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。     

添加Al2O3和SiO2的大晶粒UO2芯块制备研究

研究了Al2O3和SiO2添加剂对UO2芯块晶粒尺寸的影响.结果表明:加入少量的Al2O3和SiO2,可有效促进烧结过程中UO2芯块的晶粒度长大,过量加入则会阻碍烧结过程中UO2芯块的致密化;在添加量一定的情况下,添加不同比例的Al2O3和SiO2,对芯块晶粒尺寸有较大影响,只添加SiO2,对芯块晶粒尺寸影响不大,Al2O3添加量增加,芯块晶粒尺寸随之增加;添加Al2O3和SiO2促进UO2芯块晶粒长大的机制是在烧结期间发生了液相烧结.     

烧结UO2生产所用原料微观形貌的电镜分析

一、引言在压水堆陶瓷型核燃料烧结UO_2芯块的制造工艺中,采用活性UO_2粉末作原料,经压制、烧结等过程制成UO_2芯块。应用AMRAY-1000B型扫描电镜(美国制造)跟踪所用UO_2、U_2O_8、ADU、AUC等原料,进行微观形貌观察并纪录照相。生产实践表明,所选用原料颗粒多为球形,球化率≥80%,粒度为0.1—20 μm,而且膨松多孔,多维堆积时比表面大,活性高,烧结UO_2芯块成品率高,是压制烧结的理想原料。尽管如此,成品率并不稳定。在活性UO_2粉末原料中按比例添加U_3O_8(UO_2与U_3O_8重量比为9:1)后,压制烧结成的UO_2芯块,成品率高而且稳定。     

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。     

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。     

大晶粒UO2燃料芯块和试验燃料组件的设计与制造

本工作涉及大晶粒UO2燃料芯块的研究、试验燃料组件的设计与制造。所谓大晶粒是在UO2粉末中分别添加Al2O3／SiO2、Cr2O3粉末，烧结后形成了大晶粒UO2燃料芯块，它能有效降低裂变气体释放、减少燃料棒内压、减少芯块和包壳的PCI作用，     

耐事故UO2基复合燃料芯块的研发进展

对先进耐事故燃料（ATF）芯块的研发背景进行了概述,重点讨论了耐事故UO₂基复合燃料芯块的国内外研究现状,认为UN、U₃Si₂和ThO₂等燃料相是耐事故UO₂基复合燃料芯块中最具发展潜力的掺杂相,然而其最佳添加量及分布状态尚需结合多尺度数值模拟和实验研究的方法开展深入探索。      

掺杂Cr2O3对UO2芯块烧结行为的影响

提高燃料燃耗的一个有效手段是通过增大UO₂晶粒尺寸来减少元件内部气体压力,在大晶粒UO₂芯块中,裂变气体到达晶界表面的距离增加,因而裂变气体的释放速率降低,元件内部气体压力的增高缓慢。本文研究了添加Cr₂O₃对UO₂晶粒尺寸的影响。对纯UO₂、添加0.5% Cr₂O₃及5% Cr₂O₃ 3种配方的芯块进行了试验,在5%H₂Ar保护下,以10 ℃/min和5 ℃/min的升温速率升温至1 700 ℃,然后烧结2 h或4 h,对比纯UO₂芯块与添加Cr₂O₃的芯块发现,添加Cr₂O₃可有效增大晶粒尺寸;较长的烧结时间可促进晶粒长大;较低的升温速率也使晶粒长大。烧结过程产生液相烧结,液相浸润晶粒边界,促进晶粒长大。     

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。     

先进工艺UO2芯块堆内性能试验研究——燃料组件水力试验

为了确保试验燃料组件的辐照安全，需确定流经燃料棒冷却剂的流速，验证燃料辐照装置的设计能否满足试验要求。实际的辐照装置因条件限制不带流量测量仪表，所以，对燃料组件进行堆外、堆内水力试验，并根据测量结果对流经辐照装置的冷却剂流量进行推算。     

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...     

大晶粒UO2-SiC燃料芯块制备及高温氧化性能研究

通过在UO2基体中添加第二相来提高燃料热导率是耐事故燃料的一个重要研究方向.该研究以大晶粒UO2颗粒为原料,采用放电等离子烧结(Spark Plasma Sintering,SPS)工艺在较低烧结温度下获得高密度的大晶粒UO2-SiC复合燃料芯块,对复合燃料芯块的性能进行了表征,并研究了其在空气环境中的抗高温氧化性能....     

分光光度法测定Gd2O3—UO2烧结芯块O／M的研究

分光光度法测定Ｇｄ２Ｏ３－ＵＯ２烧结芯块氧与金属原子比中，浓磷酸为溶剂，Ｕ＾６＋离子和Ｕ＾４＋离子的特征波长分别选为３１０ｎｍ和５４４ｎｍ。Ｕ＾６＋离子和Ｕ＾４＋离子浓度分别由其特征波长的吸光度值与标准曲线对比来确定。Ｏ／Ｍ计算公式由物质内部电中性原理导出。     

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。     

硼或浓缩硼-10在UO2中的用途

本发明提供一种核燃料组件，其中含硼化合物用作可燃毒物且分布在该组件的大多数棒内。该组件包括多个燃料棒，每一燃料棒含有多个核燃料芯块，其中在燃料组件内大于50%的燃料棒中至少一个燃料芯块包括金属氧化物、金属碳化物或金属氮化物和含硼化合物的烧结混合物。     

UO_2混合芯块及锆合金涂层耐事故燃料热特性研究

在UO_2芯块中添加不同份额的SiC成分,并在M5锆合金包壳外增加不同厚度的SiC涂层结构组合成耐事故燃料元件,并建立混合芯块-锆合金包壳-涂层间热传导模型。计算并调整UO_2混合芯块、SiC涂层热物性参数,以秦山第二核电厂1号和2号机组长循环燃料管理方案为背景,对比分析UO_2混合芯块不同添加成分比例,以及M5锆合金外涂层不同厚度对于燃料棒热性及裂变气体释放结果的敏感性影响。计算结果显示耐事故燃料在瞬态工况下能更有效地降低燃料芯块中心温度。