HMD法制备U-10wt%Mo合金粉末的粒度控制

对氢化-破碎-脱氢(HMD)法制备U-10wt%Mo合金粉末的粒度控制工艺进行了研究.U-Mo合金在950℃分别退火4、10、24h,然后经过γ→α相转变热处理、HMD法和α→γ相转变热处理等过程成为粉末.分析结果表明:950℃下U-Mo晶粒长大较慢,可通过调节保温时间使晶粒尺寸控制在40～100μm;γ相分解程度强烈依赖于晶粒尺寸,晶粒尺寸越大,γ相向α相的转变程度越低;粉末粒度大小与原始合金γ相的晶粒度密切相关,原始合金γ相晶粒度越大,粉末粗粉比重越大.     

中国核动力院U-Mo合金燃料研究现状及进展

目前,U-Mo合金燃料是研究试验堆新一代燃料的研究重点.文章介绍U-Mo合金燃料在中国核动力研究设计院(NPIC)的研究现状和进展.NPIC于2006年正式开始研制U-Mo合金弥散燃料元件,几年间开展的研究工作主要有:U-Mo合金熔炼,γ相U-Mo合金粉末制备,(U-Mo)-(Al-Si)弥散燃料板制造工艺研究,U-Mo合金与基体材料、包壳材料和阻挡材料诸如Al、Nb、Zr、Mg等的相容性研究,Si添加到Al基体中对U-Mo/Al反应的影响以及U-Mo合金燃料成分分析及无损检测方法研究等.目前,NPIC已制备出基本满足要求的(U-Mo)-Al弥散燃料板,并计划于2010年前掌握满足技术要求的改进型(U-Mo)-Al弥散燃料板的制造技术.     

γ相U—Mo合金粉末的研制

（U—Mo）-Al弥散燃料具有铀密度高、辐照稳定性好、乏燃料易后处理等优点，是新一代研究试验堆的低浓铀燃料。制备中位粒度为40-140μm的γ相U—Mo合金粉末是制备（U—Mo）-Al弥散燃料的基础。用氢化-脱氢工艺制备（U—Mo）-Al粉末具有设备和工艺简单、生产率高、成本低、不污染环境、粉末粒度可控等优点，因此，值得大力开发。     

铀钼合金燃料合格性鉴定试验的现状及发展前景

美国、法国、阿根廷和俄罗斯正就铀钼（U-Mo）合金燃料的开发、合格性鉴定和商业应用的许可证问题进行国际合作。进行合格性鉴定试验的样品分别是小板、全尺寸板和组件。美国、法国和阿根廷采用的是轧制工艺，铀密度为6～8g·cm^-3；俄罗斯采用的是挤压工艺，挤压工艺对于提高铀密度比较困难。铀密度为5～6g·c^-3。根据合格性鉴定计划，每个合作国家都根据本国的辐照试验给出了综合性的辐照结果。结果表明，铀钼合金燃料在低燃耗时具有很好的辐照性能，但最近发现，在高温高能耗辐照条件下，铀钼合金弥散型燃料出现了严重的肿胀。即所谓的枕头效应，这主要是由于铀燃料与铝基体发生了过度反应引起的。解决办法有两个，一个是在铝基体材料中添加硅，以减少U～Mo与Al基的反应；另一个办法是采用U-Mo片状合金燃料。     

阿贡国家实验室单片式燃料研制

最初的U-Mo弥散型燃料元件已经最示出铀装载量方面的优越性，可以用它来成功地把部分研究堆燃料转换成低浓铀。另外，辐照实验显示出在高温下U-Mo弥散型燃料元件的芯体与铝基发生了相互反应。解决这些现象的潜在方法是使用燃料合金片代替铝基弥散型燃料。这种单片式燃料提供了比弥散型燃料更低的燃料一基体反应层和更高的铀密度。由于弥散型燃料基体的不足，单片式燃料元件生产需要研究新的制造方法。经过阿贡国家实验室研究人员的努力，已经得到一种可行的单片式燃料板生产方法，本文将介绍这种方法。     

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。     

BWXT关于GTRI低浓铀U—Mo燃料的商业生产计划

在主动降低全球威胁（Global Threat Reduction Initiative——GTRI）计划下，美国研究堆板型燃料的提供商BWX技术公司（BWXT）已经签署了从事一项燃料元件研究和开发的商业活动的协议。该商业活动的主要目的是测试U-Mo合金燃料的性能和根据最近弥散型燃料的缺陷重点，促进燃料性能的改善和寻求替代的燃料。该燃料元件是高密度的低浓缩铀燃料，到2010年将应用于世界上绝大多数的研究堆。 BWX技术公司的协议范围明确了使燃料按规划向新型低浓缩铀转变的必要条件。虽然目前该领域没有特别好的燃料制备技术，但多元化商业路线实施后肯定可以达到这一目标。首先确定所采用的燃料形式是U．10Mo单片式，燃料芯体与盖板的结合采用热等静压工艺（HIP）。初步结果验证表明这种方法是可行的，但是在HIP法结合过程中，燃料部分与Al合金板间依然存在反应层。需要选择合适的结合方法，例如：摩擦搅拌焊接的测评和改善基本HIP法的参数。此外，还需进一步改善弥散型燃料。 本文讨论了每种燃料工艺的不同工序和影响其制备的因素。     

