WO2023029317A1 - 一种均匀化的包覆颗粒弥散燃料及其制备方法 - Google Patents
一种均匀化的包覆颗粒弥散燃料及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- WO2023029317A1 WO2023029317A1 PCT/CN2021/142300 CN2021142300W WO2023029317A1 WO 2023029317 A1 WO2023029317 A1 WO 2023029317A1 CN 2021142300 W CN2021142300 W CN 2021142300W WO 2023029317 A1 WO2023029317 A1 WO 2023029317A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- silicon carbide
- fuel
- coated
- coated particle
- triso
- Prior art date
Links
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 254
- 239000002245 particle Substances 0.000 title claims abstract description 118
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 title claims abstract description 14
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical class [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 181
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 147
- 241000013033 Triso Species 0.000 claims abstract description 99
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 44
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims description 96
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 55
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 47
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 47
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 47
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims description 29
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 24
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 22
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 claims description 21
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 19
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 14
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 13
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 13
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 13
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 claims description 11
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 claims description 8
- VQCBHWLJZDBHOS-UHFFFAOYSA-N erbium(iii) oxide Chemical compound O=[Er]O[Er]=O VQCBHWLJZDBHOS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000011268 mixed slurry Substances 0.000 claims description 8
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 claims description 8
- 239000005055 methyl trichlorosilane Substances 0.000 claims description 7
- JLUFWMXJHAVVNN-UHFFFAOYSA-N methyltrichlorosilane Chemical compound C[Si](Cl)(Cl)Cl JLUFWMXJHAVVNN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 238000005056 compaction Methods 0.000 claims description 6
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 6
- 238000007873 sieving Methods 0.000 claims description 6
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 6
- 229920002873 Polyethylenimine Polymers 0.000 claims description 5
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910001938 gadolinium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229940075613 gadolinium oxide Drugs 0.000 claims description 3
- CMIHHWBVHJVIGI-UHFFFAOYSA-N gadolinium(iii) oxide Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Gd+3].[Gd+3] CMIHHWBVHJVIGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 125000003158 alcohol group Chemical group 0.000 claims description 2
- 238000011049 filling Methods 0.000 claims description 2
- 238000003754 machining Methods 0.000 claims description 2
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims description 2
- SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoyttriooxy)yttrium Chemical compound O=[Y]O[Y]=O SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 abstract description 6
- 230000002285 radioactive effect Effects 0.000 abstract description 3
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 abstract description 3
- 239000011162 core material Substances 0.000 description 10
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 10
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 10
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 9
- 230000004992 fission Effects 0.000 description 8
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- OOAWCECZEHPMBX-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);uranium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[U+4] OOAWCECZEHPMBX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- FCTBKIHDJGHPPO-UHFFFAOYSA-N uranium dioxide Inorganic materials O=[U]=O FCTBKIHDJGHPPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 5
- 235000011187 glycerol Nutrition 0.000 description 5
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 2
- 241000224489 Amoeba Species 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 2
- 239000003758 nuclear fuel Substances 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 239000008358 core component Substances 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 description 1
- MYFUFWDRXSSDEO-UHFFFAOYSA-N silicon;trichloro(methyl)silane Chemical compound [Si].C[Si](Cl)(Cl)Cl MYFUFWDRXSSDEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C3/00—Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
- G21C3/02—Fuel elements
- G21C3/04—Constructional details
- G21C3/16—Details of the construction within the casing
- G21C3/20—Details of the construction within the casing with coating on fuel or on inside of casing; with non-active interlayer between casing and active material with multiple casings or multiple active layers
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C21/00—Apparatus or processes specially adapted to the manufacture of reactors or parts thereof
- G21C21/02—Manufacture of fuel elements or breeder elements contained in non-active casings
- G21C21/14—Manufacture of fuel elements or breeder elements contained in non-active casings by plating the fuel in a fluid
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Definitions
- the base material is prepared by adding a sintering aid to nano-scale silicon carbide powder, mixing evenly, drying and sieving;
- TRISO-coated fuel particles are three-layer isotropic coated fuel particles.
- the clothed TRISO-coated fuel particles are obtained by coating a silicon carbide layer on the surface of the TRISO-coated fuel particles, wherein the thickness of the coated silicon carbide layer is 10-100 ⁇ m.
- the silicon carbide layer is a mixture of the base material and a viscous organic solvent.
- the sintering aid is an oxide.
- a series of silicon carbide cylindrical barrels are coaxially arranged, and the radii of the obtained series of silicon carbide cylindrical barrels form an arithmetic sequence, and the tolerance of the arithmetic sequence is the same as that of the smallest silicon carbide cylindrical barrel
- the diameters are equal; the diameter of the smallest silicon carbide cylinder is slightly larger than the diameter of the TRISO-coated fuel particles after dressing, and the radius of the largest silicon carbide cylinder is the radius of the uniform coated particle-dispersed fuel cylinder.
- the tolerance of the difference sequence is equal to the diameter of the smallest silicon carbide cylinder; the diameter of the smallest silicon carbide cylinder is slightly larger than the diameter of the TRISO-coated fuel particles after dressing, and the radius of the largest silicon carbide cylinder is the uniform coating
- the radius of the particle-coated dispersed fuel cylinder; the wall thickness of a series of silicon carbide cylinders 1 is 0.1-0.15mm.
- the pressure sintering temperature is 1650°C.
- the deposition temperature of the chemical vapor deposition method is 1700°C.
