CN108417280A - 一种高铀装量燃料芯块及其制备方法和应用 - Google Patents

一种高铀装量燃料芯块及其制备方法和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN108417280A
CN108417280A CN201810100344.8A CN201810100344A CN108417280A CN 108417280 A CN108417280 A CN 108417280A CN 201810100344 A CN201810100344 A CN 201810100344A CN 108417280 A CN108417280 A CN 108417280A
Authority
CN
China
Prior art keywords
sintering
loading amount
follows
furnace cooling
powder
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201810100344.8A
Other languages
English (en)
Inventor
高瑞
杨振亮
李冰清
褚明福
唐浩
钟毅
刘徐徐
段丽美
黄奇奇
王志毅
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of Materials of CAEP
Original Assignee
Institute of Materials of CAEP
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Materials of CAEP filed Critical Institute of Materials of CAEP
Priority to CN201810100344.8A priority Critical patent/CN108417280A/zh
Publication of CN108417280A publication Critical patent/CN108417280A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21CNUCLEAR REACTORS
    • G21C3/00Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
    • G21C3/42Selection of substances for use as reactor fuel
    • G21C3/58Solid reactor fuel Pellets made of fissile material
    • G21C3/62Ceramic fuel
    • G21C3/623Oxide fuels
    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21CNUCLEAR REACTORS
    • G21C21/00Apparatus or processes specially adapted to the manufacture of reactors or parts thereof
    • G21C21/02Manufacture of fuel elements or breeder elements contained in non-active casings
    • G21C21/16Manufacture of fuel elements or breeder elements contained in non-active casings by casting or dipping techniques
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Inorganic Insulating Materials (AREA)

Abstract

本发明公开了一种高铀装量燃料芯块及其制备方法和应用,解决了现有技术中核燃料热导率和铀装量低,影响燃料组件的安全性和经济性的问题。本发明所述的高铀装量燃料芯块,以高热导率、高铀装量的材料粉末为原料,快速高温烧结制备而成,所述材料粉末选自UC、UN、U3Si2中的任意一种或几种,所述材料粉末的235U富集度为1%‑5%。本发明采用UC、UN、U3Si2等高热导率、高铀装量的材料粉末作为燃料芯块材料,使用快速烧结方法制备,具有高铀装量、高热导率的优势,在提升反应堆发电经济性、安全性的同时,进一步提升生产效率,对改进未来核电站新型核燃料的应用和改进具有重要的意义。

