CN109545414B - 一种燃料颗粒的制备方法以及由此得到的核壳型燃料颗粒 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种燃料颗粒的制备方法，包括提供球形的核芯；在所述核芯上通过化学气相沉积形成多孔碳化硅层或碳化锆层，得到多孔碳化硅层或碳化锆层包覆颗粒；将多孔碳化硅层或碳化锆层包覆颗粒浸泡在活性液中进行真空浸渍，得到化合物填充多孔碳化硅层或碳化锆层包覆颗粒；使得化合物填充多孔碳化硅层或碳化锆层包覆颗粒中的化合物分解形成可燃中子毒物氧化物或氧化钍，得到燃料颗粒。本发明还提供由上述制备方法得到的核壳型燃料颗粒。本发明通过在核芯外包覆的碳化硅层或碳化锆层来提高燃料颗粒的安全性，即堆安全性；同时通过填充在碳化硅层或碳化锆层中的可燃中子毒物氧化物或氧化钍来提高堆经济性。

Description

一种燃料颗粒的制备方法以及由此得到的核壳型燃料颗粒
技术领域
本发明涉及核燃料制备领域，更具体地涉及一种燃料颗粒的制备方法以及由此得到的核壳型燃料颗粒。
背景技术
燃料颗粒作为燃料元件中最小的结构单元，已被广泛用于反应堆。燃料颗粒的制备工艺简易，且在制备、收集和输运过程中极大地减少了接触放射性粉尘风险，常被均匀地散布在非裂变材料(基体相)中形成弥散性燃料芯体。此外，燃料颗粒具有较好的球形度和在流化床中具有较好的喷动流型，常作为核芯，被包覆金属涂层或非金属涂层，用于避免裂变产物逸出至基体相，损伤基体相，延长元件使用寿命。例如，在燃料颗粒表面包覆Nb、Ni、W、Mo、Be、和Nb-V金属涂层，或在燃料颗粒上依次包覆疏松碳层、内致密碳层、碳化硅层和外致密碳层形成三结构各向同性包覆燃料颗粒(TRISO)。
随着反应堆向更高温度和更深燃耗先进堆型发展，需对燃料颗粒的结构和组成进行改进，进一步提高反应堆的经济性。例如，在燃料循环初期，为了控制中子和燃料接触几率以使燃料裂变速度变缓，即为了平衡过度反应性，可在燃料颗粒表面包覆可燃中子毒物(如镥、镝、铒、铕、铪、铟和镉等)层，以使得反应堆在一次加料后可以运行更长时间，有利于充分利用核裂变所释放出的热能，从而提高堆经济性。
但是，目前并没有成熟、均匀和简便的包覆技术可用来制备可燃中子毒物层，这也就阻碍了燃料颗粒的开发和应用。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的无法简便地包覆可燃中子毒物层的问题，本发明旨在提供一种燃料颗粒的制备方法以及由此得到的核壳型燃料颗粒。
本发明所述的燃料颗粒的制备方法，包括如下步骤：S1，提供球形的核芯；S2，在所述核芯上通过化学气相沉积形成多孔碳化硅层或碳化锆层，得到多孔碳化硅层或碳化锆层包覆颗粒；S3，将多孔碳化硅层或碳化锆层包覆颗粒浸泡在活性液中进行真空浸渍，得到化合物填充多孔碳化硅层或碳化锆层包覆颗粒，其中，该活性液为可燃中子毒物溶液、可燃中子毒物溶胶、钍溶液或钍溶胶；S4，使得化合物填充多孔碳化硅层或碳化锆层包覆颗粒中的化合物分解形成可燃中子毒物氧化物或氧化钍，得到燃料颗粒。
所述核芯为氧化锆、氧化钚、氧化铈、氧化铀、铀钍氧化物、或铀钚氧化物。优选地，所述核芯的直径为100～500μm。该直径范围内的核芯颗粒可以在后续工艺中形成稳定的喷动流型，从而获得厚度、球粒度和粒径等更为均匀的包覆层。
所述步骤S2具体为：在惰性气氛下将所述核芯装入高温流化床化学气相沉积装置(也称为高温流化床)中，升温至第一沉积温度，通入三氯甲基硅烷或六甲基二硅烷和丙烯的混合气体，以氢气作为载带气体，在核芯上沉积形成碳化硅和碳的复合层，通过热分解除去复合层中的碳得到多孔碳化硅层。优选地，所述惰性气氛为氩气或氮气；所述第一沉积温度为1400～1500℃，沉积速率为0.4～0.6μm/min；三氯甲基硅烷或六甲基二硅烷和丙烯的摩尔比为1:0.6。
所述步骤S2具体为：在惰性气氛下将所述核芯装入高温流化床化学气相沉积装置中，升温至第二沉积温度，通入氯化锆和烃类气体的混合气体，以氢气作为载带气体，在核芯上沉积形成碳化锆和碳的复合层，通过热分解除去复合层中的碳得到多孔碳化锆层。优选地，所述惰性气氛为氩气或氮气；所述烃类气体为甲烷、乙烯和丙烯中的至少一种；所述第二沉积温度为1100～1200℃；沉积速率为0.3～0.5μm/min；氯化锆和烃类气体的摩尔比为1:1.6。
通过热分解除去复合层中的碳的具体操作包括：将复合层放入高温炉中，通入氧气(或空气)，升温至分解温度，使复合层中的碳与氧气反应生成二氧化碳。随着单质碳反应掉和二氧化碳的释放，复合层中留下孔隙以形成多孔层。优选地，分解温度为550～850℃，时间为3～8小时。
所述步骤S3具体为：在真空浸渍机中抽真空，将多孔碳化硅层或碳化锆层包覆颗粒浸泡在活性液中，使得活性液中的化合物进入多孔碳化硅层或碳化锆层，分离、清洗后干燥，得到化合物填充多孔碳化硅层或碳化锆层包覆颗粒。清洗的目的是洗掉分离出来的固体颗粒上的活性液，干燥的目的是去除表面和孔内的水分。实际上，该抽真空浸渍和干燥可重复多次，例如4～8次，直至多孔碳化硅层或碳化锆层中填充的化合物达到饱和。优选地，真空浸渍机中的真空度为-0.28～-0.08Bar之间，特别优选为-0.18Bar；干燥温度为100～250℃。
该活性液为可燃中子毒物溶液，例如硝酸镥溶液、硝酸镝溶液、硝酸铒溶液、硝酸铕溶液、硝酸铪溶液、硝酸铟溶液、或硝酸镉溶液；该活性液为可燃中子毒物溶胶，例如氢氧化镥溶胶、氢氧化镝溶胶、氢氧化铒溶胶、氢氧化铕溶胶、氢氧化铪溶胶、氢氧化铟溶胶、或氢氧化镉溶胶；该活性液为钍溶液，例如硝酸钍溶液；该活性液为钍溶胶，例如氢氧化钍溶胶。
优选地，氢氧化物(例如氢氧化镥、氢氧化镝、氢氧化铒、氢氧化铕、氢氧化铪、氢氧化铟、氢氧化镉、或氢氧化钍)溶胶的制备包括：将氨水滴加入硝酸盐(例如硝酸镥、硝酸镝、硝酸铒、硝酸铕、硝酸铪、硝酸铟、硝酸镉、或硝酸钍)溶液中(水浴或油浴)，控制酸碱度使其进行水解。优选地，氨水加入流量为1～5mL/min，水浴或油浴温度为50～70℃，硝酸盐溶液的pH为3～4。
所述步骤S4具体为：在高温炉中，在空气气氛或惰性气氛下，保温处理使得化合物填充多孔碳化硅层或碳化锆层包覆颗粒中的化合物分解形成可燃中子毒物氧化物或氧化钍，得到燃料颗粒。优选地，保温温度为500～850℃。
本发明还提供由上述制备方法得到的核壳型燃料颗粒，其包括核芯以及在核芯上形成的包覆层，该包覆层为可燃中子毒物氧化物或氧化钍填充的多孔碳化硅层或碳化锆层。
应该理解，该核壳型燃料颗粒可进一步依次包覆疏松碳层、内致密碳层、碳化硅层和外致密碳层形成三结构各向同性包覆燃料颗粒(TRISO)。该核壳型燃料颗粒也可进一步通过包覆金属涂层或非金属涂层，用于制作燃料芯体或元件。特别地，当核芯为氧化钚且包覆层为氧化钍填充的多孔碳化硅层或碳化锆层时，该核壳型燃料颗粒可用于钍钚循环。
所述多孔碳化硅层的密度为1.00～2.00g/cm3，厚度为10～150μm。所述多孔碳化锆的密度为2.5～5.2g/cm3，厚度为10～150μm。实践表明，该密度范围内的碳化硅层或碳化锆层，既能保证其具有足够大的孔隙率，又能确保其具有足够机械强度不易坍塌。该厚度范围内的碳化硅层或碳化锆层，既能保证其具有足够的孔体积容纳可燃中子毒物氧化物或氧化钍，又能避免包覆颗粒尺寸过大，降低了燃料元件(在有限体积内尽可能容纳更多的包覆颗粒)中燃料装载量。
本发明通过包覆在核芯外表面的碳化硅层或碳化锆层，可以提高反应堆的安全性；同时，通过填充在多孔碳化硅层或碳化锆层中的可燃中子毒物氧化物，可以提高反应堆的经济性，从而可用于更高温度和更深燃耗的先进堆芯。另外，本发明通过填充在多孔碳化硅层或碳化锆层中的氧化钍，可以用于钍钚循环，一方面减少世界上钚(可用作核武器)的贮量和降低核扩散几率，另一方面，有效利用了钍资源(地壳中钍储量大，钍可用作增殖燃料)。总之，根据本发明的制备方法，工艺简单，成本低，适合于工业生产。以TRISO燃料颗粒为例进行说明，核芯裂变产物自由氧与疏松碳层反应产生一氧化碳，一氧化碳不仅引起碳化硅层的过压，同时还引起阿米巴效应，本发明通过包覆在核芯表面的碳化硅层或碳化锆层，使其优先与自由氧反应，避免了自由氧与外层的疏松碳层反应，减少了一氧化碳的生成，明显降低颗粒的内压，减少阿米巴效应风险。相比于传统TRISO燃料颗粒(核芯为钍钚混合燃料)，相同直径的四结构各向同性包覆(QUADRISO)燃料颗粒(在氧化钚核芯外包覆氧化钍层)能产生相同量U233，并在不加料条件下延长堆运行时间，从而提高了堆的经济性。特别地，通过化学气相沉积，本发明可以对多孔碳化硅层或碳化锆层的厚度进行调节，通过真空浸渍，所形成的燃料颗粒中的可燃中子毒物氧化物或氧化钍的分布非常均匀，而且，通过浸渍步骤中的活性液的调节，可以对可燃中子毒物氧化物或氧化钍的负载量进行控制。
综上所述，一方面，在核芯外包覆的碳化硅层或碳化锆层能提高燃料颗粒的安全性，即堆安全性；另一方面，填充在碳化硅层或碳化锆层中的可燃中子毒物氧化物或氧化钍能提高堆经济性。
附图说明
图1是根据本发明的燃料颗粒的制备方法的工艺流程图；
图2是根据本发明的制备方法得到的核壳型燃料颗粒的结构示意图；
图3是实施例1的核壳型燃料颗粒的能谱(SEM)图；
图4是图3的面扫描图。
具体实施方式
下面结合附图，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述。
实施例1 ZrO2/PSiC-ThO2核壳型燃料颗粒的制备
如图1所示，根据本发明的燃料颗粒的制备方法包括如下步骤：
1、核芯准备：选择直径500μm ZrO2微球作为核芯。
2、多孔碳化硅层制备：在高温流化床化学气相沉积装置中通入氩气，装入上述准备好的ZrO2微球，温度升至1500℃，通入氩气、氢气、丙烯和三氯甲基硅烷(MTS)的混合气，其中，三氯甲基硅烷和丙烯的摩尔比为1:0.6，氢气作为载带气体，沉积速率0.6μm/min，获得含碳化硅和碳的复合层。将上述样品置于高温炉中，在空气气氛下，加热至850℃，保温5小时，去掉碳，得到50μm厚的多孔碳化硅层(PSiC)。
3、真空浸渍：将真空浸渍机的真空抽至-0.18Bar，通过负压将Th(NO3)4溶液抽入放置样品的烧杯中，浸渍5min。分离出样品，清洗样品表面并在100℃的干燥箱中干燥。干燥后重复上述步骤，重复3～5次。
4、热处理：将上述样品置于管式炉中，在空气气氛或惰性气氛下，加热至800℃，保温5小时，使PSiC中的Th(NO3)4热分解为ThO2，得到ZrO2/PSiC-ThO2核壳型燃料颗粒，该核壳型燃料颗粒的结构如图2所示，包括核芯1和包覆在核芯1外的包覆层。具体地，本实施例的核壳型燃料颗粒包括ZrO2核芯和包覆在ZrO2核芯外的ThO2填充的PSiC，图3是该核壳型燃料颗粒的能谱(SEM)图，其面分析图如图4所示，从左至右分别是碳元素、硅元素、氧元素、钍元素和锆元素的面分布图。其中，硅元素、氧元素和钍元素呈环形分布说明包覆层是ThO2填充SiC层(注：由于SiC层中碳元素质量百分比显著低于镶样的基体中碳百分含量，从而造成SiC层C元素分布不易显示出来，这和文献报道(Journal of Nuclear Materials 467，2015：917～926)的SiC中碳元素分布情况一致；锆元素主要分布在中间部分，同时氧元素也分布在中间部分，说明核芯为ZrO2。另外，钍元素也有少量分布在中间部分，说明Th(NO3)4溶液可以穿过多孔SiC层浸渍到核芯表面。总之，该EDS结果充分证实根据本发明的制备方法的实用性。
实施例2 PuO2/PZrC-ThO2核壳型燃料颗粒的制备
具体工艺步骤如下：
1、核芯准备：选择直径500μm PuO2微球作为核芯。
2、多孔碳化锆层制备：在氮气气氛下将上述PuO2微球装入高温流化床化学气相沉积装置中，温度升至1100℃，通入氢气、氯化锆和甲烷的混合气，其中，氯化锆和甲烷的摩尔比为1:1.6，氢气作为载带气体，沉积速率0.3μm/min，获得含碳化锆和碳的复合层。将上述样品置于高温炉中，在空气气氛下，加热至850℃，保温3小时，去掉碳，得到10μm厚的多孔碳化锆层(PZrC)。
3、真空浸渍：将氨水以1～5mL/min流量滴加入恒温(50～70℃)的Th(NO3)4溶液中(水浴或油浴)，不断搅拌，控制Th(NO3)4溶液酸碱度在pH为3～4，使Th(NO3)4水解为Th(OH)4。将真空浸渍机的真空抽至-0.08Bar，通过负压将Th(OH)4溶胶抽入放置样品的烧杯中，浸渍4min。分离出样品，清洗样品表面并在250℃的干燥箱中干燥。干燥后重复上述步骤，重复4～8次。
4、热处理：将上述样品置于高温炉中，在空气气氛或惰性气氛下，加热至800℃，保温5小时，使PZrC中Th(OH)4热分解为ThO2，得到PuO2/PZrC-ThO2核壳型燃料颗粒。
实施例3 CeO2/pSiC-Lu2O3核壳型燃料颗粒的制备
具体工艺步骤如下：
1、核芯准备：选择直径100μm CeO2微球作为核芯。
2、多孔碳化硅层制备：在高温流化床化学气相沉积装置中通入氩气，装入上述准备好的CeO2微球，温度升至1400℃，通入氩气、氢气、丙烯和三氯甲基硅烷(MTS)的混合气，其中，三氯甲基硅烷和丙烯的摩尔比为1:0.6，氢气作为载带气体，沉积速率0.4μm/min，获得含碳化硅和碳的复合层。将上述样品置于高温炉中，在空气气氛下，加热至850℃，保温3小时，去掉碳，得到10μm厚的多孔碳化硅层(PSiC)。
3、真空浸渍：将氨水以2mL/min流量滴加入恒温(50～60℃)的Lu(NO3)3溶液中(水浴或油浴)，不断搅拌，控制Lu(NO3)3溶液酸碱度在pH为3～4，使Lu(NO3)3水解为Lu(OH)3。将真空浸渍机的真空抽至-0.18Bar，通过负压将Lu(NO3)3溶液或Lu(OH)3溶胶抽入放置样品的烧杯中，浸渍10min。分离出样品，清洗样品表面并在250℃的干燥箱中干燥。干燥后重复上述步骤，重复3～4次。
4、热处理：将上述样品置于高温炉中，在空气气氛或惰性气氛下，加热至800℃，保温5小时，使PSiC中Lu(NO3)3或Lu(OH)3热分解为Lu2O3。
实施例4 UO2/PZrC-Dy2O3核壳型燃料颗粒的制备
具体工艺步骤如下：
1、核芯准备：选择直径500μm UO2微球作为核芯。
2、多孔碳化锆层制备：在氮气气氛下将上述UO2微球装入高温流化床化学气相沉积装置中，温度升至1200℃，通入氢气、氯化锆和甲烷的混合气，其中，氯化锆和甲烷的摩尔比为1:1.6，氢气作为载带气体，沉积速率0.5μm/min，获得含碳化锆和碳的复合层。将上述样品置于高温炉中，在空气气氛下，加热至550℃，保温8小时，去掉碳，得到150μm厚的多孔碳化锆层(PZrC)。
3、真空浸渍：将氨水以1mL/min流量滴加入恒温(50～60℃)的Dy(NO3)3溶液中(水浴或油浴)，不断搅拌，控制Dy(NO3)3溶液酸碱度在pH为3～4，使Dy(NO3)3水解为Dy(OH)3。将真空浸渍机的真空抽至-0.18Bar，通过负压将Dy(NO3)3溶液或Dy(OH)3溶胶抽入放置样品的烧杯中，浸渍10min。分离出样品，清洗样品表面并在250℃的干燥箱中干燥。干燥后重复上述步骤，重复3～4次。
4、热处理：将上述样品置于管式炉中，在空气气氛或惰性气氛下，加热至700℃，保温5小时，使PZrC中Dy(NO3)3或Dy(OH)3热分解为Dy2O3。
实施例5 (U,Th)O2/PSiC-Er2O3核壳型燃料颗粒的制备
具体工艺步骤如下：
1、核芯准备：选择直径500μm(U,Th)O2微球作为核芯。
2、多孔碳化硅层制备：在高温流化床化学气相沉积装置中通入氩气，装入上述准备好的(U,Th)O2微球，温度升至1450℃，通入氩气、氢气、丙烯和三氯甲基硅烷(MTS)的混合气，其中，三氯甲基硅烷和丙烯的摩尔比为1:0.6，氢气作为载带气体，沉积速率0.33μm/min，获得含碳化硅和碳的复合层。将上述样品置于高温炉中，在空气气氛下，加热至850℃，保温5小时，去掉碳，得到30μm厚的多孔碳化硅层(PSiC)。
3、真空浸渍：将氨水以3mL/min流量滴加入恒温(50～60℃)的Er(NO3)3溶液中(水浴或油浴)，不断搅拌，控制Er(NO3)3溶液酸碱度在pH为3～4，使Er(NO3)3水解为Er(OH)3。将真空浸渍机的真空抽至-0.18Bar，通过负压将Er(NO3)3溶液或Er(OH)3溶胶抽入放置样品的烧杯中，浸渍10min。分离出样品，清洗样品表面并在250℃的干燥箱中干燥。干燥后重复上述步骤，重复3～4次。
4、热处理：将上述样品置于管式炉中，在空气气氛或惰性气氛下，加热至800℃，保温5小时，使PSiC中Er(NO3)3或Er(OH)3热分解为Er2O3。
实施例6 (U,Pu)O2/PZrC-Eu2O3核壳型燃料颗粒的制备
具体工艺步骤如下：
1、核芯准备：选择直径500μm(U,Pu)O2微球作为核芯。
2、多孔碳化锆层制备：在氮气气氛下将上述(U,Pu)O2微球装入高温流化床化学气相沉积装置中，温度升至1100℃，通入氢气、氯化锆和甲烷的混合气，其中，氯化锆和甲烷的摩尔比为1:1.6，氢气作为载带气体，沉积速率0.3μm/min，获得含碳化锆和碳的复合层。将上述样品置于高温炉中，在空气气氛下，加热至850℃，保温5小时，去掉碳，得到100μm厚的多孔碳化锆层(PZrC)。
3、真空浸渍：将氨水以3mL/min流量滴加入恒温(50～60℃)的Eu(NO3)3溶液中(水浴或油浴)，不断搅拌，控制Eu(NO3)3溶液酸碱度在pH为3～4，使Eu(NO3)3水解为Eu(OH)3。将真空浸渍机的真空抽至-0.18Bar，通过负压将Eu(NO3)3溶液或Eu(OH)3溶胶抽入放置样品的烧杯中，浸渍15min。分离出样品，清洗样品表面并在在干燥箱中干燥。干燥后重复上述步骤，重复3～4次。
4、热处理：将上述样品置于管式炉中，在空气气氛或惰性气氛下，加热至700℃，保温5小时，使PZrC中Eu(NO3)3或Eu(OH)3热分解为Eu2O3。
实施例7 UO2/PSiC-HfO2核壳型燃料颗粒的制备
具体工艺步骤如下：
1、核芯准备：选择直径500μm UO2微球作为核芯。
2、多孔碳化硅层制备：在高温流化床化学气相沉积装置中通入氩气，装入上述准备好的UO2微球，温度升至1500℃，通入氩气、氢气、丙烯和三氯甲基硅烷(MTS)的混合气，其中，三氯甲基硅烷和丙烯的摩尔比为1:0.6，氢气作为载带气体，沉积速率0.38μm/min，获得含碳化硅和碳的复合层。将上述样品置于高温炉中，在空气气氛下，加热至850℃，保温3小时，去掉碳，得到20μm厚的多孔碳化硅层(PSiC)。
3、真空浸渍：将氨水以5mL/min流量滴加入恒温(50～60℃)的Hf(NO3)4溶液中(水浴或油浴)，不断搅拌，控制Hf(NO3)4溶液酸碱度在pH为3～4，使Hf(NO3)4水解为Hf(OH)4。将真空浸渍机的真空抽至-0.18Bar，通过负压将Hf(NO3)4溶液或Hf(OH)4抽入放置样品的烧杯中，浸渍5min。分离出样品，清洗样品表面并在在干燥箱中干燥。干燥后重复上述步骤，重复3～6次。
4、热处理：将上述样品置于管式炉中，在空气气氛或惰性气氛下，加热至800℃，保温5小时，使PSiC中Hf(NO3)4或Hf(OH)4热分解为HfO2。
实施例8 UO2/PZrC-In2O3核壳型燃料颗粒的制备
具体工艺步骤如下：
1、核芯准备：选择直径500μm UO2微球作为核芯。
2、多孔碳化锆层制备：在氮气气氛下将上述UO2微球装入高温流化床化学气相沉积装置中，温度升至1200℃，通入氢气、氯化锆和甲烷的混合气，其中，氯化锆和甲烷的摩尔比为1:1.6，氢气作为载带气体，沉积速率0.5μm/min，获得含碳化锆和碳的复合层。将上述样品置于高温炉中，在空气气氛下，加热至600℃，保温8小时，去掉碳，得到150μm厚的多孔碳化锆层(PZrC)。
3、真空浸渍：将氨水以4mL/min流量滴加入恒温(50～60℃)的In(NO3)3溶液中(水浴或油浴)，不断搅拌，控制Hf(NO3)4溶液酸碱度在pH为3～4，使In(NO3)3水解为In(OH)3。将真空浸渍机的真空抽至-0.18Bar，通过负压将In(NO3)3溶液或In(OH)3抽入放置样品的烧杯中，浸渍5min。分离出样品，清洗样品表面并在在干燥箱中干燥。干燥后重复上述步骤，重复3～4次。
4、热处理：将上述样品置于管式炉中，在空气气氛或惰性气氛下，加热至600℃，保温5小时，使PZrC中In(NO3)3或In(OH)3热分解为In2O3。
以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。

Claims (10)

1.一种燃料颗粒的制备方法，其中，该制备方法包括步骤：
S1，提供球形的核芯；
其特征在于，该制备方法还包括步骤：
S2，在所述核芯上通过化学气相沉积形成多孔碳化硅层或碳化锆层，得到多孔碳化硅层或碳化锆层包覆颗粒；
S3，将多孔碳化硅层或碳化锆层包覆颗粒浸泡在活性液中进行真空浸渍，得到化合物填充多孔碳化硅层或碳化锆层包覆颗粒，其中，该活性液为可燃中子毒物溶液、可燃中子毒物溶胶、钍溶液或钍溶胶；
S4，使得化合物填充多孔碳化硅层或碳化锆层包覆颗粒中的化合物分解形成可燃中子毒物氧化物或氧化钍，得到燃料颗粒。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述核芯为氧化锆、氧化钚、氧化铈、氧化铀、铀钍氧化物、或铀钚氧化物。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2具体为：在惰性气氛下将所述核芯装入高温流化床化学气相沉积装置中，升温至第一沉积温度，通入三氯甲基硅烷或六甲基二硅烷和丙烯的混合气体，以氢气作为载带气体，在核芯上沉积形成碳化硅和碳的复合层，通过热分解除去复合层中的碳得到多孔碳化硅层。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2具体为：在惰性气氛下将所述核芯装入高温流化床化学气相沉积装置中，升温至第二沉积温度，通入氯化锆和烃类气体的混合气体，以氢气作为载带气体，在核芯上沉积形成碳化锆和碳的复合层，通过热分解除去复合层中的碳得到多孔碳化锆层。
5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，通过热分解除去复合层中的碳的具体操作包括：将复合层放入高温炉中，通入氧气，升温至分解温度，使复合层中的碳与氧气反应生成二氧化碳。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S3具体为：在真空浸渍机中抽真空，将多孔碳化硅层或碳化锆层包覆颗粒浸泡在活性液中，使得活性液中的化合物进入多孔碳化硅层或碳化锆层，分离、清洗后干燥，得到化合物填充多孔碳化硅层或碳化锆层包覆颗粒。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述活性液为硝酸镥溶液、硝酸镝溶液、硝酸铒溶液、硝酸铕溶液、硝酸铪溶液、硝酸铟溶液、硝酸镉溶液、硝酸钍溶液、氢氧化镥溶胶、氢氧化镝溶胶、氢氧化铒溶胶、氢氧化铕溶胶、氢氧化铪溶胶、氢氧化铟溶胶、氢氧化镉溶胶、或氢氧化钍溶胶。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，氢氧化镥、氢氧化镝、氢氧化铒、氢氧化铕、氢氧化铪、氢氧化铟、氢氧化镉、或氢氧化钍溶胶的制备包括：将氨水滴加入硝酸镥、硝酸镝、硝酸铒、硝酸铕、硝酸铪、硝酸铟、硝酸镉、或硝酸钍溶液中，控制酸碱度使其进行水解。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S4具体为：在高温炉中，在空气气氛或惰性气氛下，保温处理使得化合物填充多孔碳化硅层或碳化锆层包覆颗粒中的化合物分解形成可燃中子毒物氧化物或氧化钍，得到燃料颗粒。
10.一种根据权利要求1-9中任一项所述的制备方法得到的核壳型燃料颗粒，其特征在于，该核壳型燃料颗粒包括核芯以及在核芯上形成的包覆层，该包覆层为可燃中子毒物氧化物或氧化钍填充的多孔碳化硅层或碳化锆层。
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