- the deposition temperature of the chemical vapor deposition method is 1900°C.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
Abstract
一种均匀化的包覆颗粒弥散燃料及制备方法。均匀化的包覆颗粒弥散燃料包括基体材料、穿衣的TRISO包覆燃料颗粒和一系列碳化硅圆柱筒体(1)。实现了TRISO包覆燃料颗粒的径向均匀分布，降低了包覆颗粒弥散燃料在堆内运行时的温度梯度，降低了放射性产物释放风险，同时还解决了气冷微堆的中子物理、热工水力理论计算不准确的问题。
Description
本公开要求申请日为2021年9月2日、申请号为CN 202111026524.4、名称为“一种均匀化的包覆颗粒弥散燃料及其制备方法”的中国专利申请的优先权，该申请的全部内容通过引用结合在本公开中。
本公开涉及并不限于包覆颗粒弥散燃料制造领域。
气冷微堆是一种基于棱柱式高温气冷堆发展改进而来的微型模块化气冷堆，可实现全寿期内不换料，采用固有安全性设计，充分简化系统配置，并以智能运维与模块化布置部署来提升用户体验，具备“固有安全、智能、灵活”的设计特征，可满足海底、孤岛、陆地偏远地区甚至可能满足外太空等特殊地域的供电需求。
由于气冷微堆的固有安全、全寿期不换料、氦气直接循环、人工干预较少等设计要求，需要气冷微堆燃料具有稳定性强，耐腐蚀，裂变产物释放极少等特征，而目前成熟的核燃料如压水堆的二氧化铀燃料芯块、高温气冷堆的石墨燃料球等均不能完全满足气冷微堆燃料的设计要求，所以选择了一种最近提出的全新燃料作为气冷微堆的燃料，即包覆颗粒弥散燃料。这是一种将三层各向同性包覆颗粒(TRISO包覆燃料颗粒)弥散到碳化硅基体中形成的柱状燃料，其中碳化硅材料的辐照稳定性以及化学稳定性可以保证燃料拥有较长的运行寿期，而TRISO包覆燃料颗粒以及碳化硅基体材料对裂变产物的双重阻挡作用则保证了运行过程中 极少的裂变产物释放。
与高温气冷堆的燃料在堆芯内移动不同的是，气冷微堆的包覆颗粒弥散燃料全寿期内均放置在石墨孔道中，不发生移动，若包覆颗粒弥散燃料内存在温度梯度，则这一温度梯度的方向在整个寿期内不会发生变化。包覆颗粒弥散燃料的核心部件是TRISO包覆燃料颗粒，而温度梯度导致的阿米巴效应则是导致TRISO包覆燃料颗粒发生破损的重要破损机理之一，在常规的包覆颗粒弥散燃料生产工艺中，没有采取特殊的手段保证TRISO包覆燃料颗粒分布的均匀性，因此生产出的包覆颗粒弥散燃料内部分区域可能存在TRISO包覆燃料颗粒的聚集，而部分区域存在TRISO包覆燃料颗粒较少的情况，这一情况则会导致包覆颗粒弥散燃料内出现较高的温度梯度，叠加包覆颗粒弥散燃料寿期较长，且运行寿期内不移动的特征，进而可能出现较为的严重阿米巴效应，发生TRISO包覆燃料颗粒破损，最终导致放射性裂变产物的释放。而包覆颗粒弥散燃料在气冷微堆内是通过燃料柱的形式存在，燃料柱的圆柱侧面裸露在外，其温度更低，所以径向温度梯度情况较轴向更为严重，需要优先解决径向温度梯度的问题，优化TRISO包覆燃料颗粒在径向分布的均匀性。另外，目前气冷微堆的中子物理、热工水力理论计算分析结果均基于均匀化的包覆颗粒弥散燃料，与实际使用时存在TRISO包覆燃料颗粒的包覆颗粒弥散燃料的结果不太一致，所以优化TRISO包覆燃料颗粒在包覆颗粒弥散燃料内的均匀性还能解决物理热工计算不准确的问题。
公开内容
本公开的目的在于提供一种均匀化的包覆颗粒弥散燃料及其制备方法，以实现TRISO包覆燃料颗粒的径向均匀分布来优化TRISO包覆燃料颗粒在燃料内的均匀性，降低包覆颗粒弥散燃料在堆内运行时的温度 梯度，有效地保护包覆颗粒弥散燃料的完整性，降低放射性产物释放风险，同时解决气冷微堆的中子物理、热工水力理论计算不准确的问题。
为实现此目的，本公开提供一种均匀化的包覆颗粒弥散燃料，所述均匀化的包覆颗粒弥散燃料包括基体材料、穿衣的TRISO包覆燃料颗粒和一系列碳化硅圆柱筒体；其中：
所述基体材料是通过向纳米级碳化硅粉末中添加助烧剂，混合均匀后烘干并筛分制得；
所述穿衣的TRISO包覆燃料颗粒通过在TRISO包覆燃料颗粒表面涂覆碳化硅层得到，其中，碳化硅层包括碳化硅；
所述一系列碳化硅圆柱筒体采用化学气相沉积法或者碳化硅粉末烧结工艺制备；
所述均匀化的包覆颗粒弥散燃料是将所述穿衣后的TRISO包覆燃料颗粒、基体材料混合搅拌均匀后，形成的混合浆料填充入安装在石墨模具底部环形凹槽中的所述一系列碳化硅圆柱筒体与石墨模具形成的间隙空间内，再加压烧结制得。
TRISO包覆燃料颗粒为三层各向同性包覆燃料颗粒。
进一步，所述基体材料体积占比50～65％，所述穿衣的TRISO包覆燃料颗粒体积占比10～42％，所述一系列碳化硅圆柱筒体体积占比8～25％。
进一步，所述基体材料是通过向纳米级碳化硅粉末中添加助烧剂，并筛分制得，其中助烧剂质量占比1～10％。
进一步，所述穿衣的TRISO包覆燃料颗粒通过在TRISO包覆燃料颗粒表面涂覆碳化硅层得到，其中所述涂覆碳化硅层的厚度为10～100μm。
进一步，所述助烧剂为氧化物；所述混合均匀的方法为利用有机溶剂作为分散剂，采用湿法球磨工艺将所述纳米级碳化硅粉末和助烧剂混合均 匀。
进一步，所述助烧剂为氧化铝、氧化钇、氧化钆、氧化铒、氧化硅中的任意一种或几种。
进一步，所述分散剂为酒精和/或聚乙烯亚胺。
进一步，所述混合均匀的方法为利用有机溶剂作为分散剂，采用湿法球磨工艺将所述纳米级碳化硅粉末和助烧剂混合均匀，其中分散剂质量分数为0.5～5％。
进一步，所述碳化硅层为所述基体材料与粘性有机溶剂的混合物。
进一步，所述粘性有机溶剂为聚乙二醇和/或丙三醇。
进一步，所述碳化硅层为所述基体材料与粘性有机溶剂的混合物，其中粘性有机溶剂的质量分数为0.5～5％。
进一步，所述化学气相沉积法在甲基三氯硅烷氛围中进行，所述化学气相沉积法或者碳化硅粉末烧结工艺的温度高于1600℃。
进一步，所述化学气相沉积法或者碳化硅粉末烧结工艺的温度为1600～2000℃。
进一步，所述一系列碳化硅圆柱筒体中的任意相邻的两个碳化硅圆柱筒体，其中一个碳化硅圆柱筒体围在另外一个碳化硅圆柱筒体外围布置。
进一步，所述一系列碳化硅圆柱筒体同轴线排布，所述一系列碳化硅圆柱筒体的半径成等差数列，所述等差数列的公差与最小的碳化硅圆柱筒体直径相等。
进一步，所述最小的碳化硅圆柱筒体直径大于所述穿衣后的TRISO包覆燃料颗粒直径，最大的碳化硅圆柱筒体的半径为所述均匀化的包覆颗粒弥散燃料圆柱体的半径。
进一步，所述一系列碳化硅圆柱筒体的壁厚小于0.25mm。