细棒状铀-氢化锆燃料芯块制备与显微结构初步研究

采用熔炼铀-锆合金然后渗氢的工艺制造细棒状铀-氢化锆燃料芯块,通过改变熔炼工艺参数提高铀-锆合金的铸造质量和成品率.在渗氢的工艺中,采用不同工艺对铀-锆合金进行氢化,氢化后芯块中的氢/锆原子比在1.41～1.72之间,而芯块的尺寸相对于氢化前也有不同程度的增加.微观分析表明,氢化后得到的燃料芯块中含有多种相结构,其中金...     

RERTR燃料研制项目的进展

始于20世纪90年代末期的U-Mo合金弥散燃料辐照试验确定了这些燃料令人满意的辐照行为。但美国国内外随后的实验暴露了这种燃料在高温高功率下的缺点。详细的辐照后检验表明，燃料性能问题不是因为U-Mo燃料颗粒性能差，而是由辐照中燃料和Al基体反应形成的反应层的肿胀行为引起的。 极高密度低富集度燃料的继续开发需要一份详尽的计划，包括燃料制造研究、堆外性能鉴定、辐照试验、辐照后检验、燃料性能评估和模型建立。一些潜在的补救措施对锵决公认的燃料性能问题是有效的；补救措施包括燃料和基体化学成分的微小改变。用另外一种材料代替Al基体，或者完全不要基体。所有的这些变动目前都作为六国（阿根廷、加拿大、法国、韩国、俄罗斯和美国）参与的燃料开发合作的一个部分在调查研究当中。本文将回顾目前RERTR-6辐照试验及其支撑实验的试验结果，并且讨论了到2010年底低富集度高密度燃料合格性鉴定的前进途径。     

单片式和弥散型U-Mo燃料研究进展及前景

本文介绍了单片式和弥散型U-Mo燃料的研究进展，以便实现用其他替代品来进行高浓铀向低浓铀转换（HEU→LEU）的可能性。在RERTR（研究实验堆降低铀浓缩度计划）-7A辐照试验中，以Zr-4合金为包壳的20％铀富集度U-7Mo单片式燃料板的辐照后初步检验结果表明其性能优良。正在进行中的弥散型燃料的加工性能和性能预测试验具有以下特征：①用锗替代硅与基体铝形成合金；②对U-Mo燃料颗粒涂硅、锗、镍涂层，基体铝与这些元素合金化，从而减少界面反应的动力；③在基体中加入多孔氧化铝，用来吸收裂变气体产物。     

CARR用U-Mo合金燃料的堆芯物理方案研究

U-Mo合金燃料具有铀密度高、辐照稳定性好和后处理简单等优点,是未来研究堆燃料的理想选择。在保持中国先进研究堆(CARR)主体结构不变的基础上,使用合适的U-Mo合金燃料替换CARR现有燃料,进行堆芯方案初步研究。通过对中子注量率、循环长度等关键参数的对比分析,给出了较优的堆芯物理设计方案。该堆芯物理方案具有更好的设计参数,并可节省大量的燃料经费支出,提高了反应堆运营的经济性。     

弥散燃料板芯体中U-Mo/Al-Si合金基体反应层性质研究

针对弥散型燃料板采用实验方法分析U-Mo燃料相与Al-Si基体反应层的性质。实验结果表明:反应层主要出现在U-Mo燃料颗粒的内部微裂纹处及燃料颗粒与基体界面处,其形貌和厚度均不规则。U-Mo与Al-Si遵循空位扩散机制,扩散过程主要为Al、Si向U-Mo合金的扩散。在反应层中Al含量基本维持不变,Si含量沿基体-燃料相方向递增,并聚集在U-Mo侧的反应层中。当基体中Si含量达到5%时,可明显抑制扩散反应的进行,从而改进燃料板性能。     

弥散（颗粒涂层）及单片（Zr-4合金包壳）U-Mo合金的涂层技术

分别采用化学气相沉积（CVD）硅烷和高温接触式扩散（HTCD）的方法在U-7Mo（w／w）合金颗粒上涂敷了硅材。分别用氢化-破碎-退火脱氢和原子离心破碎两种方法制得涂敷颗粒，对两种颗粒的涂层进行了比较。详细描述了用两种方法涂敷后的颗粒制成的微型板材。第三种微型板是直接使用硅粉与U-7Mo合金粉和铝粉混合以此来取代铝合金粉。本文中还提及了用热轧方法制得的用Zr-4作涂层的微型单片U-7Mo合金板。这种方法的不同之处在于制板工艺过程详尽且具有一定的通用性，在对目前常用的燃料装置和焊接设备进行少量改进的前提下，就可能较容易将高通量反应堆使用的高富集度燃料转变为使用低富集度燃料。     

