(U,Gd)O2芯块试验与工业生产

文章介绍在宜宾核燃料元件厂(YFP)生产线上进行(U,Gd)O2芯块工业规模的生产试验及产品合格性鉴定,对试验结果进行讨论和评价.结果表明:YFP的(U,Gd)O2芯块生产线完全具备工业生产能力,并实现(U,Gd)O2芯块制造的国产化.     

(U,Gd)O_2可燃毒物燃料芯块制造工艺及其主要性能

介绍了中国核动力研究设计院(U,Gd)O2可燃毒物燃料芯块制造生产线所使用的原材料UO2粉末、Gd2O3粉末、(U,Gd)3O8粉末以及添加剂硬脂酸锌和草酸铵的主要性能,同时描述了混料、制粒、成型、烧结和磨削等制造工艺过程及其产品(U,Gd)O2芯块的主要性能,并对制造过程中有关工艺控制参数进行了讨论。     

Gd2O3-UO2芯块中添加U3O8研究

Gd2O3-UO2可燃毒物燃料是近年来核电站采用较为普遍的可燃毒物之一。传统观点认为在芯块制造过程中添加U3O8粉末会降低芯块的烧结密度．本文研究了在Gd2O3-UO2芯块基体密度-94％T．D的基础上．添加不同品比例由AUC煅烧得到的U3O8粉末，经成型，H2/H2O气氛中1750℃烧结后表明．随着U3O8加入量的增加，芯块的密度也随之增加，U3O8添加量大于40wt％时芯块的密度达到-97％T.D．,U3O8的加入相当于起到了助烧剂的作用．这一现象和传统的U3O8降低芯块密度的观点正好相反．而芯块的平均晶粒尺寸-8μm。     

Gd2O3-UO2芯块晶粒尺寸的影响因素研究

用光学显微镜和图象分析仪研究了影响Gd2O3-UO2芯块晶粒尺寸的因素。对烧结气氛、混料方式、芯块在烧结炉中的位置、以及在UO2芯块中添加U3O8、草酸铵和助烧剂（Al、Ti、V的氧化物）等给Gd2O3-UO2芯块晶粒尺寸带来的影响进行了研究。结果表明,球磨工艺、添加助烧剂和微氧化气氛烧结等都有利于芯块的晶粒生长,晶粒大小分布均匀;添加U3O8和草酸铵对芯块的晶粒生长无明显的影响。     

烧结温度与Th含量对(Th,U)O_2芯块密度影响

研究烧结温度和Th含量对(Th,U)O2芯块密度的影响,计算不同Th含量的(Th,U)O2芯块烧结活化能,通过扫描电镜(SEM)分析(Th,U)O2芯块中气孔的变化迁移过程。结果表明:在相同烧结温度下,(Th,U)O2芯块密度随Th含量的增大而降低;随烧结温度升高,芯块密度增大,在此过程中存在一个使芯块快速致密化的烧结势垒温度;(Th,U)O2芯块烧结活化能随Th含量的增大而增大,Th含量(摩尔分数)为20%、50%、80%的(Th,U)O2芯块的烧结活化能分别为277.65、300.70、380.99 k J/mol;在Th含量为20%的(Th,U)O2芯块中,气孔呈球形分布于晶界交汇处。     

亚化学计量U02-x燃料芯块的制备机理

亚化学计量U02-x芯块是一种设计新颖的特殊核反应堆用核燃料,很难采用传统压水堆超化学计量U02+x芯块工艺进行制造.本工作采用U02+x+U混合粉末为原料制备了U02-x芯块,研究了铀粉表面包覆处理方法、铀粉含量、成型压力、烧结气氛等工艺参数对芯块O/U比、烧结密度和微观结构的影响,探讨了U02-x环形芯块的亚化学计量形成机理.研究表明,当铀粉加人量(质量分数)分别为0,3%,6%时,芯块O/U比分别为2.010,1.991,1.982,平均晶粒尺寸分别为10,15,20μm;当铀粉加人量为50%时,O/U比为1.943,样品发生熔化.亚化学计量UO2-x芯块必须在干燥惰性气氛中密封保存.     

复合助烧剂对Gd2O3-UO2芯块微观结构的影响

Gd2O3-UO2可燃毒物燃料是近年来核电站采用较为普遍的可燃毒物之一。本文研究了在Gd2O3-UO2芯块中添加A12O3、TiO2、V2O5各150μg／g的复合助烧剂对芯块微观结构的影响。研究表明添加复合助烧剂后可以降低Gd2O3-UO2芯块的致密化温度．在H2气氛中，1500℃烧结4h后的Gd2O3-UO2芯块的密度可达～97％TD，芯块的闭口孔在1400～1750℃整个温度范围内一直呈下降趋势．烧结温度为1750℃时芯块中气孔数量比1600℃时减少．但单个气孔体积增大．其主要机制可能是小气孔之间发生融合。添加助烧剂后，在1400～1600℃温度之间晶粒生长速度出现不一致．部分晶粒开始迅速生长，晶粒大小分布出现双峰现象；当温度为1750℃时，晶粒大小分布为正态分布．双峰现象消失，平均晶粒尺寸约为25μm。     

亚化学计量UO2-x燃料芯块的制备机理

亚化学计量UO_2-x芯块是一种设计新颖的特殊核反应堆用核燃料,很难采用传统压水堆超化学计量UO_2+x+U芯块工艺进行制造。本工作采用UO_2+x+U混合粉末为原料制备了UO_2-x芯块,研究了铀粉表面包覆处理方法、铀粉含量、成型压力、烧结气氛等工艺参数对芯块O/U比、烧结密度和微观结构的影响,探讨了UO_2-x环形芯块的亚化学计量形成机理。研究表明,当铀粉加入量（质量分数）分别为0、3%、6%时,芯块O/U比分别为2.010、1.991、1.982,平均晶粒尺寸分别为10、15、20μm;当铀粉加入量为50%时,O/U比为1.943,样品发生熔化。亚化学计量UO_2-x芯块必须在干燥惰性气氛中密封保存。     

ASTM C1854-17 采用惰性气体熔融-热导检测的方法测定混合氧化物((U,Pu)O_2)中氢(全部来源)的标准试验方法

<正>该试验方法包括用含铀和钚((U,Pu)O_2)的核级混合氧化物的烧结芯块测定氢含量。该试验方法是C698试验方法的一种替代方法,用于测定核级混合氧化物(MOX)烧结芯块的水分含量。试验方法C698用库仑、电解水分分析仪对混合氧化物中的水分进行检测。虽然燃料芯块中H2的主要来源是水分,但也可能有其他来源。MOX芯块C833规范对所有氢的来源进行了限     

UO_(2+x)芯块预氧化工艺以及低温烧结致密化机理研究

为实现二氧化铀(UO2)粉末的低温活化烧结,使用综合热分析仪对UO2粉末表面进行预氧化处理,之后结合比表面积仪、X射线衍射仪以及扫描电镜分析粉末的相变点、比表面积、物相成分以及粉末微观形貌。通过以上试验得到:空气中224.6℃加热8 h后,在UO2粉末中出现了少量U3O7,而367.0℃加热8h后,UO2粉末将转变为U3O8。使用热膨胀仪对表面预氧化粉末制备的芯块进行模拟烧结试验发现:经过预氧化处理后,UO2芯块的烧结收缩温度从1200℃降低至580℃,致密速率(ΔL/L)从1.52×10-4 K-1增加到3.08×10-4K-1。基于简化点缺陷模型以及致密化方程,阐述了预氧化处理UO2+x芯块低温烧结的机理,即:UO2+x的扩散系数由于过量氧的存在,与UO2相比呈指数级别增加,该值远大于UO2的扩散系数;而芯块致密化方程中,烧结参数A与UO2+x的扩散系数正相关,其值可表示为温度T的二次多项式的指数形式;多项式参数为:a=16.23658,b=0.04247,c=-2.18802×10-5。