进一步，所述一系列碳化硅圆柱筒体的壁厚为0.1～0.25mm。
进一步，所述加压烧结的温度高于1600℃。
进一步，所述加压烧结的温度为1600～2000℃。
本公开还提供一种上述的均匀化的包覆颗粒弥散燃料制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)制备基体材料：向纳米级碳化硅粉末中添加助烧剂，混合均匀后烘干并筛分，作为包覆颗粒弥散燃料的基体材料；
(2)制备穿衣后的TRISO包覆燃料颗粒：在TRISO包覆燃料颗粒表面涂覆碳化硅层，得到穿衣后的TRISO包覆燃料颗粒；
(3)制备一系列碳化硅圆柱筒体：采用在甲基三氯硅烷氛围中化学气相沉积法，或者碳化硅粉末烧结工艺，所述化学气相沉积法或者碳化硅粉末烧结工艺的温度高于1600℃，制备出一系列碳化硅圆柱筒体；
(4)石墨模具装料并压实：将所述一系列碳化硅圆柱筒体安装入石墨模具底部的环形凹槽中，并将所述穿衣后的TRISO包覆燃料颗粒、基体材料混合搅拌均匀后，形成的混合浆料填充入所述一系列碳化硅圆柱筒体与石墨模具形成的间隙空间内，再采用相配合的石墨压头将所述间隙空间压实；
(5)加压烧结：将步骤(4)中压实了间隙空间的石墨模具和石墨压头整体送入烧结设备内，在高于1600℃的温度下加压烧结，烧结时石墨压头维持压力50～100MPa，烧结时需要保温30～60min；
(6)脱模机加工去除所述一系列碳化硅圆柱筒体超出圆柱基体的部分，制得圆柱状均匀化的包覆颗粒弥散燃料。
进一步，所述步骤(3)中所述化学气相沉积法或者碳化硅粉末烧结工艺的温度为1600～2000℃。
进一步，所述步骤(5)中加压烧结的温度为1600～2000℃。
进一步，所述助烧剂为氧化物。
进一步，所述涂覆碳化硅层是将所述基体材料与粘性有机溶剂的混合物以喷涂的方式涂覆在TRISO包覆燃料颗粒表面形成碳化硅层。
本公开的有益效果在于，采用本公开所提供的均匀化的包覆颗粒弥散燃料制备方法制得的均匀化的包覆颗粒弥散燃料拥有包覆颗粒弥散燃料全部优点，保证了燃料在辐照、高温以及事故条件下的结构与化学稳定性，TRISO包覆燃料颗粒内的碳化硅层和碳化硅基体材料能阻挡大部分的气态及固态裂变产物，而在此基础上本公开进一步优化了TRISO包覆燃料颗粒在燃料内的均匀性，尤其实现了TRISO包覆燃料颗粒径向分布上的均匀化，提高了堆芯中子物理和热工计算分析的准确性，同时有效降低了燃料在径向的温度梯度，降低了TRISO包覆燃料颗粒破损的风险，进而降低了裂变产物释放的风险。另外，燃料在径向的温度梯度的降低还能降低包覆颗粒弥散燃料在长时间运行条件下发生燃料芯体破碎的可能性。
图1为本公开中的均匀化的包覆颗粒弥散燃料制备方法流程图。
图2为本公开中的石墨模具装料示意图。
图3为本公开中的石墨压头示意图。
图4为本公开中的均匀化的包覆颗粒弥散燃料的俯视示意图。
为使本领域技术人员更好地理解本公开的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本公开作进一步描述。
下面详细描述本专利的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其 中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利，而不能理解为对本专利的限制。
实施例1
本公开一实施例提供一种均匀化的包覆颗粒弥散燃料，包括基体材料、穿衣的TRISO包覆燃料颗粒和一系列碳化硅圆柱筒体；其中：
基体材料是通过将Al
2O
3作为助烧剂添加到纳米级碳化硅粉末中，其中助烧剂质量占比1％，利用酒精作为分散剂，采用湿法球磨工艺混合均匀后，再烘干并筛分制得，其中分散剂质量分数为2％；
穿衣的TRISO包覆燃料颗粒是在燃料核心物质组成为二氧化铀的TRISO包覆燃料颗粒表面涂覆碳化硅层得到，其中涂覆碳化硅层的厚度为50μm，所涂覆的碳化硅层作为缓冲层以避免加工制造过程中的操作造成TRISO包覆燃料颗粒碰撞而导致TRISO包覆燃料颗粒外层破损；碳化硅层为基体材料与粘性有机溶剂的混合物，粘性有机溶剂为聚乙二醇，其中粘性有机溶剂的质量分数为2％；
一系列碳化硅圆柱筒体是在甲基三氯硅烷氛围中采用温度高于1600℃的化学气相沉积法制备；一种实施例利用圆柱形石墨模具外表面形成沉积基面，在甲基三氯硅烷氛围中化学气相沉积得到碳化硅圆柱筒体，沉积温度1800℃，制备出一系列碳化硅圆柱筒体；
均匀化的包覆颗粒弥散燃料是将穿衣后的TRISO包覆燃料颗粒、基体材料混合搅拌均匀后，形成的混合浆料填充入安装在石墨模具底部环形凹槽中的一系列碳化硅圆柱筒体与石墨模具形成的间隙空间内，在高于1600℃的温度下加压烧结再脱模制得。一种实施例中加压烧结的温度为1800℃。
一种实施例中基体材料体积占比50％，穿衣的TRISO包覆燃料颗粒 体积占比42％，一系列碳化硅圆柱筒体体积占比8％。
一种实施例中，一系列碳化硅圆柱筒体中的任意相邻的两个碳化硅圆柱筒体，其中一个碳化硅圆柱筒体围在另外一个碳化硅圆柱筒体外围布置。该布置方式有利于TRISO包覆燃料颗粒径向分布上的均匀化。
一种实施例中，一系列碳化硅圆柱筒体同轴线排布，所制得的一系列碳化硅圆柱筒体的半径成等差数列，等差数列的公差与最小的碳化硅圆柱筒体直径相等；最小的碳化硅圆柱筒体直径略大于穿衣后的TRISO包覆燃料颗粒直径，最大的碳化硅圆柱筒体的半径为均匀化的包覆颗粒弥散燃料圆柱体的半径。该布置方式使得穿衣后的TRISO包覆燃料颗粒在径向上等间距排布。
进一步，一系列碳化硅圆柱筒体的壁厚小于0.25mm。
一种实施例中的一系列碳化硅圆柱筒体的壁厚为0.15～0.2mm。
如图1所示，本实施例提供一种上述均匀化的包覆颗粒弥散燃料的制造方法，包括如下步骤：
(1)制备基体材料：向纳米级碳化硅粉末中添加作为助烧剂的Al
2O
3，利用酒精作为分散剂，采用湿法球磨工艺将助烧剂和纳米级碳化硅粉末混合均匀，再烘干并筛分，作为包覆颗粒弥散燃料的基体材料；
(2)制备穿衣后的TRISO包覆燃料颗粒：将包覆颗粒弥散燃料的基体材料与聚乙二醇混合后，将所得到的混合物以喷涂的方式涂覆在TRISO包覆燃料颗粒表面形成碳化硅层，得到穿衣后的TRISO包覆燃料颗粒；
(3)制备一系列碳化硅圆柱筒体1：在甲基三氯硅烷氛围中采用化学气相沉积法，利用圆柱形石墨模具外表面形成沉积基面，在甲基三氯硅烷氛围中沉积得到碳化硅筒体，制备一系列碳化硅圆柱筒体1，进行化学气相沉积的温度高于1600℃，一种实施例中的沉积温度1800℃，能保证一系列碳化硅圆柱筒体1的质量；制备出半径成等差数列的一系列碳化硅圆柱筒 体1，等差数列的公差与最小的碳化硅圆柱筒体直径相等；最小的碳化硅圆柱筒体直径略大于穿衣后的TRISO包覆燃料颗粒直径，最大的碳化硅圆柱筒体的半径为均匀化的包覆颗粒弥散燃料圆柱体的半径；一系列碳化硅圆柱筒体1的壁厚为0.15～0.2mm。