Description

一种高铀装量燃料芯块及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于核燃料技术领域,具体涉及一种高铀装量燃料芯块及其制备方法和应用。
背景技术
二氧化铀(UO2)是目前商用核反应堆应用最广泛的核燃料,具有优异的热、化学、辐照稳定性,以及高熔点、滞留固态裂变产物和阻挡气态裂变产物扩散能力强等优点。然而,依靠声子传热的特性导致其在高温和辐照条件下热导率急剧下降,热量导出能力迅速衰退。因此,目前的UO2-Zr核燃料体系的使用温度只有700-1200℃。在事故状态下,反应堆冷却系统失效,堆内热量无法散去,堆芯温度迅速升高,金属Zr包壳在高温下与水蒸气的氧化放热反应和释氢反应加剧,短时间内释放出大量的热量和氢气,氢气在高温下发生爆炸、包壳管由于各种不良反应以及燃料芯块的变形挤压而发生破裂,芯块由于温度过高而熔毁,反应堆压力壳由于内压过大而损毁,最终导致放射性物质泄漏的核事故(R.O.Meyer,Nucl.Technol.,155,2006,293.)。历次核事故中放射性物质的泄漏都与反应堆堆芯温度过高,燃料棒熔毁直接相关。因此UO2热导率过低的本征特性是引发核泄漏事故的关键因素之一。另外,UO2的铀装量处于较低的水平,处于提高核电站发电经济性的考虑,选用高铀装量材料,提高燃料铀装量具有重要的意义。
因此,提供一种燃料芯块,具有高铀装量、高热导率,能在提升反应堆发电经济性、安全性的同时,进一步提升生产效率,成为了本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明解决的技术问题是:提供一种高铀装量燃料芯块,解决现有技术中核燃料热导率和铀装量低,影响燃料组件的安全性和经济性的问题。
本发明还提供了一种高铀装量燃料芯块的制备方法。
本发明又提供了高铀装量燃料芯块的应用。
本发明采用的技术方案如下:
本发明所述的一种高铀装量燃料芯块,以高热导率、高铀装量的材料粉末为原料,快速高温烧结制备而成,所述材料粉末选自UC、UN、U3Si2中的任意一种或几种,所述材料粉末的235U富集度为1%-5%。
进一步地,所述材料粉末的粒径为2-40μm。
进一步地,所述烧结为放电等离子烧结或闪烧烧结。
本发明所述的一种高铀装量燃料芯块的制备方法,其特征在于,将材料粉末置于模具中进行放电等离子烧结或闪烧烧结,再将烧结后的材料粉末加工至所需形状尺寸,烧结压力为10-100MPa,烧结温度为1000-1800℃,保温时间为1-30min,升温速率50-2000℃/min。
进一步地,烧结气氛为氩气。
进一步地,所述模具为金属模具或石墨模具。
本发明所述的高铀装量燃料芯块在核反应堆中的应用。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
本发明采用UC、UN、U3Si2等高热导率、高铀装量的材料粉末作为燃料芯块材料,使用快速烧结方法制备,具有高铀装量、高热导率的优势。相比于目前商用的UO2芯块,其铀装量提高5%-7%,热导率提高2-10倍。
该类型芯块在提升反应堆发电经济性、安全性的同时,进一步提升生产效率,对改进未来核电站新型核燃料的应用和改进具有重要的意义。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明,本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。
实施例1
步骤一,按照如下方式开展烧结:
UC粉末,粒径2μm,235U富集度1~5%,将上述粉末置于设计好的石墨模具中,进行放电等离子体烧结。烧结工艺如下:抽真空至5×10-2~5×10-1Pa,以50℃/min的速率升温至1000℃并保温1min,同时施加10MPa的烧结压力,保温保压结束后炉冷,烧结气氛为氩气。
步骤二,随炉冷却后将试样取出,加工至所需形状尺寸。
实施例2
步骤一,按照如下方式开展烧结:
UC粉末,粒径40μm,235U富集度1~5%,将上述粉末置于设计好的石墨模具中,进行放电等离子体烧结。烧结工艺如下:抽真空至5×10-2~5×10-1Pa,以1000℃/min的速率升温至1800℃并保温30min,同时施加100MPa的烧结压力,保温保压结束后炉冷,烧结气氛为氩气。
步骤二,随炉冷却后将试样取出,加工至所需形状尺寸。
