UO2燃料颗粒涂层工艺

本文简述了UO_2燃料的涂层工艺和涂层原理,评价了某些涂层设备,讨论了涂层工艺参数(涂层温度、进料参数、涂层时间等)对涂层过程及结果的影响,简单介绍了涂层产品质量的检验方法。     

UO2中铌行为模拟研究

通过拟合Nb2O5的晶体结构,建立了铌的经验势.模拟计算孤立铌杂质表明:最近邻Nb-O间距为2.13A,均匀向铌靠近.近邻Nb-U间距为3.84(A),次近邻Nb-U间距为5.48(A),小于正常晶格的U-O间距以及U-U间距.铌附近间隙原子形成能全部增加.铌对周围氧原子施加了额外的束缚,氧间隙形成能随着Nb-O距离的增加而减小,但都大于完整的UO2的氧问隙形成能.引入少量铌元素后其影响范围扩大很多,采用静态过渡态理论计算的铌的空位机制扩散激活能为6.76eV,UO2中铌的扩散几乎不可能.多个铌杂质计算表明:铌离子倾向于团聚,形成替位缺陷簇.根据以上模拟计算,提出如下机制:铌以置换固溶体形式存在于UO2中,为了保持电中性,含铌的UO2中存在相应的氧间隙原子,氧化层总体上保持CaF2结构.铌形成二聚体或者四聚体,联结成网络,使氧的扩散势垒增大,降低了氧化速率.     

二元比例法分析UO2-CeO2混合粉末

二元比例法是X射线荧光分析中的一个特殊情况,适合于含有两种成分的混合物测量。用二元素的分析线强度比对元素含量比做校准曲线,既能非常有效地校正样品的基体效应,同时,又对样品的表面状态不敏感。     

AUC及UO2的微观结构研究

用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜、X 射线衍射仪和图像分析仪分析了 AUC 晶体、UO_2粉末和烧结芯块的微观结构,研究了 AUC 的还原条件对 UO_2粉末和烧结芯块微观结构的影响。     

陶瓷UO2畸形球的控制方法

研究了用于高温气冷核反应堆燃料核芯中畸形球的种类、产生机理及其控制方法。在500 ℃以下空气中进行了脱碳研究，结果发现破裂球(缺裂球、沟槽球等)的产生基本上来源于干球的不完全脱碳所致。在振动分散条件下进行了溶胶的分散研究。结果发现，孪生球和椭圆球的形成基本上来源于溶胶的不均匀分散所致。因此，为了控制和防止上述两类畸形球的形成，最重要的方法是，(1)必须在一定脱碳程序下供给必要的空气量，确保脱碳完全；(2)必须采用合理的溶胶参数下保持均匀分散，以保证球形均匀。     

ADU型UO2芯块低温烧结研究

UO2燃料芯块通常可以由高温国和低温烧结工艺来制备。在这些烧结工艺中其原料是采用AUC型UO2粉末和ADU型UO2粉末。本项研究工作的目的是探索在氧化气氛低温烧结所制备的ADU型UO2芯块的理论密度（TD）和晶粒大小。在1150℃烧结，其理论密度可达95％。在氧化气氛烧结所获得的ADU型UO2芯块，其晶粒结构是单峰分布的，而不像AUC型UO2芯块的晶粒结构是双峰分布的，但是与铀酸铵（AU型）UO2芯块一致。对AUC荆UO2芯块和AU型UO2芯块比较了其晶粒结构、分布和大小。研究证明晶粒结构取决于粉末性能和烧结气氛。     

添加剂对UO2烧结动力学的影响

本文求出了含 Nb_2O_5、Cr_2O_3和 Gd_2O_3的三种掺杂 UO_2芯块的晶粒生长方程和晶界移动激活能。激活能大小相应为1.88×10~5,2.01×10~5和2.59×10~5J/mol.讨论了添加剂对 UO_2燃料芯块烧结动力学以及晶粒长大动力学的影响。     