(4)石墨模具装料并压实：如图2和图3、4所示，将一系列碳化硅圆柱筒体1安装入石墨模具3底部的环形凹槽中，并将穿衣后的TRISO包覆燃料颗粒、基体材料混合搅拌均匀后，形成的混合浆料2填充入一系列碳化硅圆柱筒体1与石墨模具3形成的间隙空间内，再采用相配合的石墨压头4将间隙空间压实；
(5)加压烧结：将步骤(4)中压实了间隙空间的石墨模具3和石墨压头4整体送入烧结设备内加压烧结；加压烧结的温度高于1600℃，一种实施例中的加压烧结的温度为1800℃，烧结时石墨压头4维持压力50MPa，烧结时需要保温60min。
(6)脱模机加工去除一系列碳化硅圆柱筒体1超出圆柱基体的部分，制得圆柱状均匀化的包覆颗粒弥散燃料。
以TRISO颗粒体积占比40％尺寸φ20×30mm的燃料在气冷微堆中某一特定工况下的性能为例，采用本实施例中的均匀化的包覆颗粒弥散燃料的Keff值1.029，同一工况下TRISO燃料颗粒在燃料内随机分布的包覆颗粒弥散燃料(可简称为常规FCM燃料)Keff值1.028，这意味着均匀化的包覆颗粒弥散燃料使用寿期多20天左右，本实施例的均匀化的包覆颗粒弥散燃料的相比常规FCM燃料，其在气冷微堆中某一特定工况下的燃料中心最高温度从1150℃降低至1125℃，对应燃料破损率由3.83×10
-6下降为2.08×10
-6。
本实施例的有益效果在于，采用本实施例所提供的均匀化的包覆颗粒弥散燃料制备方法制得的均匀化的包覆颗粒弥散燃料拥有包覆颗粒弥散燃 料全部优点，保证了燃料在辐照、高温以及事故条件下的结构与化学稳定性，TRISO包覆燃料颗粒内的碳化硅层和碳化硅基体材料能阻挡大部分的气态及固态裂变产物，而在此基础上本实施例进一步优化了TRISO包覆燃料颗粒在燃料内的均匀性，尤其实现了TRISO包覆燃料颗粒径向分布上的均匀化，提高了堆芯中子物理和热工计算分析的准确性，同时有效降低了燃料在径向的温度梯度，降低了TRISO包覆燃料颗粒破损的风险，进而降低了裂变产物释放的风险。另外，燃料在径向的温度梯度的降低还能降低包覆颗粒弥散燃料在长时间运行条件下发生燃料芯体破碎的可能性。
实施例2
本公开一实施例提供一种均匀化的包覆颗粒弥散燃料，包括基体材料、穿衣的TRISO包覆燃料颗粒和一系列碳化硅圆柱筒体；其中：
基体材料是通过将Y
2O
3作为助烧剂添加到纳米级碳化硅粉末中，其中助烧剂质量占比3％，利用酒精作为分散剂，采用湿法球磨工艺混合均匀后，再烘干并筛分制得，其中分散剂质量分数为0.5％；
穿衣的TRISO包覆燃料颗粒是在燃料核心物质组成为二氧化铀的TRISO包覆燃料颗粒表面涂覆碳化硅层得到，其中涂覆碳化硅层的厚度为10μm，所涂覆的碳化硅层作为缓冲层以避免加工制造过程中的操作造成TRISO包覆燃料颗粒碰撞而导致TRISO包覆燃料颗粒外层破损；碳化硅层为基体材料与粘性有机溶剂的混合物，粘性有机溶剂为丙三醇，其中粘性有机溶剂的质量分数为0.5％；
一系列碳化硅圆柱筒体是采用温度高于1600℃的碳化硅粉末烧结工艺制备；具体的，本实施例中采用碳化硅粉末混合助烧剂，在碳化硅筒体石墨烧结模具中，经过2000℃的高温加压烧结，制备出一系列碳化硅圆柱筒体；
均匀化的包覆颗粒弥散燃料是将穿衣后的TRISO包覆燃料颗粒、基体材料混合搅拌均匀后，形成的混合浆料填充入安装在石墨模具底部环形凹槽中的一系列碳化硅圆柱筒体与石墨模具形成的间隙空间内，在高于1600℃的温度下加压烧结再脱模制得。一种实施例中加压烧结的温度为2000℃。
一种实施例中基体材料体积占比65％，穿衣的TRISO包覆燃料颗粒体积占比10％，一系列碳化硅圆柱筒体体积占比25％。
一种实施例中，一系列碳化硅圆柱筒体中的任意相邻的两个碳化硅圆柱筒体，其中一个碳化硅圆柱筒体围在另外一个碳化硅圆柱筒体外围布置。该布置方式有利于TRISO包覆燃料颗粒径向分布上的均匀化。
一种实施例中，一系列碳化硅圆柱筒体同轴线排布，所制得的一系列碳化硅圆柱筒体的半径成等差数列，等差数列的公差与最小的碳化硅圆柱筒体直径相等；最小的碳化硅圆柱筒体直径略大于穿衣后的TRISO包覆燃料颗粒直径，最大的碳化硅圆柱筒体的半径为均匀化的包覆颗粒弥散燃料圆柱体的半径。该布置方式使得穿衣后的TRISO包覆燃料颗粒在径向上等间距排布。
进一步，一系列碳化硅圆柱筒体的壁厚小于0.25mm。
一种实施例中的一系列碳化硅圆柱筒体的壁厚0.1～0.15mm。
如图1所示，本实施例提供一种上述均匀化的包覆颗粒弥散燃料的制造方法，包括如下步骤：
(1)制备基体材料：向纳米级碳化硅粉末中添加作为助烧剂的Y
2O
3，利用酒精作为分散剂，采用湿法球磨工艺将助烧剂和纳米级碳化硅粉末混合均匀，再烘干并筛分，作为包覆颗粒弥散燃料的基体材料；
(2)制备穿衣后的TRISO包覆燃料颗粒：将包覆颗粒弥散燃料的基体材料与丙三醇混合后，将所得到的混合物以喷涂的方式涂覆在TRISO包覆燃料颗粒表面形成碳化硅层，得到穿衣后的TRISO包覆燃料颗粒；
(3)制备一系列碳化硅圆柱筒体1：采用温度高于1600℃的碳化硅粉末烧结工艺，采用碳化硅粉末混合助烧剂，在碳化硅筒体石墨烧结模具中，一种实施例中经过2000℃的高温加压烧结，制备一系列碳化硅圆柱筒体1，能保证一系列碳化硅圆柱筒体1的质量；制备出半径成等差数列的一系列碳化硅圆柱筒体1，等差数列的公差与最小的碳化硅圆柱筒体直径相等；最小的碳化硅圆柱筒体直径略大于穿衣后的TRISO包覆燃料颗粒直径，最大的碳化硅圆柱筒体的半径为均匀化的包覆颗粒弥散燃料圆柱体的半径；一系列碳化硅圆柱筒体1的壁厚为0.1～0.15mm。
(4)石墨模具装料并压实：如图2和图3、4所示，将一系列碳化硅圆柱筒体1安装入石墨模具3底部的环形凹槽中，并将穿衣后的TRISO包覆燃料颗粒、基体材料混合搅拌均匀后，形成的混合浆料2填充入一系列碳化硅圆柱筒体1与石墨模具3形成的间隙空间内，再采用相配合的石墨压头4将间隙空间压实；
(5)加压烧结：将步骤(4)中压实了间隙空间的石墨模具3和石墨压头4整体送入烧结设备内加压烧结；加压烧结的温度高于1600℃，一种实施例中的加压烧结的温度为2000℃，烧结时石墨压头4维持压力100MPa，烧结时需要保温30min。
(6)脱模机加工去除一系列碳化硅圆柱筒体1超出圆柱基体的部分，制得圆柱状均匀化的包覆颗粒弥散燃料。