实施例3
步骤一,按照如下方式开展烧结:
UC粉末,粒径5μm,235U富集度1~5%,将上述粉末置于设计好的石墨模具中,进行放电等离子体烧结。烧结工艺如下:抽真空至5×10-2~5×10-1Pa,以200℃/min的速率升温至1000℃并保温2min,同时施加20MPa的烧结压力,保温保压结束后炉冷,烧结气氛为氩气。
步骤二,随炉冷却后将试样取出,加工至所需形状尺寸。
实施例4
步骤一,按照如下方式开展烧结:
UC粉末,粒径20μm,235U富集度1~5%,将上述粉末置于设计好的石墨模具中,进行放电等离子体烧结。烧结工艺如下:抽真空至5×10-2~5×10-1Pa,以300℃/min的速率升温至1500℃并保温10min,同时施加40MPa的烧结压力,保温保压结束后炉冷,烧结气氛为氩气。
步骤二,随炉冷却后将试样取出,加工至所需形状尺寸。
实施例5
步骤一,按照如下方式开展烧结:
UC粉末,粒径10μm,235U富集度1~5%,将上述粉末置于设计好的石墨模具中,进行放电等离子体烧结。烧结工艺如下:抽真空至5×10-2~5×10-1Pa,以500℃/min的速率升温至1200℃并保温5min,同时施加60MPa的烧结压力,保温保压结束后炉冷,烧结气氛为氩气。
步骤二,随炉冷却后将试样取出,加工至所需形状尺寸。
实施例6
步骤一,按照如下方式开展烧结:
UC粉末,粒径10μm,235U富集度1~5%,将上述粉末置于设计好的石墨模具中,进行放电等离子体烧结。烧结工艺如下:抽真空至5×10-2~5×10-1Pa,以800℃/min的速率升温至1600℃并保温10min,同时施加30MPa的烧结压力,保温保压结束后炉冷,烧结气氛为氩气。
步骤二,随炉冷却后将试样取出,加工至所需形状尺寸。
实施例7
步骤一,按照如下方式开展烧结:
UC粉末,粒径40μm,235U富集度1~5%,将上述粉末置于设计好的石墨模具中,进行放电等离子体烧结。烧结工艺如下:抽真空至5×10-2~5×10-1Pa,以500℃/min的速率升温至1200℃并保温5min,同时施加50MPa的烧结压力,保温保压结束后炉冷,烧结气氛为氩气。
步骤二,随炉冷却后将试样取出,加工至所需形状尺寸。
实施例8
步骤一,按照如下方式开展烧结:
UC粉末,粒径20μm,235U富集度1~5%,将上述粉末置于设计好的石墨模具中,进行放电等离子体烧结。烧结工艺如下:抽真空至5×10-2~5×10-1Pa,以300℃/min的速率升温至1100℃并保温5min,同时施加40MPa的烧结压力,保温保压结束后炉冷,烧结气氛为氩气。
步骤二,随炉冷却后将试样取出,加工至所需形状尺寸。
实施例9
步骤一,按照如下方式开展烧结:
UC粉末,粒径20μm,235U富集度1~5%,将上述粉末置于设计好的石墨模具中,进行放电等离子体烧结。烧结工艺如下:抽真空至5×10-2~5×10-1Pa,以600℃/min的速率升温至1300℃并保温2min,同时施加50MPa的烧结压力,保温保压结束后炉冷,烧结气氛为氩气。
步骤二,随炉冷却后将试样取出,加工至所需形状尺寸。
实施例10
步骤一,按照如下方式开展烧结:
UN粉末,粒径2μm,235U富集度1~5%,将上述粉末置于设计好的石墨模具中,进行放电等离子体烧结。烧结工艺如下:抽真空至5×10-2~5×10-1Pa,以50℃/min的速率升温至1000℃并保温1min,同时施加10MPa的烧结压力,保温保压结束后炉冷,烧结气氛为氩气。
步骤二,随炉冷却后将试样取出,加工至所需形状尺寸。
实施例11
步骤一,按照如下方式开展烧结:
UN粉末,粒径40μm,235U富集度1~5%,将上述粉末置于设计好的石墨模具中,进行放电等离子体烧结。烧结工艺如下:抽真空至5×10-2~5×10-1Pa,以1000℃/min的速率升温至1800℃并保温30min,同时施加100MPa的烧结压力,保温保压结束后炉冷,烧结气氛为氩气。
步骤二,随炉冷却后将试样取出,加工至所需形状尺寸。
实施例12
步骤一,按照如下方式开展烧结:
UN粉末,粒径5μm,235U富集度1~5%,将上述粉末置于设计好的石墨模具中,进行放电等离子体烧结。烧结工艺如下:抽真空至5×10-2~5×10-1Pa,以200℃/min的速率升温至1000℃并保温2min,同时施加20MPa的烧结压力,保温保压结束后炉冷,烧结气氛为氩气。