UO2核芯还原炉设计模拟研究

以N-S方程和k-ε湍流模型为基础,针对UO₂核芯颗粒制备过程中的焙烧还原炉设备,采用计算流体力学方法模拟考察了南非和国内正在使用的两种还原炉体设计及入流速度对内部流场的影响。从模拟结果中可发现,两种炉体设计均无法实现气流在轴向上的均匀分布,而是呈现出炉体顶部气量大、底部气量小的分布状态,这是导致颗粒还原不均匀的原因之一,且这种不均匀性随气速增加变化不大。在分析轴向压力变化影响径向气流分布的基础上对还原炉体进行了改进,提出了一种新型设计,模拟结果证实改进后的炉体设计能够实现径向气流在轴向上更为均匀的分布,因而可推定该新型炉体设计可使炉内不同轴向高度处的颗粒还原更加均匀。     

UO2粉末低温氧化表面改性研究

本工作研究探索UO2粉末的低温预氧化工艺.分别以10和20 ℃/min的升温速度,将UO2粉末于流动空气中加热至900 ℃进行热分析,试验观测到第1个放热峰温度为224.6和239.7 ℃,第2个放热峰温度为367.0和381.7 ℃.采用X射线衍射法分析了UO2粉末于240、382和815 ℃下氧化保温8 h后超化学计量铀氧化物UO2 x的物相组成.结果表明:UO2粉末在100～120 ℃下失去吸附水;在240 ℃氧化8 h后,有极少量的U3O7生成,382和815 ℃下氧化8 h后有U3O8生成.欲实现UO2低温烧结,获得2.25的最佳O/U原子比,可将UO2粉末预氧化工艺温度控制在240～370 ℃之间.     

UO2-x燃料芯块的晶粒生长动力学

本文采用恒速升温和等温烧结实验方法研究了亚化学计量UO_2-x燃料芯块的晶粒生长动力学。结果表明,以UO_2+x+5%U为原料,可得到密度为94.91%TD～96.23%TD（TD为理论密度）、O与U的原子个数比为1.975～1.990的合格的亚化学计量UO_2-x燃料芯块;在烧结温度≤1 650 ℃时晶粒生长速率较低,在烧结温度≥1750 ℃时晶粒生长速率较高;初始晶粒尺寸G₀不能忽略不计,亚化学计量UO₂-x燃料芯块的晶粒生长动力学符合4次方模型G⁴-G⁴₀=k₀texp(-1 000Q/RT),晶粒生长速率常数k₀=78.76 μm⁴/h,激活能Q=433.35 kJ/mol。     

UO2复合燃料芯块导热性能有限元模拟

目前各国均在开发适用于压水堆的含有高导热性第二相材料的新型先进UO₂复合燃料芯块。本文通过有限元计算方法分析了新型先进UO₂复合燃料芯块关键结构参数对其导热性能的影响。结果表明：少量高导热性第二相材料的添加可显著降低燃料芯块服役过程中的中心线温度;第二相的种类、含量、分布形式等均对新型先进UO₂复合燃料芯块的导热性能有重要影响。     

圆管中UO2凝固过程的机理研究

为了研究UO2在快堆中凝固的机理,对金属圆管内UO2的传热受阻凝固模型、整体凝固模型和Fuel Caps凝固模型的机理进行了介绍,并以GEYSER实验为对象,对3种模型进行了分析比对.结果表明,Fuel Caps凝固模型可以从机理上较好地模拟管道内UO2的凝固过程,但在该模型中,压差和熔融物前端的流型对于凝固过程的影响机理还有待进一步的实验研究和模型完善.     

掺钛UO2微球烧结行为研究

采用溶胶-凝胶方法制备掺钛UO2微球,并通过金相显微镜、扫描电镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)等观察掺钛微球的微观组织、气孔分布、晶粒大小、钛元素分布以及用水浸渍法测量其密度.实验结果表明:在一定烧结温度下,掺入少量钛可明显提高烧结性能.在实验条件下,最佳掺钛量为0.3％(质量分数)以内、烧结温度为1250-1350...     

UO2-碳纳米管复合燃料导热性能研究

设计和制备了UO₂-碳纳米管（MWNTs）复合燃料芯块,研究了复合燃料的导热性能,分析了影响复合燃料热导率的关键因素。结果表明：复合燃料热导率主要与MWNTs的体积含量、界面和MWNTs的长径比有关。复合燃料的热导率随MWNTs体积含量的增加而升高,当体积含量超过10%时,提升效果进一步加强;界面对复合燃料的热导率影响显著,在1 521 ℃以上,UO₂会与MWNTs发生界面反应生成UC等界面相,阻碍了燃料热导率的提高。在1 450 ℃,热压烧结芯块的热导率提高25.65%,在1 650、1 700和1 750 ℃,无压烧结芯块的热导率分别提高了22.67%、20.32%和18.3%;复合燃料热导率随着MWNTs长径比的增大而升高,掺杂MWNTs的长径比分别为3×10³、5×10³、7×10³和9×10³时,燃料热导率分别提高了18.3%、19.93%、22.42%和25.09%。     

UO2与Zr间结合界面的研究

应用OM、SEM、EDAX和AES对在一定压力下不同温度加热后的UO_2/Zr间结合界面进行了微观分析。结果表明,在750℃以上经不同时间加热后,UO_2/Zr间发生了化学反应,反应层由α-Zr(O)+富轴的(U,Zr)相;α-Zr(O)+(U,Zr)δ相和α-Zr(O)组成。UO_2/Zr在700℃延长加热时间,相互间也会发生反应。Zr或Zr合金在700℃以上应避免直接与UO_2相接触。此外,对反应层的形成过程进行了讨论。     

Densification behaviour of UO2–50%PuO2 pellets by dilatometry

The sintering behaviour of UO₂–50%PuO₂ pellets has been studied using a dilatometer in inert, reducing and oxidising atmospheres. The shrinkage begins at a much lower temperature in oxidising atmosphere such as CO₂ and commercial N₂. The shrinkage rate was found to be maximum for pellets sintered in N₂ atmosphere. The mechanism for the initial stage of sintering was found to be volume diffusion for both oxidising and reducing atmospheres. The activation energy for the initial stages of sintering was found to be 365 and 133 kJ/mol for Ar–8%H₂ and CO₂ atmospheres, respectively. The activation energy obtained using the Dorn method matches well with that obtained using the rate controlled sintering process. The lower activation energy obtained in the oxidising atmosphere is explained with the help of models available in the literature.     

UF6转化生产UO2粉末工艺研究

叙述了^235U丰度为10．0％的UF6转化生产UO2工艺流程、工艺参数及产品质量情况。生产实践表明，用此方法生产的UO2粉末，完全满足元件制造要求。     

亚化学计量UO2-A环形芯块研制

UO2核燃料虽然熔点很高,但在长时问的高燃耗服役下,中心区也会发生熔化现象,因此,必须使用直径较小的燃料元件;同时在高温下UO2燃料由于组分的重布,O的析出会使包壳发生氧化而破坏（PCI）。这些对燃料元件的设计产生很多的限制,研究以下两种方法以改进上述状况：研制环状燃料元件提高燃料燃耗需求;降低燃料O／U增加其与包壳高温相容性。     

低密度UO2燃料芯块的制备及微观结构

本文介绍了在UO_2粉末中加入造孔剂制备低密度UO_2燃枓芯块的方法。试验结果表明,加入4wt％草酸铵可获得85.31%TD的烧结块,其开口孔率为0.69%。加入2wt%聚乙烯醇可获得85.10%TD烧结块,其开口孔率为1.16%。而且,它们的孔隙形态、尺寸及分布都是令人满意的。两者再烧结后芯块密度分别增加了0.22%TD和0.30%TD,晶粒尺寸分别为14.3μm和16.1μm。