以TRISO颗粒体积占比10％，尺寸φ20×30mm的燃料在气冷微堆中某一特定工况下的性能为例，采用本实施例中的均匀化的包覆颗粒弥散燃料的Keff值1.013，同一工况下TRISO燃料颗粒在燃料内随机分布的包覆颗粒弥散燃料(可简称为常规FCM燃料)Keff值1.009，这意味着均匀化的包覆颗粒弥散燃料使用寿期多90天左右，本实施例的均匀化的包覆颗粒弥散燃料的相比常规FCM燃料，其在气冷微堆中某一特定 工况下的燃料中心最高温度从800℃降低至755℃，对应燃料破损率由7.57×10
-11下降为1.03×10
-11。
实施例3
本公开一实施例提供一种均匀化的包覆颗粒弥散燃料，与实施例1中的区别为：
本实施例中，基体材料是通过将氧化钆作为助烧剂添加到纳米级碳化硅粉末中，其中助烧剂质量占比4％，利用聚乙烯亚胺作为分散剂，采用湿法球磨工艺混合均匀后，再烘干并筛分制得，其中分散剂质量分数为5％。
本实施例中，穿衣的TRISO包覆燃料颗粒是在燃料核心物质组成为二氧化铀的TRISO包覆燃料颗粒表面涂覆碳化硅层得到，其中涂覆碳化硅层的厚度为100μm，碳化硅层为基体材料与粘性有机溶剂的混合物，粘性有机溶剂为聚乙二醇，其中粘性有机溶剂的质量分数为5％。
本实施例中，化学气相沉积法的沉积温度为1650℃。
本实施例中，加压烧结的温度为1650℃。
本实施例中，基体材料体积占比58％，穿衣的TRISO包覆燃料颗粒体积占比21％，一系列碳化硅圆柱筒体体积占比21％。
本实施例中，一系列碳化硅圆柱筒体的壁厚为0.1～0.2mm。
本实施例提供一种上述均匀化的包覆颗粒弥散燃料的制造方法，与实施例1中的区别为：
本实施例中，化学气相沉积法的沉积温度为1650℃。
本实施例中的加压烧结的温度为1650℃，烧结时石墨压头4维持压力60MPa，烧结时需要保温40min。
以TRISO颗粒体积占比20％，尺寸φ20×30mm的燃料在气冷微堆中某一特定工况下的性能为例，采用本实施例中的均匀化的包覆颗粒弥 散燃料的Keff值1.019，同一工况下TRISO燃料颗粒在燃料内随机分布的包覆颗粒弥散燃料(可简称为常规FCM燃料)Keff值1.016，这意味着均匀化的包覆颗粒弥散燃料使用寿期多65天左右，本实施例的均匀化的包覆颗粒弥散燃料的相比常规FCM燃料，其在气冷微堆中某一特定工况下的燃料中心最高温度从960℃降低至9250℃，对应燃料破损率由6.74×10
-9下降为1.26×10
-9。
实施例4
本公开一实施例提供一种均匀化的包覆颗粒弥散燃料，与实施例1中的区别为：
本实施例中，基体材料是通过将氧化铒和氧化铝作为助烧剂添加到纳米级碳化硅粉末中，氧化铒和氧化铝的质量比为1:1，其中助烧剂质量占比2％，利用酒精作为分散剂，采用湿法球磨工艺混合均匀后，再烘干并筛分制得，其中分散剂质量分数为3％。
本实施例中，穿衣的TRISO包覆燃料颗粒是在燃料核心物质组成为二氧化铀的TRISO包覆燃料颗粒表面涂覆碳化硅层得到，其中涂覆碳化硅层的厚度为40μm，碳化硅层为基体材料与粘性有机溶剂的混合物，粘性有机溶剂为聚乙二醇，其中粘性有机溶剂的质量分数为3％。
本实施例中，化学气相沉积法的沉积温度为1700℃。
本实施例中，加压烧结的温度为1700℃。
本实施例中，基体材料体积占比60％，穿衣的TRISO包覆燃料颗粒体积占比30％，一系列碳化硅圆柱筒体体积占比10％。
本实施例中，一系列碳化硅圆柱筒体的壁厚为0.2～0.25mm。
本实施例提供一种上述均匀化的包覆颗粒弥散燃料的制造方法，与实施例1中的区别为：
本实施例中，化学气相沉积法的沉积温度为1700℃。
本实施例中的加压烧结的温度为1700℃，烧结时石墨压头4维持压力70MPa，烧结时需要保温50min。
以TRISO颗粒体积占比30％，尺寸φ20×30mm的燃料在气冷微堆中某一特定工况下的性能为例，采用本实施例中的均匀化的包覆颗粒弥散燃料的Keff值1.023，同一工况下TRISO燃料颗粒在燃料内随机分布的包覆颗粒弥散燃料(可简称为常规FCM燃料)Keff值1.021，这意味着均匀化的包覆颗粒弥散燃料使用寿期多40天左右，本实施例的均匀化的包覆颗粒弥散燃料的相比常规FCM燃料，其在气冷微堆中某一特定工况下的燃料中心最高温度从1090℃降低至1060℃，对应燃料破损率由1.64×10
-7下降为4.83×10
-8。
实施例5
本公开一实施例提供一种均匀化的包覆颗粒弥散燃料，与实施例1中的区别为：
本实施例中，基体材料是通过将氧化铝与氧化硅混合物作为助烧剂添加到纳米级碳化硅粉末中，氧化铝与氧化硅质量比为3:2，其中助烧剂质量占比10％，利用酒精和聚乙烯亚胺作为分散剂，酒精和聚乙烯亚胺的质量比为1：2，采用湿法球磨工艺混合均匀后，再烘干并筛分制得，其中分散剂质量分数为4％。
本实施例中，穿衣的TRISO包覆燃料颗粒是在燃料核心物质组成为二氧化铀的TRISO包覆燃料颗粒表面涂覆碳化硅层得到，其中涂覆碳化硅层的厚度为60μm，碳化硅层为基体材料与粘性有机溶剂的混合物，粘性有机溶剂为聚乙二醇和丙三醇，聚乙二醇和丙三醇的质量比为2:1，其中粘性有机溶剂的质量分数为4％。
本实施例中，化学气相沉积法的沉积温度为1900℃。
本实施例中，加压烧结的温度为1900℃。
本实施例中，基体材料体积占比55％，穿衣的TRISO包覆燃料颗粒体积占比32％，一系列碳化硅圆柱筒体体积占比13％。
本实施例中，一系列碳化硅圆柱筒体的壁厚为0.15～0.2mm。
本实施例提供一种上述均匀化的包覆颗粒弥散燃料的制造方法，与实施例1中的区别为：
本实施例中，化学气相沉积法的沉积温度为1900℃。
本实施例中的加压烧结的温度为1900℃，烧结时石墨压头4维持压力80MPa，烧结时需要保温45min。
以TRISO颗粒体积占比30％，尺寸φ20×30mm的燃料在气冷微堆中某一特定工况下的性能为例，采用本实施例中的均匀化的包覆颗粒弥散燃料的Keff值1.023，同一工况下TRISO燃料颗粒在燃料内随机分布的包覆颗粒弥散燃料(可简称为常规FCM燃料)Keff值1.021，这意味着均匀化的包覆颗粒弥散燃料使用寿期多40天左右，本实施例的均匀化的包覆颗粒弥散燃料的相比常规FCM燃料，其在气冷微堆中某一特定工况下的燃料中心最高温度从1090℃降低至1060℃，对应燃料破损率由1.64×10
-7下降为4.83×10
-8。
上述实施例只是对本公开的举例说明，本领域的技术人员可以对本公开进行各种改动和变型而不脱离本公开的精神和范围。这样，倘若本公开的这些修改和变型属于本公开权利要求及其等同技术的范围之内，则本公开也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (25)