步骤二,随炉冷却后将试样取出,加工至所需形状尺寸。
实施例13
步骤一,按照如下方式开展烧结:
UN粉末,粒径20μm,235U富集度1~5%,将上述粉末置于设计好的石墨模具中,进行放电等离子体烧结。烧结工艺如下:抽真空至5×10-2~5×10-1Pa,以300℃/min的速率升温至1500℃并保温10min,同时施加40MPa的烧结压力,保温保压结束后炉冷,烧结气氛为氩气。
步骤二,随炉冷却后将试样取出,加工至所需形状尺寸。
实施例14
步骤一,按照如下方式开展烧结:
UN粉末,粒径10μm,235U富集度1~5%,将上述粉末置于设计好的石墨模具中,进行放电等离子体烧结。烧结工艺如下:抽真空至5×10-2~5×10-1Pa,以500℃/min的速率升温至1200℃并保温5min,同时施加60MPa的烧结压力,保温保压结束后炉冷,烧结气氛为氩气。
步骤二,随炉冷却后将试样取出,加工至所需形状尺寸。
实施例15
步骤一,按照如下方式开展烧结:
UN粉末,粒径10μm,235U富集度1~5%,将上述粉末置于设计好的石墨模具中,进行放电等离子体烧结。烧结工艺如下:抽真空至5×10-2~5×10-1Pa,以800℃/min的速率升温至1600℃并保温10min,同时施加30MPa的烧结压力,保温保压结束后炉冷,烧结气氛为氩气。
步骤二,随炉冷却后将试样取出,加工至所需形状尺寸。
实施例16
步骤一,按照如下方式开展烧结:
UN粉末,粒径40μm,235U富集度1~5%,将上述粉末置于设计好的石墨模具中,进行放电等离子体烧结。烧结工艺如下:抽真空至5×10-2~5×10-1Pa,以500℃/min的速率升温至1200℃并保温5min,同时施加50MPa的烧结压力,保温保压结束后炉冷,烧结气氛为氩气。
步骤二,随炉冷却后将试样取出,加工至所需形状尺寸。
实施例17
步骤一,按照如下方式开展烧结:
UN粉末,粒径20μm,235U富集度1~5%,将上述粉末置于设计好的石墨模具中,进行放电等离子体烧结。烧结工艺如下:抽真空至5×10-2~5×10-1Pa,以300℃/min的速率升温至1100℃并保温5min,同时施加40MPa的烧结压力,保温保压结束后炉冷,烧结气氛为氩气。
步骤二,随炉冷却后将试样取出,加工至所需形状尺寸。
实施例18
步骤一,按照如下方式开展烧结:
UN粉末,粒径20μm,235U富集度1~5%,将上述粉末置于设计好的石墨模具中,进行放电等离子体烧结。烧结工艺如下:抽真空至5×10-2~5×10-1Pa,以600℃/min的速率升温至1300℃并保温2min,同时施加50MPa的烧结压力,保温保压结束后炉冷,烧结气氛为氩气。
步骤二,随炉冷却后将试样取出,加工至所需形状尺寸。
实施例19
步骤一,按照如下方式开展烧结:
U3Si2粉末,粒径2μm,235U富集度1~5%,将上述粉末置于设计好的石墨模具中,进行放电等离子体烧结。烧结工艺如下:抽真空至5×10-2~5×10-1Pa,以50℃/min的速率升温至1000℃并保温1min,同时施加10MPa的烧结压力,保温保压结束后炉冷,烧结气氛为氩气。
步骤二,随炉冷却后将试样取出,加工至所需形状尺寸。
实施例20
步骤一,按照如下方式开展烧结:
U3Si2粉末,粒径40μm,235U富集度1~5%,将上述粉末置于设计好的石墨模具中,进行放电等离子体烧结。烧结工艺如下:抽真空至5×10-2~5×10-1Pa,以1000℃/min的速率升温至1800℃并保温30min,同时施加100MPa的烧结压力,保温保压结束后炉冷,烧结气氛为氩气。
步骤二,随炉冷却后将试样取出,加工至所需形状尺寸。
实施例21
步骤一,按照如下方式开展烧结:
U3Si2粉末,粒径5μm,235U富集度1~5%,将上述粉末置于设计好的石墨模具中,进行放电等离子体烧结。烧结工艺如下:抽真空至5×10-2~5×10-1Pa,以200℃/min的速率升温至1000℃并保温2min,同时施加20MPa的烧结压力,保温保压结束后炉冷,烧结气氛为氩气。
步骤二,随炉冷却后将试样取出,加工至所需形状尺寸。
实施例22
步骤一,按照如下方式开展烧结:
U3Si2粉末,粒径20μm,235U富集度1~5%,将上述粉末置于设计好的石墨模具中,进行放电等离子体烧结。烧结工艺如下:抽真空至5×10-2~5×10-1Pa,以300℃/min的速率升温至1500℃并保温10min,同时施加40MPa的烧结压力,保温保压结束后炉冷,烧结气氛为氩气。
