包覆工艺对微球形燃料相弥散燃料混合均匀性的影响

针对微球形燃料相颗粒与基体粉末的流动性相差较大、难于混合均匀,建立了一种微球的包覆工艺,并研究了包覆工艺对混合均匀性的影响。采用直径约为100μm的不锈钢微球代替燃料微球,研究结果表明,在微球表面物理包覆一层基体粉末,可增加颗粒表面粗糙度,降低两组元粉末的密度差及颗粒沉降的距离,包覆层还能使颗粒间保持一定的间距,微观上形成连续的基体网络,减少甚至避免发生偏聚,有效地改善了混合均匀性。包覆工艺的最佳参数为:保温温度,76℃;保温时间,6min;黏结剂添加量,1%;粉末粒径,小于25μm。该方法可用于改善(U-Mo)-Al、(U-Mo)-Zr等微球形燃料相弥散燃料的混合均匀性。     

高温堆嬗变Pu燃料元件的制备

介绍了清华大学在制备高温气冷堆嬗变Pu惰性元件方面的研究进展.分别采用溶胶凝胶工艺和注凝成型工艺制备ZrO2陶瓷微球作为基体,经过低温烧结获得多孔微球;用U代替Pu进行浸渍后,再经过高温烧结获得致密的陶瓷微球;基体中的U含最基本稳定在10%左右.采用与10MW高温气冷堆燃料元件包覆颗粒相同的制备工艺,在ZrO2/U复合微球表面依次沉积疏松热解炭、致密热解炭、SiC和外致密热解炭,制备出包覆型嬗变燃料颗粒.     

TRISO微球涂层的微结构与力学性能研究

以ZrO₂微球为模拟核芯，通过流化床化学气相沉积(FBCVD)工艺制备了三结构同向性包覆颗粒(TRISO)微球，利用扫描电镜、透射电镜等对TRISO微球各包覆涂层的微结构进行了观察分析，并采用微米压痕法测试了各包覆涂层的弹性模量和维氏硬度，在此基础上通过压溃实验对SiC涂层的断裂强度进行了测试。结果表明：(1)Buffer层由大量的球状碳颗粒组成，涂层中存在较多的大孔；(2)内PyC层和外PyC的结构类似，由大量表面包裹片层结构的球状碳颗粒组成，致密度相对较高；(3)SiC层以典型的β-SiC结晶态存在，原子层间距为0.26 nm；(4)各包覆涂层中，Buffer层的弹性模量和维氏硬度最低，分别在13.29GPa和1.78 GPa左右，内PyC层的弹性模量和维氏硬度分别在25.80 GPa和3.18 GPa左右，外PyC层的弹性模量和硬度分别在28.15 GPa和3.66 GPa左右，SiC层的弹性模量与硬度均最高，分别在141.4 GPa和21.51 GPa左右；(5)通过压溃实验测得的SiC层平均断裂强度为2581 MPa。TRISO微球各包覆涂层不同的结构特...     

HTGR颗粒燃料包覆工艺研究

包覆颗粒燃料涂层工艺是高温气冷堆(HTGR)关键技术之一。在研究制备工艺参数对包覆层性能的影响的基础上,确定了制备包覆颗粒燃料的最佳工艺条件,并制备出达到冷态设计要求的 Triso 型包覆颗粒燃料。     

10 MW高温气冷堆首次装料的包覆燃料颗粒研制

10 MW高温气冷堆采用全陶瓷TRISO型包覆颗粒燃料元件.TRISO型包覆燃料颗粒由燃料核芯、疏松热解炭层、内致密热解炭层、碳化硅层和外致密热解炭层组成.本工作研究用于生产包覆燃料颗料的具有多气体入口的新型喷动流化床和4层连续包覆工艺.采用化学气相沉积方法在150 mm直径流化床沉积炉中生产出10 MW高温气冷堆的包覆燃料颗粒.用扫描电镜观察研究了包覆燃料颗粒的微观结构.包覆燃料颗粒的制造破损率为3.4×10-6.包覆燃料颗粒的辐照考验结果(包覆燃料颗粒的裂变产物85Krm释放率为10-6)表明,包覆燃料颗粒的性能可以满足我国10 MW高温气冷堆的设计要求.     