- 一种均匀化的包覆颗粒弥散燃料，所述均匀化的包覆颗粒弥散燃料包括基体材料、穿衣的TRISO包覆燃料颗粒和一系列碳化硅圆柱筒体；其中：所述基体材料是通过向纳米级碳化硅粉末中添加助烧剂，混合均匀后烘干并筛分制得；所述穿衣的TRISO包覆燃料颗粒通过在TRISO包覆燃料颗粒表面涂覆碳化硅层得到；所述一系列碳化硅圆柱筒体采用化学气相沉积法或者碳化硅粉末烧结工艺制备；所述均匀化的包覆颗粒弥散燃料是将所述穿衣后的TRISO包覆燃料颗粒、基体材料混合搅拌均匀后，形成的混合浆料填充入安装在石墨模具底部环形凹槽中的所述一系列碳化硅圆柱筒体与石墨模具形成的间隙空间内，再加压烧结制得。
- 如权利要求1所述的一种均匀化的包覆颗粒弥散燃料，其中，所述基体材料体积占比50～65％，所述穿衣的TRISO包覆燃料颗粒体积占比10～42％，所述一系列碳化硅圆柱筒体体积占比8～25％。
- 如权利要求1所述的一种均匀化的包覆颗粒弥散燃料，其中，所述基体材料是通过向纳米级碳化硅粉末中添加助烧剂，并筛分制得，其中助烧剂质量占比1～10％。
- 如权利要求1所述的一种均匀化的包覆颗粒弥散燃料，其中，所 述穿衣的TRISO包覆燃料颗粒通过在TRISO包覆燃料颗粒表面涂覆碳化硅层得到，其中所述涂覆碳化硅层的厚度为10～100μm。
- 如权利要求1所述的一种均匀化的包覆颗粒弥散燃料，其中，所述助烧剂为氧化物，所述混合均匀的方法为利用有机溶剂作为分散剂，采用湿法球磨工艺将所述纳米级碳化硅粉末和助烧剂混合均匀。
- 如权利要求5所述的一种均匀化的包覆颗粒弥散燃料，其中，所述助烧剂为氧化铝、氧化钇、氧化钆、氧化铒、氧化硅中的任意一种或几种。
- 如权利要求5所述的一种均匀化的包覆颗粒弥散燃料，其中，所述分散剂为酒精和/或聚乙烯亚胺。
- 如权利要求5所述的一种均匀化的包覆颗粒弥散燃料，其中，所述混合均匀的方法为利用有机溶剂作为分散剂，采用湿法球磨工艺将所述纳米级碳化硅粉末和助烧剂混合均匀，其中分散剂质量分数为0.5～5％。
- 如权利要求1所述的一种均匀化的包覆颗粒弥散燃料，其中，所述碳化硅层为所述基体材料与粘性有机溶剂的混合物。
- 如权利要求9所述的一种均匀化的包覆颗粒弥散燃料，其中，所述粘性有机溶剂为聚乙二醇和/或丙三醇。
- 如权利要求9所述的一种均匀化的包覆颗粒弥散燃料，其中，所述碳化硅层为所述基体材料与粘性有机溶剂的混合物，其中粘性有机溶剂的质量分数为0.5～5％。
- 如权利要求1所述的一种均匀化的包覆颗粒弥散燃料，其中，所述化学气相沉积法在甲基三氯硅烷氛围中进行，所述化学气相沉积法或者碳化硅粉末烧结工艺的温度高于1600℃。
- 如权利要求12所述的一种均匀化的包覆颗粒弥散燃料，其中，所述化学气相沉积法或者碳化硅粉末烧结工艺的温度为1600～2000℃。
- 如权利要求1所述的一种均匀化的包覆颗粒弥散燃料，其中，所述一系列碳化硅圆柱筒体中的任意相邻的两个碳化硅圆柱筒体，其中一个碳化硅圆柱筒体围在另外一个碳化硅圆柱筒体外围布置。
- 如权利要求14所述的一种均匀化的包覆颗粒弥散燃料，其中，所述一系列碳化硅圆柱筒体同轴线排布，所述一系列碳化硅圆柱筒体的半径成等差数列，所述等差数列的公差与最小的碳化硅圆柱筒体直径相等。
- 如权利要求1所述的一种均匀化的包覆颗粒弥散燃料，其中，所述最小的碳化硅圆柱筒体直径大于所述穿衣后的TRISO包覆燃料颗粒直径，最大的碳化硅圆柱筒体的半径为所述均匀化的包覆颗粒弥散燃料圆柱体的半径。
- 如权利要求1所述的一种均匀化的包覆颗粒弥散燃料，其中，所述一系列碳化硅圆柱筒体的壁厚小于0.25mm。
- 如权利要求17所述的一种均匀化的包覆颗粒弥散燃料，其中，所述一系列碳化硅圆柱筒体的壁厚为0.1～0.25mm。
- 如权利要求1所述的一种均匀化的包覆颗粒弥散燃料，其中，所述加压烧结的温度高于1600℃。
- 如权利要求19所述的一种均匀化的包覆颗粒弥散燃料，其中，所述加压烧结的温度为1600～2000℃。
- 一种如权利要求1-20任一项所述的均匀化的包覆颗粒弥散燃料制备方法，其中，所述制备方法包括如下步骤：(1)制备基体材料：向纳米级碳化硅粉末中添加助烧剂，混合均匀后烘干并筛分，作为包覆颗粒弥散燃料的基体材料；(2)制备穿衣后的TRISO包覆燃料颗粒：在TRISO包覆燃料颗粒表面涂覆碳化硅层，得到穿衣后的TRISO包覆燃料颗粒；(3)制备一系列碳化硅圆柱筒体：采用在甲基三氯硅烷氛围中化学气相沉积法，或者碳化硅粉末烧结工艺，所述化学气相沉积法或者碳化硅粉末烧结工艺的温度高于1600℃，制备出一系列碳化硅圆柱筒体；(4)石墨模具装料并压实：将所述一系列碳化硅圆柱筒体安装入石墨模具底部的环形凹槽中，并将所述穿衣后的TRISO包覆燃料颗粒、基体材料混合搅拌均匀后，形成的混合浆料填充入所述一系列碳化硅圆柱筒体与石墨模具形成的间隙空间内，再采用相配合的石墨压头将所述间隙空间压 实；(5)加压烧结：将步骤(4)中压实了间隙空间的石墨模具和石墨压头整体送入烧结设备内，在高于1600℃的温度下加压烧结，烧结时石墨压头维持压力50～100MPa，烧结时需要保温30～60min；(6)脱模机加工去除所述一系列碳化硅圆柱筒体超出圆柱基体的部分，制得圆柱状均匀化的包覆颗粒弥散燃料。
- 如权利要求21所述的一种均匀化的包覆颗粒弥散燃料制备方法，其中，所述步骤(3)中所述化学气相沉积法或者碳化硅粉末烧结工艺的温度为1600～2000℃。
- 如权利要求21所述的一种均匀化的包覆颗粒弥散燃料制备方法，其中，所述步骤(5)中加压烧结的温度为1600～2000℃。
- 如权利要求21所述的一种均匀化的包覆颗粒弥散燃料制备方法，其中，所述助烧剂为氧化物。
- 如权利要求21所述的一种均匀化的包覆颗粒弥散燃料制备方法，其中，所述涂覆碳化硅层是将所述基体材料与粘性有机溶剂的混合物以喷涂的方式涂覆在TRISO包覆燃料颗粒表面形成碳化硅层。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CA3228079A CA3228079A1 (en) | 2021-09-02 | 2021-12-29 | Homogenized coated particle dispersion fuel and preparation method therefor |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111026524.4 | 2021-09-02 | ||
| CN202111026524.4A CN113936818B (zh) | 2021-09-02 | 2021-09-02 | 一种均匀化的包覆颗粒弥散燃料及其制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2023029317A1 true WO2023029317A1 (zh) | 2023-03-09 |