国外U3Si2与UMo燃料的发展现状

U3Si2-Al弥散型燃料是一种成功的低浓铀燃料,但在较高温度和较深燃耗运行时,其抗辐照性能急剧下降;UMo-Al弥散型燃料可能使任何高性能研究堆改用低浓铀,可是燃料相与铝基体的广泛反应引起严重的肿胀,期待含硅的铝基体能成功阻止这种反应的发生;单片型UMo合金燃料板具有较好的抗辐照性能,但制造方法尚不成熟。所有这些问题都亟待解决。本文首先简介了研究堆低浓铀燃料的发展简史,分析了U3Si2-Al弥散型燃料的成就与不足,讨论了UMo合金燃料所遇到的问题与需要解决的途径,提出了U3Si2-Al、UMo-Al弥散型燃料和单片型UMo合金燃料板的研究现状。     

低富集U-Mo弥散型燃料小板RERTR-6辐照试验结果——Si对U-Mo／Al弥散燃料辐照行为影响的初步分析

辐照时Al基体中弥散的U-Mo燃料颗粒表面形成包覆的反应物。在一些辐照试验中,反应物和舢基体交界面处有气孔产生。受辐照条件的影响,气孔可能会长大并彼此连接形成连通的大气孔,严重时形成连续网络结构使燃料板出现不可接受的枕形肿胀。在美国和其他国家的辐照实验中都观察到了这种现象。冶金学和热动力学分析表明,Al基体中加入Si以及U-Mo燃料中添加Zr或Ti都可以提高U-Mo／Al弥散型燃料反应产物的稳定性。本文介绍了添加Si辐照试验的初步结果,即将适量的Si添加到Al基体中能有效降低U-Mo／Al燃料扩散反应和消除气孔形成。     

锆铀合金氢化研究

锆铀合金通过氢化可制得U-ZrH_x燃料。合金中加入0.2—0.4wt%碳,有效地防止了燃料棒氢化过程中出现开裂的现象。氢化系统采用常压、高温、小流量的通氢方式,分级保温保压慢速冷却的氢化工艺及调整最终的氢化温度和压力,能够控制U-ZrH_x燃料的氢锆原子比H/Zr,以满足使用要求。     

铀钼合金燃料组件初步设计研究

作为低浓化计划（RERTR）正在研究和开发的一新燃料,高密度铀钼合金弥散体燃料是未来替代现有研究堆燃料的候选燃料。与现有U3Si2弥散体燃料相比,铀钼合金燃料具有燃料铀密度高,及后处理性能良好的特点,因此,其应用前景良好。     

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，     

基于多物理场耦合的U3Si2燃料与双层SiC包壳组合的轻水堆燃料性能分析

基于COMSOL平台开发了一套基于多物理场全耦合的燃料性能分析程序,并通过径向功率分布模型对比验证了该程序的正确性与准确性;然后进一步分析了U₃Si₂燃料与双层SiC包壳组合、U₃Si₂燃料与锆合金包壳组合在反应堆正常运行工况下的性能,并与UO₂燃料与锆合金的组合进行了对比分析。计算结果发现U₃Si₂燃料与锆合金包壳组合相比UO₂燃料与锆合金的组合具有更低的燃料中心温度、裂变气体释放量及内压,但气隙闭合时间会提前;而U₃Si₂燃料与双层SiC包壳的组合相比U₃Si₂燃料与锆合金的组合具有更高的燃料中心温度、更大的裂变气体释放量及内压,且随着燃耗的增加,其燃料中心温度大幅增加,与锆合金包壳相比,双层SiC包壳能够有效延迟气隙闭合,缓解燃料与包壳的力学相互作用。      

U-Mo合金γ相稳定性研究

研究了U-Mo、U-Mo-X（X＝Ti、V、Si）合金及U-Mo/Al、U-Mo-X/Al扩散偶界面层的γ相稳定性,探讨了合金元素和退火工艺对γ相稳定性的影响。结果表明：Mo含量越高,U-Mo合金的γ相稳定性就越高;U-6.5Mo-0.5Si合金的γ相稳定性较高,是因为U Si混合焓较低,但加入Si易导致形成USi_x脆性相;而U-6.5Mo-0.5Ti和U-6.5Mo-0.5V合金的γ相稳定性较差,是因为Mo在Ti、V体系内具有较低的混合焓,易形成固溶体或金属间化合物,导致γ相贫Mo;随着退火温度从500℃升高至600℃,γ相发生共析分解,扩散层的γ相数量减少,α相增多,α相成为Al的快速扩散通道,促使形成UAl₄、UMo₂Al₂₀和U₆Mo₄Al₄₃等富Al相。