球床型氟盐冷却高温堆的初步中子学分析

为分析球床型氟盐冷却高温堆(PB-FHR)堆芯的关键中子学参数,建立了显式随机模型,基于随机填充方法计算了燃料球石墨基质内所有三层各向同性包覆颗粒(TRISO)颗粒的空间坐标,并采用离散元方法计算出堆芯活性区内全部燃料球的空间坐标。最后采用蒙特卡罗程序开展中子输运计算,分析燃料颗粒随机分布对堆芯中子学参数的影响。研究结果表明,TRISO颗粒的随机分布对栅元增殖系数、栅元群截面、活性区燃料球功率的影响较小,本文研究可为简化PB-FHR设计提供理论依据。     

表面活性剂修饰的纳米氧化镍的EXAFS研究

采用微乳液法制备了表面包覆表面活性剂AOT的氢氧化镍纳米微粒,退火后得到纳米尺寸的氧化镍颗粒。用EXAFS方法对获得的氢氧化镍和氧化镍纳米颗粒进行了研究,得到了EXAFS结构参数,并分别与体相材料进行了比较。结果表明与体相材料相比,纳米材料配位结构表现出不同的特性。     

激光核聚变靶表面几何参数扫描探针测量技术

应用改造的原子力显微镜(AFM)作为传感系统,配合精密回转气浮轴系和三维微定位装置,实现了对激光核聚变靶球圆周方位形状误差的精密测量.采用该测量技术获得的靶球表面几何参数的测量数据及分析结果可为制靶工艺提供检测手段,并为激光打靶实验提供准确的靶球表面形貌参数.     

球形燃料元件中包覆颗粒的分布效应研究

在球形燃料元件中,包覆颗粒的填充因子低于10%,分布具有很大的随机性。本文利用MATLAB程序实现了4种填充的建模方式,即体积等效规则填充、扰动的规则填充、随机的规则填充和完全随机填充模拟燃料球中包覆颗粒的分布。基于固态燃料钍基熔盐堆(Thorium-based Molten Salt Reactor with Solid Fuel,TMSR-SF1)设计中选用的包覆颗粒燃料参数,使用蒙特卡罗程序MCNP6 1.0和ENDF/B VII.0数据库进行了全反射边界条件下的单燃料球临界计算,精确量化了不同的建模方式引起的中子物理特性参数的差异。计算表明,这4种建模方式形成了不同的包覆颗粒聚集程度。包覆颗粒的聚集会导致丹可夫效应的增强,从而增大了中子被燃料吸收的概率,无限增殖因数随之增大,燃料温度系数随之减小。     

包覆燃料颗粒尺寸及其标准偏差对失效概率的影响

三结构同向性型(Tristructural isotropic,TRISO)包覆燃料颗粒是目前高温气冷堆和固态燃料熔盐堆采用的燃料元件。TRISO包覆燃料颗粒破损会导致裂变产物不可接受的释放,由此影响反应堆的安全运行。基于TRISO包覆燃料颗粒压力壳式破损模型,分析了TRISO包覆燃料颗粒核芯和各包覆层的尺寸对失效概率的影响,研究了TRISO包覆燃料颗粒核芯半径、疏松热解碳(Buffer)层厚度和碳化硅(Si C)层厚度的合理设计范围。同时,利用随机抽样统计的方法分析了TRISO包覆燃料颗粒核芯半径分布和各包覆层厚度分布对颗粒失效概率的影响。研究发现,降低Buffer层厚度分布的标准差至16μm可以使TRISO包覆燃料颗粒的失效概率降低一个数量级。