CN103159222B - 一种氚增殖用正硅酸锂小球密实化的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于氚增殖和能量提取技术领域，具体公开一种氚增殖用正硅酸锂小球密实化的方法，该方法包括以下步骤：(1)将低密度正硅酸锂小球置于热等静压设备的炉腔中；(2)向热等静压设备的炉腔内充入氩气，控制炉腔中的压强达到20Mpa以上；(3)逐步加温加压，炉腔温度提升至700-1000℃，压强提升至100-200Mpa，维持高温高压状态1-4个小时；(4)炉腔冷却至100-200℃，泄压；将正硅酸锂小球取出，在空气中冷却至室温，即得到高密度的正硅酸锂小球。该方法能够将采用湿法工艺制备的低密度正硅酸锂小球的相对密度提高到95％以上，从而满足固态增殖剂实验包层模块对正硅酸锂小球核密度的要求。

Description

一种氚增殖用正硅酸锂小球密实化的方法
技术领域
本发明属于氚增殖和能量提取技术领域，具体涉及一种应用于聚变反应堆领域的氚增殖用正硅酸锂小球密实化的方法。
背景技术
氢有氕、氘、氚三种同位素，其中氘和氚是聚变反应堆的两种基本的聚变燃料，氘在自然界中的含量较为丰富，但氚在自然界中含量极为稀少(大气中总量不足1公斤)，必须通过聚变堆的氚增殖包层实现氚自持(即一个氚参与聚变反应产生一个中子，该中子被增殖包层中的锂吸收又产生一个氚继续参与聚变反应)。目前中国的聚变堆设计中拟采用氦冷固态氚增殖包层或双功能液态金属包层来实现氚自持。其中，氦冷固态增殖剂(HCCB)包层概念设计采用2×6的模块化设计，模块尺寸按1/2垂直实验窗口布置；氚增殖剂采用Li4SiO4的锂陶瓷小球，中子倍增剂采用铍金属微球，均为球床结构；结构材料采用低活化RAFM钢；8MPa压力、进出口温度分别为300℃和500℃的氦气作为冷却剂。
由于固态增殖剂采用子模块的设计方案，根据中子学计算，铍球床内铍材料的占空比达到80％，正硅酸锂球床内正硅酸锂的占空比达到60％，其方案推广到全堆，才能达到聚变堆对氚自持的底限要求。而这意味着我们必须采用双尺寸的铍小球实现铍球床的球形堆积，而正硅酸锂小球方面由于已经设定采用单尺寸小球，则必须采用高密度的正硅酸锂小球。
目前已开发出多种正硅酸锂小球的制备工艺，包括中国工程物理研究院开发的湿法工艺，中国原子能研究院开发的滚圆-烧结工艺，中科院上海硅酸盐研究所开发的溶胶-凝胶工艺。以上工艺的优点在于成本低，但制备出的正硅酸锂小球相对密度也低，其正硅酸锂小球相对密度基本控制在80％左右。因此，需要对正硅酸锂小球进行密实化处理，以进一步提供其相对密度到。
发明内容
本发明的目的在于提供一种氚增殖用正硅酸锂小球密实化的方法，该方法能够将采用湿法工艺制备的低密度正硅酸锂小球的相对密度提高到95％以上，从而满足固态增殖剂实验包层模块对正硅酸锂小球核密度的要求。
实现本发明目的的技术方案：一种氚增殖用正硅酸锂小球密实化的方法，该方法包括以下步骤：
(1)将低密度正硅酸锂小球置于热等静压设备的炉腔中；
(2)向热等静压设备的炉腔内充入氩气，控制炉腔中的压强达到20Mpa以上；
(3)逐步加温加压，炉腔温度提升至700-1000℃，压强提升至100-200Mpa，维持高温高压状态1-4个小时；
(4)炉腔冷却至100-200℃，泄压；将正硅酸锂小球取出，在空气中冷却至室温，即得到高密度的正硅酸锂小球。
所述的步骤(1)中的低密度正硅酸锂是采用湿法工艺制备而成的。
在所述的步骤(1)之前，首先将所述的低密度正硅酸锂小球装入开口的石英罐内。