Family
ID=79274876
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/CN2021/142300 WO2023029317A1 (zh) | 2021-09-02 | 2021-12-29 | 一种均匀化的包覆颗粒弥散燃料及其制备方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113936818B (zh) |
| CA (1) | CA3228079A1 (zh) |
| WO (1) | WO2023029317A1 (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116864168A (zh) * | 2023-06-09 | 2023-10-10 | 武汉科技大学 | 一种核燃料微球穿衣方法及设备 |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20120314831A1 (en) * | 2011-06-10 | 2012-12-13 | Ut-Battelle, Llc | Light Water Reactor TRISO Particle-Metal-Matrix Composite Fuel |
| US20130322590A1 (en) * | 2011-11-19 | 2013-12-05 | Francesco Venneri | Extension of methods to utilize fully ceramic micro-encapsulated fuel in light water reactors |
| US20150170767A1 (en) * | 2013-11-07 | 2015-06-18 | Francesco Venneri | FULLY CERAMIC MICRO-ENCAPSULATED (FCM) FUEL FOR CANDUs AND OTHER REACTORS |
| WO2015195115A1 (en) * | 2014-06-18 | 2015-12-23 | Neucon Technology, Llc | Triso-isotropic (triso) based light water reactor fuel |
| US20160247582A1 (en) * | 2015-02-19 | 2016-08-25 | X-Energy, LLC. | Nuclear Fuel Pebble and Method of Manufacturing the Same |
| US20170040069A1 (en) * | 2011-08-04 | 2017-02-09 | Francesco Venneri | Dispersion Ceramic Micro-encapsulated (DCM) Nuclear Fuel and Related Methods |
| CN106971764A (zh) * | 2017-04-13 | 2017-07-21 | 中国工程物理研究院材料研究所 | 一种惰性基弥散燃料芯块的快速制备工艺 |
| CN106971765A (zh) * | 2017-04-13 | 2017-07-21 | 中国工程物理研究院材料研究所 | 一种高triso含量惰性基弥散燃料芯块的制备工艺 |
| CN109994223A (zh) * | 2017-12-29 | 2019-07-09 | 中国核动力研究设计院 | 一种新型弥散燃料及其制造方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1756837B1 (en) * | 2004-03-01 | 2008-07-09 | Pebble Bed Modular Reactor (Proprietary) Limited | Nuclear fuel |
| US9646722B2 (en) * | 2012-12-28 | 2017-05-09 | Global Nuclear Fuel—Americas, LLC | Method and apparatus for a fret resistant fuel rod for a light water reactor (LWR) nuclear fuel bundle |
| CN105185418B (zh) * | 2015-09-08 | 2017-11-21 | 清华大学 | 一种全陶瓷型包覆燃料颗粒及其制备方法、燃料元件 |
-
2021
- 2021-09-02 CN CN202111026524.4A patent/CN113936818B/zh active Active
- 2021-12-29 CA CA3228079A patent/CA3228079A1/en active Pending
- 2021-12-29 WO PCT/CN2021/142300 patent/WO2023029317A1/zh active Application Filing
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20120314831A1 (en) * | 2011-06-10 | 2012-12-13 | Ut-Battelle, Llc | Light Water Reactor TRISO Particle-Metal-Matrix Composite Fuel |
| US20170040069A1 (en) * | 2011-08-04 | 2017-02-09 | Francesco Venneri | Dispersion Ceramic Micro-encapsulated (DCM) Nuclear Fuel and Related Methods |
| US20130322590A1 (en) * | 2011-11-19 | 2013-12-05 | Francesco Venneri | Extension of methods to utilize fully ceramic micro-encapsulated fuel in light water reactors |