步骤二,随炉冷却后将试样取出,加工至所需形状尺寸。
实施例23
步骤一,按照如下方式开展烧结:
U3Si2粉末,粒径10μm,235U富集度1~5%,将上述粉末置于设计好的石墨模具中,进行放电等离子体烧结。烧结工艺如下:抽真空至5×10-2~5×10-1Pa,以500℃/min的速率升温至1200℃并保温5min,同时施加60MPa的烧结压力,保温保压结束后炉冷,烧结气氛为氩气。
步骤二,随炉冷却后将试样取出,加工至所需形状尺寸。
实施例24
步骤一,按照如下方式开展烧结:
U3Si2粉末,粒径10μm,235U富集度1~5%,将上述粉末置于设计好的石墨模具中,进行放电等离子体烧结。烧结工艺如下:抽真空至5×10-2~5×10-1Pa,以800℃/min的速率升温至1600℃并保温10min,同时施加30MPa的烧结压力,保温保压结束后炉冷,烧结气氛为氩气。
步骤二,随炉冷却后将试样取出,加工至所需形状尺寸。
实施例25
步骤一,按照如下方式开展烧结:
U3Si2粉末,粒径40μm,235U富集度1~5%,将上述粉末置于设计好的石墨模具中,进行放电等离子体烧结。烧结工艺如下:抽真空至5×10-2~5×10-1Pa,以500℃/min的速率升温至1200℃并保温5min,同时施加50MPa的烧结压力,保温保压结束后炉冷,烧结气氛为氩气。
步骤二,随炉冷却后将试样取出,加工至所需形状尺寸。
实施例26
步骤一,按照如下方式开展烧结:
U3Si2粉末,粒径20μm,235U富集度1~5%,将上述粉末置于设计好的石墨模具中,进行放电等离子体烧结。烧结工艺如下:抽真空至5×10-2~5×10-1Pa,以300℃/min的速率升温至1100℃并保温5min,同时施加40MPa的烧结压力,保温保压结束后炉冷,烧结气氛为氩气。
步骤二,随炉冷却后将试样取出,加工至所需形状尺寸。
实施例27
步骤一,按照如下方式开展烧结:
U3Si2粉末,粒径20μm,235U富集度1~5%,将上述粉末置于设计好的石墨模具中,进行放电等离子体烧结。烧结工艺如下:抽真空至5×10-2~5×10-1Pa,以600℃/min的速率升温至1300℃并保温2min,同时施加50MPa的烧结压力,保温保压结束后炉冷,烧结气氛为氩气。
步骤二,随炉冷却后将试样取出,加工至所需形状尺寸。
实施例28
步骤一,按照如下方式开展烧结:
UC粉末,粒径2μm,235U富集度1~5%,将上述粉末置于设计好的石墨模具中,进行闪烧烧结。烧结工艺如下:抽真空至5×10-2~5×10-1Pa,以600℃/min的速率升温至1000℃并保温1min,同时施加10MPa的烧结压力,保温保压结束后炉冷,烧结气氛为氩气。
步骤二,随炉冷却后将试样取出,加工至所需形状尺寸。
实施例29
步骤一,按照如下方式开展烧结:
UC粉末,粒径40μm,235U富集度1~5%,将上述粉末置于设计好的金属模具中,进行闪烧烧结。烧结工艺如下:抽真空至5×10-2~5×10-1Pa,以1000℃/min的速率升温至1800℃并保温30min,同时施加100MPa的烧结压力,保温保压结束后炉冷,烧结气氛为氩气。
步骤二,随炉冷却后将试样取出,加工至所需形状尺寸。
实施例30
步骤一,按照如下方式开展烧结:
UC粉末,粒径20μm,235U富集度1~5%,将上述粉末置于设计好的金属模具中,进行闪烧烧结。烧结工艺如下:抽真空至5×10-2~5×10-1Pa,以2000℃/min的速率升温至1400℃并保温1min,同时施加30MPa的烧结压力,保温保压结束后炉冷,烧结气氛为氩气。
步骤二,随炉冷却后将试样取出,加工至所需形状尺寸。
实施例31
步骤一,按照如下方式开展烧结:
UC粉末,粒径10μm,235U富集度1~5%,将上述粉末置于设计好的金属模具中,进行闪烧烧结。烧结工艺如下:抽真空至5×10-2~5×10-1Pa,以1500℃/min的速率升温至1200℃并保温1min,同时施加50MPa的烧结压力,保温保压结束后炉冷,烧结气氛为氩气。
步骤二,随炉冷却后将试样取出,加工至所需形状尺寸。
实施例32
步骤一,按照如下方式开展烧结:
UN粉末,粒径2μm,235U富集度1~5%,将上述粉末置于设计好的石墨模具中,进行闪烧烧结。烧结工艺如下:抽真空至5×10-2~5×10-1Pa,以600℃/min的速率升温至1000℃并保温1min,同时施加10MPa的烧结压力,保温保压结束后炉冷,烧结气氛为氩气。
步骤二,随炉冷却后将试样取出,加工至所需形状尺寸。
实施例33
步骤一,按照如下方式开展烧结:
UN粉末,粒径40μm,235U富集度1~5%,将上述粉末置于设计好的金属模具中,进行闪烧烧结。烧结工艺如下:抽真空至5×10-2~5×10-1Pa,以1000℃/min的速率升温至1800℃并保温30min,同时施加100MPa的烧结压力,保温保压结束后炉冷,烧结气氛为氩气。
步骤二,随炉冷却后将试样取出,加工至所需形状尺寸。
实施例34
步骤一,按照如下方式开展烧结:
UN粉末,粒径20μm,235U富集度1~5%,将上述粉末置于设计好的金属模具中,进行闪烧烧结。烧结工艺如下:抽真空至5×10-2~5×10-1Pa,以2000℃/min的速率升温至1400℃并保温1min,同时施加30MPa的烧结压力,保温保压结束后炉冷,烧结气氛为氩气。
步骤二,随炉冷却后将试样取出,加工至所需形状尺寸。
实施例35
步骤一,按照如下方式开展烧结:
UN粉末,粒径10μm,235U富集度1~5%,将上述粉末置于设计好的金属模具中,进行闪烧烧结。烧结工艺如下:抽真空至5×10-2~5×10-1Pa,以1500℃/min的速率升温至1200℃并保温1min,同时施加50MPa的烧结压力,保温保压结束后炉冷,烧结气氛为氩气。
步骤二,随炉冷却后将试样取出,加工至所需形状尺寸。
实施例36
步骤一,按照如下方式开展烧结:
UN粉末,粒径2μm,235U富集度1~5%,将上述粉末置于设计好的石墨模具中,进行闪烧烧结。烧结工艺如下:抽真空至5×10-2~5×10-1Pa,以600℃/min的速率升温至1000℃并保温1min,同时施加10MPa的烧结压力,保温保压结束后炉冷,烧结气氛为氩气。
步骤二,随炉冷却后将试样取出,加工至所需形状尺寸。
实施例37
步骤一,按照如下方式开展烧结:
U3Si2粉末,粒径40μm,235U富集度1~5%,将上述粉末置于设计好的金属模具中,进行闪烧烧结。烧结工艺如下:抽真空至5×10-2~5×10-1Pa,以1000℃/min的速率升温至1800℃并保温30min,同时施加100MPa的烧结压力,保温保压结束后炉冷,烧结气氛为氩气。
步骤二,随炉冷却后将试样取出,加工至所需形状尺寸。
实施例38
步骤一,按照如下方式开展烧结:
U3Si2粉末,粒径20μm,235U富集度1~5%,将上述粉末置于设计好的金属模具中,进行闪烧烧结。烧结工艺如下:抽真空至5×10-2~5×10-1Pa,以2000℃/min的速率升温至1400℃并保温1min,同时施加30MPa的烧结压力,保温保压结束后炉冷,烧结气氛为氩气。
步骤二,随炉冷却后将试样取出,加工至所需形状尺寸。
实施例39
步骤一,按照如下方式开展烧结:
U3Si2粉末,粒径10μm,235U富集度1~5%,将上述粉末置于设计好的金属模具中,进行闪烧烧结。烧结工艺如下:抽真空至5×10-2~5×10-1Pa,以1500℃/min的速率升温至1200℃并保温1min,同时施加50MPa的烧结压力,保温保压结束后炉冷,烧结气氛为氩气。
步骤二,随炉冷却后将试样取出,加工至所需形状尺寸。
实施例40
步骤一,按照如下方式开展烧结:
UN和U3Si2粉末,粒径分别为2μm、40μm,按体积比9:1混合,235U富集度1~5%,将上述粉末置于设计好的石墨模具中,进行放电等离子体烧结。烧结工艺如下:抽真空至5×10-2~5×10-1Pa,以100℃/min的速率升温至1200℃并保温1min,同时施加50MPa的烧结压力,保温保压结束后炉冷,烧结气氛为氩气。
步骤二,随炉冷却后将试样取出,加工至所需形状尺寸。
实施例41
步骤一,按照如下方式开展烧结:
UN和U3Si2粉末,粒径分别为40μm、2μm,按体积比9:1混合,235U富集度1~5%,将上述粉末置于设计好的石墨模具中,进行放电等离子体烧结。烧结工艺如下:抽真空至5×10-2~5×10-1Pa,以1000℃/min的速率升温至1800℃并保温2min,同时施加30MPa的烧结压力,保温保压结束后炉冷,烧结气氛为氩气。
步骤二,随炉冷却后将试样取出,加工至所需形状尺寸。
实施例42
步骤一,按照如下方式开展烧结:
UN和U3Si2粉末,粒径分别为10μm、20μm,按体积比95:5混合,235U富集度1~5%,将上述粉末置于设计好的石墨模具中,进行放电等离子体烧结。烧结工艺如下:抽真空至5×10-2~5×10-1Pa,以500℃/min的速率升温至1300℃并保温10min,同时施加30MPa的烧结压力,保温保压结束后炉冷,烧结气氛为氩气。
步骤二,随炉冷却后将试样取出,加工至所需形状尺寸。
实施例43
步骤一,按照如下方式开展烧结:
UN和U3Si2粉末,粒径分别为10μm、20μm,按体积比85:15混合,235U富集度1~5%,将上述粉末置于设计好的石墨模具中,进行放电等离子体烧结。烧结工艺如下:抽真空至5×10-2~5×10-1Pa,以300℃/min的速率升温至1500℃并保温10min,同时施加50MPa的烧结压力,保温保压结束后炉冷,烧结气氛为氩气。
步骤二,随炉冷却后将试样取出,加工至所需形状尺寸。
实施例44
步骤一,按照如下方式开展烧结:
UN和U3Si2粉末,粒径分别为10μm、20μm,按体积比85:15混合,235U富集度1~5%,将上述粉末置于设计好的石墨模具中,进行放电等离子体烧结。烧结工艺如下:抽真空至5×10-2~5×10-1Pa,以500℃/min的速率升温至1400℃并保温3min,同时施加30MPa的烧结压力,保温保压结束后炉冷,烧结气氛为氩气。
步骤二,随炉冷却后将试样取出,加工至所需形状尺寸。
实施例44
步骤一,按照如下方式开展烧结:
UN和U3Si2粉末,粒径分别为10μm、20μm,按体积比80:20混合,235U富集度1~5%,将上述粉末置于设计好的石墨模具中,进行放电等离子体烧结。烧结工艺如下:抽真空至5×10-2~5×10-1Pa,以500℃/min的速率升温至1300℃并保温5min,同时施加40MPa的烧结压力,保温保压结束后炉冷,烧结气氛为氩气。
步骤二,随炉冷却后将试样取出,加工至所需形状尺寸。
上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一,不应当用于限制本发明的保护范围,但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色,其所解决的技术问题仍然与本发明一致的,均应当包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高铀装量燃料芯块,其特征在于,以高热导率、高铀装量的材料粉末为原料,快速高温烧结制备而成,所述材料粉末选自UC、UN、U3Si2中的任意一种或几种,所述材料粉末的235U富集度为1%-5%。
2.根据权利要求1所述的一种高铀装量燃料芯块,其特征在于,所述材料粉末的粒径为2-40μm。
3.根据权利要求2所述的一种高铀装量燃料芯块,其特征在于,所述烧结为放电等离子烧结或闪烧烧结。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种高铀装量燃料芯块的制备方法,其特征在于,将材料粉末置于模具中进行放电等离子烧结或闪烧烧结,再将烧结后的材料粉末加工至所需形状尺寸,烧结压力为10-100MPa,烧结温度为1000-1800℃,保温时间为1-30min,升温速率50-2000℃/min。
5.根据权利要求4所述的一种高铀装量燃料芯块的制备方法,其特征在于,烧结气氛为氩气。
6.根据权利要求5所述的一种高铀装量燃料芯块的制备方法,其特征在于,所述模具为金属模具或石墨模具。
7.权利要求1-6任意一项所述的高铀装量燃料芯块在核反应堆中的应用。
CN201810100344.8A 2018-02-01 2018-02-01 一种高铀装量燃料芯块及其制备方法和应用 Pending CN108417280A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810100344.8A CN108417280A (zh) 2018-02-01 2018-02-01 一种高铀装量燃料芯块及其制备方法和应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810100344.8A CN108417280A (zh) 2018-02-01 2018-02-01 一种高铀装量燃料芯块及其制备方法和应用

