陶瓷UO_2微球尺寸与球度的控制方法

陶瓷ＵＯ２微球尺寸与球度的控制问题，不仅是溶胶－凝胶工艺研究中的重要课题，也是高温气冷堆燃料元件生产中的重要课题。因此，近几年来通过批量试验对全胶凝工艺控制包覆芯核尺寸与球度的方法进行了研究，并取得了阶段性进展，为１０ＭＷ高温堆燃料芯核的生产奠定了基础。结果表明：ＵＯ２芯核尺寸与球度的控制主要是通过控制溶胶分散参数来实现的。对单一振动喷嘴而言，其分散参数应当同时满足均匀分散流量方程和振动频率方程的要求；另一方面为了控制芯核的球度，还必须对喷嘴的振动加速度、３区高度及气相氨的分布进行控制。     

Sol-Gel法制备大直径陶瓷UO2球的工艺研究

采用Sol-Gel法内胶凝工艺,以贫铀芯块为原材料,经过煅烧、溶解、配胶、胶凝、老化、洗涤、干煅、还原烧结、筛分优选制备直径为2～3 mm的陶瓷UO2球形燃料芯核.相关的物性及化学分析结果表明:所制备的燃料芯核内部结构致密均匀,密度为理论密度的97±2％;杂质含量低,氧铀比为2.00±0.01;平均直径为2.6 mm;...     

溶胶凝胶法制造UO_2燃料微球的流体力学计算

利用伯努利方程建立了在外胶凝工艺中喷嘴射流速度与压力罐液而高度、喷嘴射流速度与液面压强的关系式,并使用该关系式进行计算,结果表明:管道中整个流动过程是层流;液面高度对射流速度的影响非常小;由液面高度所造成的UO2微球直径的最大偏差远小于微球的控制偏差.     

添加微量元素制备大晶粒UO_2芯块

介绍了添加微量元素制备大晶粒UO2芯块的研究情况。添加的三种微量元素是:普通级Al2O3／SiO2、纳米级Al2O3／SiO2和Cr2O3。得出了阶段性的结论:添加这三种微量元素均促进UO2芯块晶粒的增加。控制适当的添加量,其性能完全满足现有的技术条件。     

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...     

掺杂钛对UO2微球微观结构的影响

研究了掺杂0.7％(质量分数)钛对UO2微球微观结构的影响.结果表明,随着烧结温度的升高,气孔数量减少,但单个气孔体积却增大,其主要机制可能是小气孔之间的溶合;1250～1450℃之间烧结时,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“双高”特征,且氧化钛大部分均匀分布在微球晶粒内部,少量氧化钛解析...     

UO_2核芯制备过程中分散滴球喷嘴内流动均匀性模拟研究

运用计算流体动力学(CFD)方法模拟了UO2核芯颗粒制备过程中分散滴球步骤涉及的喷嘴腔体内部流场,特别对每个喷头出口的流量通量均匀性进行分析研究。系统考察实际生产过程中可能影响喷头流量通量均匀性的4种可能性因素:入流方向、喷孔的分布位置、喷孔的水平度和喷孔的大小。从模拟结果中可以发现,喷孔的大小是相对最关键因素,是导致颗粒尺寸不均匀的主要原因之一,在实际生产制作中要尤其关注喷头孔径的加工尺寸。流动方程理论验证了上述模拟结果的正确性。     

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。     

UO_2-Er_2O_3燃料芯块的烧结工艺研究

对UO_2-Er_2O_3可燃毒物燃料芯块的烧结工艺进行研究。试验表明:烧结过程中选择生坯密度在55%~60%理论密度的生坯芯块,在1700~1750℃,H2气氛中烧结2~3 h,可得到完整度、密度、晶粒尺寸等性能满足要求的燃料芯块。     

高温气冷堆大晶粒二氧化铀核芯研究

大晶粒的UO₂核芯可更有效地阻止反应堆运行时裂变气体的释放,实现反应堆燃耗的加深和延长反应堆燃料元件的运行寿命。采用溶胶凝胶工艺制备高温气冷堆燃料元件的UO₂核芯,在胶液中加入含有Al的化合物Al(NO₃)₃•9H₂O,以增大核芯晶粒尺寸。研究了添加剂对核芯晶粒尺寸的影响及烧结过程中分解的O离子与核芯U离子的扩散系数之间的关系。通过添加含有Al的化合物,UO₂核芯的平均晶粒尺寸由18μm增加到30μm。对添加Al(NO₃)₃•9H₂O的UO₂核芯的烧结机理研究表明,UO₂核芯晶粒的长大主要受空位扩散机制的影响。     

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.     