本发明的有益效果为：将采用湿法工艺制备的低密度正硅酸锂小球(相对密度在80％左右)的相对密度提高到95％以上，从而满足固态增殖剂实验包层模块对正硅酸锂小球高密度的要求。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明所提供的一种氚增殖用正硅酸锂小球密实化的方法作进一步详细说明。
实施例1
一种氚增殖用正硅酸锂小球密实化的方法，该方法包括以下步骤：
(1)将采用湿法工艺制备的低密度正硅酸锂小球装入开口的石英罐内，置于热等静压设备的炉腔中；
(2)向热等静压设备的炉腔内充入氩气，控制炉腔中的压强达到20Mpa；
(3)逐步加温加压，炉腔温度提升至700℃，压强提升至100Mpa，维持高温高压状态1个小时；
(4)炉腔冷却至100℃，泄压至常压状态，将装有正硅酸锂小球的石英罐取出，在空气中冷却至室温，即得到相对密度达到95％以上的高密度正硅酸锂小球。
实施例2
一种氚增殖用正硅酸锂小球密实化的方法，该方法包括以下步骤：
(1)将采用湿法工艺制备的低密度正硅酸锂小球装入开口的石英罐内，置于热等静压设备的炉腔中；
(2)向热等静压设备的炉腔内充入氩气，控制炉腔中的压强达到30Mpa以上；
(3)逐步炉腔内的温度和压强，炉腔温度提升至850℃，压强提升至150Mpa，维持高温高压状态2个小时；
增加压强即继续向炉腔内充入氩气。
(4)炉腔冷却至150℃，泄压至常压状态，将装有正硅酸锂小球的石英罐取出，在空气中冷却至室温，即得到相对密度达到95％以上的高密度正硅酸锂小球。
实施例3
一种氚增殖用正硅酸锂小球密实化的方法，该方法包括以下步骤：
(1)将采用湿法工艺制备的低密度正硅酸锂小球装入开口的石英罐内，置于热等静压设备的炉腔中；
(2)向热等静压设备的炉腔内充入氩气，控制炉腔中的压强达到40Mpa以上；
(3)逐步加温加压，炉腔温度提升至1000℃，压强提升至200Mpa，维持高温高压状态4个小时；
(4)炉腔冷却至200℃，泄压至常压状态，将装有正硅酸锂小球的石英罐取出，在空气中冷却至室温，即得到相对密度达到95％以上的高密度正硅酸锂小球。
上述提及的正硅酸锂小球包括纯正硅酸锂小球、含有部分偏硅酸锂成分的正硅酸锂小球(偏硅酸锂相成分小于20％wt)、含有部分偏硅酸锂及二氧化硅成分的正硅酸锂小球(偏硅酸锂和二氧化硅的成分总量小于30％wt)。
本发明所提供的一种氚增殖用正硅酸锂小球密实化的方法，也可适用于其他氚增殖用的三元锂陶瓷小球。
上面结合具体实施例对本发明作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。本发明中未作详细描述的内容均可以采用现有技术。

Claims (3)

1.一种氚增殖用正硅酸锂小球密实化的方法，该方法包括以下步骤：
(1)将低密度正硅酸锂小球置于热等静压设备的炉腔中；
(2)向热等静压设备的炉腔内充入氩气，控制炉腔中的压强达到20Mpa以上；
(3)逐步加温加压，炉腔温度提升至700-1000℃，压强提升至100-200Mpa，维持高温高压状态1-4个小时；
(4)炉腔冷却至100-200℃，泄压；将正硅酸锂小球取出，在空气中冷却至室温，即得到高密度的正硅酸锂小球。
2.根据权利要求1所述的一种氚增殖用正硅酸锂小球密实化的方法，其特征在于：所述的步骤(1)中的低密度正硅酸锂是采用湿法工艺制备而成的。
3.根据权利要求1或2所述的一种氚增殖用正硅酸锂小球密实化的方法，其特征在于：在所述的步骤(1)之前，首先将所述的低密度正硅酸锂小球装入开口的石英罐内。
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