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108417280A true CN108417280A (zh) 2018-08-17

Family

ID=63126750

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810100344.8A Pending CN108417280A (zh) 2018-02-01 2018-02-01 一种高铀装量燃料芯块及其制备方法和应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108417280A (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113012836A (zh) * 2019-12-20 2021-06-22 中核北方核燃料元件有限公司 一种轻水堆用un芯块的制备方法
CN113012834A (zh) * 2019-12-20 2021-06-22 中核北方核燃料元件有限公司 一种氮化铀复合铀三硅二燃料芯块的制备方法
EP3924980A4 (en) * 2019-02-12 2022-10-26 Westinghouse Electric Company Llc SPS/FAST URANIUM FUEL SINTERING WITH OR WITHOUT CONSUMABLE ABSORBERS
CN115896495A (zh) * 2022-11-18 2023-04-04 中核北方核燃料元件有限公司 一种高铀密度高热导率复合芯块快速烧结的方法

Non-Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
中国科学技术协会主编: "《核科学技术学科发展报告》", 30 April 2016, 中国科学技术出版社 *
傅正义等: "陶瓷材料闪烧技术研究进展", 《硅酸盐学报》 *
周书助: "《硬质合金生产原理和质量控制》", 31 August 2014, 冶金工业出版社 *
周培德: "《快堆嬗变技术》", 31 October 2015, 中国原子能出版社 *
尹邦跃: "《陶瓷核燃料工艺》", 31 January 2016, 哈尔滨工程大学出版社 *
清华大学核子工程系译校: "《核反应器工程》", 29 February 1984, 徐氏基金会出版 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3924980A4 (en) * 2019-02-12 2022-10-26 Westinghouse Electric Company Llc SPS/FAST URANIUM FUEL SINTERING WITH OR WITHOUT CONSUMABLE ABSORBERS
CN113012836A (zh) * 2019-12-20 2021-06-22 中核北方核燃料元件有限公司 一种轻水堆用un芯块的制备方法
CN113012834A (zh) * 2019-12-20 2021-06-22 中核北方核燃料元件有限公司 一种氮化铀复合铀三硅二燃料芯块的制备方法
CN115896495A (zh) * 2022-11-18 2023-04-04 中核北方核燃料元件有限公司 一种高铀密度高热导率复合芯块快速烧结的方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108417280A (zh) 一种高铀装量燃料芯块及其制备方法和应用
CN108335760B (zh) 一种高铀装载量弥散燃料芯块的制备方法
CN108335768B (zh) 一种基于纳米二氧化铀或其复合物的燃料芯块的制备方法
US3873651A (en) Freeze drying method for preparing radiation source material
CN107170486B (zh) 一种UO2和U3Si2复合燃料芯块及其制备方法和用途
CN108298587B (zh) 一种纳米二氧化铀复合材料粉末的制备方法
CN108417279A (zh) 一种ZrC和UO2复合燃料芯块及其制备方法和应用
CN107010960A (zh) 一种铀基三元碳化物的制备方法及其应用
CN115341126B (zh) 一种耐高温中子慢化及吸收一体化复合屏蔽钇基合金材料
CN108305693A (zh) 一种氮化铀芯块制备方法
CN110415845A (zh) 一种高铀密度复合燃料芯块及其制备方法
ZA200502296B (en) Fuel pellet for a nuclear reactor and method for the production thereof
CN108249925A (zh) 一种全陶瓷微封装燃料芯块的制备方法
CN107082430B (zh) 一种铀硅碳三元化合物燃料芯块及其制备方法和用途
CN108417278B (zh) 一种高辐照稳定性的金属型燃料芯块的制备方法
JP3976716B2 (ja) タングステン金属網を含有した核燃料焼結体の製造方法
CN109903869A (zh) 一种增强型uo2核燃料芯块的制备方法
US2929707A (en) Method of fabricating a uranium-zirconium hydride reactor core
CN114292108B (zh) 一种控制棒用碳化硼-氧化钆中子吸收体材料及其制备方法
CN113683422B (zh) 一种大晶粒uo2陶瓷燃料及其制备方法和应用
CN102974823B (zh) 一种高比重合金的烧结方法
CN103159222B (zh) 一种氚增殖用正硅酸锂小球密实化的方法
CN108447576A (zh) 一种max相改进型二氧化铀芯块的制备方法
CN115652163B (zh) 一种耐高温中子复合屏蔽钇基合金材料、其制备方法及其应用
CN115611234B (zh) 一种高效水解制氢材料、制备方法及其应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Gao Rui

Inventor after: Huang Qiqi

Inventor after: Wang Zhiyi

Inventor after: Yang Zhenliang

Inventor after: Li Bingqing

Inventor after: Zhang Pengcheng

Inventor after: Chu Mingfu

Inventor after: Tang Hao

Inventor after: Zhong Yi

Inventor after: Liu Xuxu

Inventor after: Duan Limei

Inventor before: Gao Rui

Inventor before: Wang Zhiyi

Inventor before: Yang Zhenliang

Inventor before: Li Bingqing

Inventor before: Chu Mingfu

Inventor before: Tang Hao

Inventor before: Zhong Yi

Inventor before: Liu Xuxu

Inventor before: Duan Limei

Inventor before: Huang Qiqi

CB03 Change of inventor or designer information
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20180817

RJ01 Rejection of invention patent application after publication