溶胶-凝胶法制备二氧化铀核芯的U3O8欠酸溶解工艺

在UO₂核芯的制备工艺中,为获得高浓度铀的硝酸铀酰溶液,同时降低溶液中硝酸根含量,即获得低于硝酸铀酰标准化学计量比（硝酸铀酰中硝酸根与铀酰离子化学计量比为2）的溶液,必须采用欠酸溶解工艺。本文采用分批加料和阶段性加热方式获得了很好的溶解效果,得到的硝酸铀酰溶液中U含量为2.1～2.5 mol/L,NO₃^-和U的摩尔浓度比为1.6～1.8,溶液pH大于1.4,从而成功制备出合格的欠酸溶解的硝酸铀酰溶液。在此基础上,根据多次溶解试验的结果总结出了溶液密度与U含量的经验公式。     

In-situ high-energy-resolution X-ray absorption spectroscopy for UO2 oxidation at SSRF

Based on the high-energy-resolution fluorescence spectrometer on the BL14W1 beamline at Shanghai Synchrotron Radiation Facility,an in-situ high-energyresolution X-ray absorption spectroscopy technique,with an in-situ heating cell,was developed.The high-energyresolution fluorescence detection for X-ray absorption near-edge spectroscopy (HERFD-XANES) was tested in a UO2 oxidation experiment to measure the U L3-edge,with higher signal-to-noise ratio and higher-energy-resolution than conventional XANES.The technique has potential application for in-situ study of uranium-based materials.     

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。     

乙二胺改性壳聚糖磁性微球吸附Hg

采用化学交联-种子溶胀法制得乙二胺改性壳聚糖磁性微球(EMCS),考察了其对水溶液中Hg2 和UO22 的吸附性能。结果表明,EMCS粒径为50-80μm,氧化铁质量分数(w)为16%,该吸附剂在pH<2.5时可选择性吸附Hg2 和UO22 ,吸附容量随pH升高而增加;其吸附等温线用Langmuir方程拟合为:ceq/Qeq=0.440 5ceq/Qm 0.584 0(Hg2 ,r=0.996 0),ceq/Qeq=0.525 6ceq/Qm 1.343 4(UO22 ,r=0.990 6);饱和吸附容量Qm分别为2.27,1.90 mmol/g,高于磁性壳聚糖微球MCS和壳聚糖微球CS;其吸附动力学可用Lagerg-ren方程拟合为:lg(Qeq-Q)=0.361 2-0.015 5t(Hg2 ,r=0.982 1),lg(Qeq-Q)=0.302 7-0.011 2t(UO22 ,r=0.992 5);对Hg2 ,UO22 的吸附速率常数(kad)分别为0.036,0.026 min-1;EMCS可用1 mol/LH2SO4再生,脱附率大于90%,有良好的重复使用性。     

大晶粒UO2燃料芯块堆内试验组件的研制

为了开发高性能的压水堆燃料,研制了大晶粒燃料芯块。试验燃料芯块具有高的235U富集度、小直径和大晶粒尺寸的特点。通过堆内辐照试验可以对不同制造工艺的燃料芯块进行评价和筛选,以便确定燃料制造工艺。为了在中国原子能科学研究院池式研究堆中随堆考验,设计了一种试验组件,包含四根双包壳的燃料棒。双包壳燃料棒是在外包壳内装入两根单包壳燃料棒。试验组件直接由反应堆一次循环水冷却,不设专门的冷却回路。试验组件上安装了多种堆芯测量传感器,包括燃料中心温度热电偶、自给能中子探测器和冷却剂出、入口温度热电偶,可以在线监测燃料试验参数。描述了大晶粒UO2燃料芯块的研制、试验燃料组件的研制和检验。     

硝酸铀酰溶液存放时浓度变化研究

研究了铀浓度分别为492g/L（硝酸根浓度285g/L)和246g/L(硝酸根浓度142g/L)的UO2（NO3）2均匀溶液在静止存放时铀浓度是否有浓度梯度变化。经过355天存放和5次取样分析,说明容器中UO2（NO3）2溶液铀浓度无梯度变化,仍然是均匀溶液。