| US20150170767A1 (en) * | 2013-11-07 | 2015-06-18 | Francesco Venneri | FULLY CERAMIC MICRO-ENCAPSULATED (FCM) FUEL FOR CANDUs AND OTHER REACTORS |
| WO2015195115A1 (en) * | 2014-06-18 | 2015-12-23 | Neucon Technology, Llc | Triso-isotropic (triso) based light water reactor fuel |
| US20160247582A1 (en) * | 2015-02-19 | 2016-08-25 | X-Energy, LLC. | Nuclear Fuel Pebble and Method of Manufacturing the Same |
| CN107533868A (zh) * | 2015-02-19 | 2018-01-02 | X能源公司 | 核燃料小球及其制造方法 |
| CN106971764A (zh) * | 2017-04-13 | 2017-07-21 | 中国工程物理研究院材料研究所 | 一种惰性基弥散燃料芯块的快速制备工艺 |
| CN106971765A (zh) * | 2017-04-13 | 2017-07-21 | 中国工程物理研究院材料研究所 | 一种高triso含量惰性基弥散燃料芯块的制备工艺 |
| CN109994223A (zh) * | 2017-12-29 | 2019-07-09 | 中国核动力研究设计院 | 一种新型弥散燃料及其制造方法 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116864168A (zh) * | 2023-06-09 | 2023-10-10 | 武汉科技大学 | 一种核燃料微球穿衣方法及设备 |
| CN116864168B (zh) * | 2023-06-09 | 2024-05-17 | 武汉科技大学 | 一种核燃料微球穿衣方法及设备 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CA3228079A1 (en) | 2023-03-09 |
| CN113936818A (zh) | 2022-01-14 |
| CN113936818B (zh) | 2022-11-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108335760B (zh) | 一种高铀装载量弥散燃料芯块的制备方法 | |
| US11264141B2 (en) | Composite moderator for nuclear reactor systems | |
| US10902956B2 (en) | Nuclear fuel pebble and method of manufacturing the same | |
| US11081241B2 (en) | Nuclear fuel pebble and method of manufacturing the same | |
| KR101793896B1 (ko) | 완전한 세라믹 핵연료 및 관련된 방법 | |
| CN107180654B (zh) | 一种max相陶瓷基体弥散芯块核燃料及其制法和用途 | |
| CN107274936B (zh) | 一种氧化铍增强型二氧化铀核燃料的快速制备方法 | |
| CN108028080A (zh) | 全陶瓷微封装核燃料的制造方法 | |
| CN109461509B (zh) | 惰性基体弥散燃料芯块及其制备方法 | |
| CN106971765B (zh) | 一种高triso含量惰性基弥散燃料芯块的制备工艺 | |
| WO2023029317A1 (zh) | 一种均匀化的包覆颗粒弥散燃料及其制备方法 | |
| CN105185418A (zh) | 一种全陶瓷型包覆燃料颗粒及其制备方法、燃料元件 | |
| CN106971764A (zh) | 一种惰性基弥散燃料芯块的快速制备工艺 | |
| CN108806804B (zh) | SiC纤维增强的燃料芯块及其制备方法 | |
| KR102084466B1 (ko) | 열전도도가 향상된 핵연료 소결체 및 이의 제조방법 | |
| WO2019085593A1 (zh) | 燃料芯块的制造方法以及燃料芯块 | |
| CN105734385A (zh) | 一种铁基铁酸镝材料及其应用 | |
| WO2019114315A1 (zh) | 掺杂碳化硼的燃料芯块及其制造方法 | |
| CN110828001B (zh) | 一种提高铀装量的热导率改进型二氧化铀基燃料芯块及其制备方法 | |
| CN109979610B (zh) | 一种双组元共掺热力增强型二氧化铀燃料芯块及制备方法 | |
| CN111326265B (zh) | 一种二氧化铀-碳化物复合燃料芯块及其制备方法 | |
| CN111801742A (zh) | 用于核反应堆系统的复合慢化剂 | |
| CN116417165A (zh) | 一种弥散燃料芯块的制造方法 | |
| KR20080019408A (ko) | 지르코니아가 첨가된 중성자 흡수 소결체 및 이의 제조방법 | |
| Chao et al. | Fabrication of Dispersion Ceramic Nuclear Fuel by a Stereolithography-based Addictive Manufacturing Process. |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 21955845 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| WWE | Wipo information: entry into national phase |
Ref document number: 3228079 Country of ref document: CA |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |