CN101740150B - 环形uo2燃料芯块的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种核燃料制备方法,步骤是:将丙烯酰胺、亚基双丙烯酰胺、聚丙烯酸铵与去离子水混合制备出预混液;在球磨机中加入U3O8粉末,再加入预混液,球磨分散制备出固相含量≥60vol%、粘度≤1Pa·s的U3O8浆料;往浆料中加入硫酸铵和四甲基乙二胺,混合均匀注入模具中,浆料凝固,脱去模具,得到环型U3O8生坯;在温度60~80℃、湿度80%~95%下将生坯干燥,在580℃-600℃脱粘;脱粘的环型U3O8生坯在氢气氛、1730±10℃温度下烧结,得到环型UO2燃料芯块。优点是芯块初坯相对密度达60%~70%、抗折强度20MPa以上,经受机械加工、尺寸精确控制,将烧结体尺寸磨削加工余量降到最低。
Description
技术领域
本发明属于一种核燃料的制备方法,具体涉及一种环型UO2燃料芯块的制备方法。
背景技术
目前世界上绝大多数核反应堆均使用UO2燃料发电,早期的燃料均采用实心UO2;为了降低核电站总发电成本,改善运行电站经济性的一个方法是提高它们的功率密度。UO2燃料从实心型转换到环型对于提高功率密度有几个重大意义:1.使用环形芯块降低了燃料温度,减小了燃料和包壳之间的差式热膨胀,降低了芯块的环脊高度;2.降低了由裂变产物引起的肿胀,从而减小了燃料芯块与包壳之间的相互作用(PCI效应),使用环形芯块降低了裂变气体的释放,增加了对内压限制的裕度;3.降低了芯块的贮能,在失水事故(LOCA)的情况下,降低了峰值包壳温度和氧化量。美国在2000年前后提出了环型燃料芯块的概念,如2001年Nuclear Energy Research Initiative(NERI)的《NUCLEAR FUEL CYCLE TECHNOLOGY AND POLICY PROGRAM(FinalReport)》163-237页中所公开的“High Performance Fuel Design for NextGeneration PWRs”和2003年226期《Nuclear Engineering and Design》第267-275页中所公开的“Development of a thermal-hydraulic analysis code forannular fuel assemblies”以及2004年146期《Nuclear Technology》第165-180页所公开的“Mechanical Analysis of High power Internally Cooled AnnularFuel”
上述文献主要涉及环型UO2燃料的概念与使用经济性分析;环型UO2铀燃料的单棒的结构设计以及热工水力方面的理论计算;环型UO2铀燃料组件的结构设计、辐照以及热工水力方面的理论计算等,均未涉及环型UO2燃料制备技术。
经检索,未见制备环型UO2燃料的相关报导。
发明内容
本发明的目的在于提供一种环型UO2燃料的制备方法。
本发明是这样实现的:
一种环型UO2燃料芯块的制备方法,步骤如下:
(1)将有机单体丙烯酰胺、交联剂亚基双丙烯酰胺、分散剂聚丙烯酸铵与去离子水混合制备出预混液;其中所用去离子水为100ml,所用有机单体丙烯酰胺与交联剂亚基双丙烯酰胺,两者以克计量的重量混合比例为20~60∶1,分散剂聚丙烯酸铵用量为1~5克;
(2)在球磨机中加入600~800克U3O8粉末,将配制的预混液加入其中,球磨分散3~6小时,制备出固相含量≥60vol%、粘度≤1Pa·s的U3O8浆料;
(3)往浆料中加入引发剂过硫酸铵0.5~3ml,催化剂四甲基乙二胺0.1~1ml,混合均匀;
(4)将混合均匀的浆料加入到成型模具中,静置20~60分钟,浆料完全凝固后,脱去模具,得到所需的环型U3O8生坯;
(5)将环型U3O8生坯在温度60℃~80℃、湿度80%~95%下干燥24小时,在580℃-600℃脱粘3~4小时;
(6)将脱粘后的环型U3O8生坯,在氢气氛中、1730±10℃温度下烧结2~3小时,得到环型UO2燃料芯块。
本发明的效果在于:制成的环型UO2燃料,具有生坯坯体密度均匀,相对密度可达60%~70%,有机物含量<10wt%,抗弯强度>20MPa;初坯可经受机械加工,可对尺寸进行精确控制,将烧结体的尺寸磨削加工余量降到最低。
具体实施方式
实施例1
1.在100ml去离子水中加入丙烯酰胺10g、亚基双丙烯酰胺0.5g,聚丙烯酸铵1g,制备出预混液,其中丙烯酰胺与亚基双丙烯酰胺的重量比为20∶1;
2.在球磨机中加入500gAl2O3磨球、800g U3O8粉末,将配制的预混液加入其中球磨分散3小时,将浆料与Al2O3球分离,制备出固相含量≥60vol%、粘度≤1Pa·s的U3O8料浆;
3.在U3O8料浆中加入过硫酸铵0.5ml、四甲基乙二胺0.1ml,混合均匀;
4.将混合均匀的料浆灌注到成型模具中,室温下静置20分钟,料浆完全凝固,脱去模具,得到环型U3O8生坯。
5.将环型U3O8生坯在温度60℃、湿度80%环境中干燥24小时,在600℃以下脱粘3小时。
6.将脱粘后的环型U3O8生坯,在氢气氛中、1730℃温度下烧结2小时,得到环型UO2燃料芯块。
实施例2
1.在100ml去离子水中加入丙烯酰胺10g、亚基双丙烯酰胺0.25g、聚丙烯酸铵3g,制备出预混液,其中丙烯酰胺与亚基双丙烯酰胺的重量比为40∶1;
2.在球磨机中加入500gAl2O3磨球、600g U3O8粉末,将配制的预混液加入其中球磨分散4h,将浆料与Al2O3球分离,制备出固相含量≥60vol%、粘度≤1Pa·s的U3O8料浆;
3.在U3O8料浆加入过硫酸铵2ml、四甲基乙二胺0.5ml,混合均匀;
4.将混合均匀的料浆灌注到成型模具中,室温下静置40分钟,料浆完全凝固后,脱去模具,得到环型U3O8生坯。
5.环型U3O8生坯在温度70℃、湿度90%环境中干燥24小时,在600℃以下脱粘3.5小时。
6.脱粘后的环型U3O8生坯,在氢气氛中、1730℃温度下烧结2.5小时,得到环型UO2燃料芯块。
实施例3
1.在100ml去离子水中加入丙烯酰胺12g、亚基双丙烯酰胺0.2g、聚丙烯酸铵5g,制备出预混液,其中丙烯酰胺与亚基双丙烯酰胺的重量比为60∶1;
2.在球磨机中加入500gAl2O3磨球、600g U3O8粉末,将配制的预混液加入其中球磨分散6h,将浆料与Al2O3球分离,制备出固相含量≥60vol%、粘度≤1Pa·s的U3O8料浆;
3.在U3O8料浆加入过硫酸铵3ml、四甲基乙二胺1ml,混合均匀;
4.将混合均匀的料浆灌注到成型模具中,室温下静置60分钟,料浆完全凝固后,脱去模具,得到环型U3O8生坯。
5.环型U3O8生坯在温度80℃、湿度95%环境中干燥24小时,在600℃以下脱粘4小时。
6.脱粘后的环型U3O8生坯,在氢气氛中、1730℃温度下烧结3小时,得到环型UO2燃料芯块。
Claims (1)
1.一种环型UO2燃料芯块的制备方法,步骤如下:
(1)将有机单体丙烯酰胺、交联剂亚基双丙烯酰胺、分散剂聚丙烯酸铵与去离子水混合制备出预混液;其中所用去离子水为100ml,所用有机单体丙烯酰胺与交联剂亚基双丙烯酰胺,两者以克计量的重量混合比例为20~60∶1,分散剂聚丙烯酸铵用量为1~5克;
(2)在球磨机中加入600~800克U3O8粉末,将配制的预混液加入其中,球磨分散3~6小时,制备出固相含量≥60vol%、粘度≤1Pa·s的U3O8浆料;
(3)往浆料中加入引发剂过硫酸铵0.5~3ml,催化剂四甲基乙二胺0.1~1ml,混合均匀;
(4)将混合均匀的浆料加入到成型模具中,静置20~60分钟,浆料完全凝固后,脱去模具,得到所需的环型U3O8生坯;
(5)将环型U3O8生坯在温度60℃~80℃、湿度80%~95%下干燥24小时,在580℃-600℃脱粘3~4小时;
(6)将脱粘后的环型U3O8生坯,在氢气氛中、1730±10℃温度下烧结2~3小时,得到环型UO2燃料芯块。
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