主要原因。建议燃料板最终退火的温度为３８０℃。     

U3Si2热稳定性与防护研究

本文叙述了用热分析方法研究Ｕ３Ｓｉ２在Ａｒ、Ｎ２和空气中的热稳定性，以及Ｕ３Ｓｉ２／Ａｌ、Ｕ３Ｓｉ２／Ｚｒ间的相互反应。根据热分析结果，对Ｕ３Ｓｉ２／Ａｌ弥散型燃料板生产中各工序防护措施进行了改进．生产实践证明，这些防护措施既有效地保证了安全生产及产品质量，又降低了成本。     

核纯U3Si2粉末中铀的测定

试样用ＨＮＯ３－ＨＦ分解，加入Ｈ２ＳＯ４后加热至Ｈ２ＳＯ４冒烟以除去Ｓｉ，ＨＮＯ３和ＨＦ。在含有氨基磺酸的浓磷酸溶液中，用过量ＦｅＳＯ４将铀（Ⅳ）。剩余的Ｆｅ＾２＾＋以钼（Ⅳ）作催化剂，用ＨＮＯ３氧化。加入ＶＳＯ４溶液后，用标准Ｋ２Ｃｒ２Ｏ７溶液滴定铀（Ⅳ）至铀（Ⅵ），以电位法确定滴定终点。方法的精密度优于±０．１％，误差≤±∩．１％。