一种燃料元件、其制备方法及其用途技术

本发明专利技术公开了一种燃料元件、其制备方法及其用途。本发明专利技术的燃料元件，其为球体，由内而外依次为同心的燃料层、无燃料层和外壳层；所述的无燃料层的材料为本领域常规的基体材料。该燃料元件具有密度小、具备可缓解燃料层在服役过程中发生的肿胀的无燃料层、不易破裂、功率密度高、散热快等优点，且外壳层结构致密、抗压强度高、能够防止熔盐浸渗和裂变产物的释放，可用于反应堆；该制备方法简单，成本较低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种燃料元件、其制备方法及其用途。
技术介绍
燃料元件是反应堆的核心部件。燃料元件的质量是反应堆安全、高效运行的基础。燃料元件设计的直接目标是最有效地生产和导出裂变能，在整个寿命期限内保持包覆材料的完整性，最大限度地约束燃料和放射性裂变产物，保证工作人员和周围环境的安全。根据反应堆对燃料元件的要求和设计准则，以及燃料元件制造的可行性和经济性，合理选材、确定燃料元件的结构和设计参数是燃料元件设计的主要任务。熔盐堆是第四代反应堆的候选堆型之一。近年来从传统的熔盐堆中衍生出了以熔融盐为冷却剂的反应堆。在这种反应堆中，裂变材料不直接与冷却剂共融，而是包容在燃料元件或燃料组件中。根据堆芯设计的不同，熔盐冷却反应堆的堆芯可以分为球床式和组件式两种。其中，球床型熔盐冷却反应堆采用球形燃料元件，燃料元件在堆芯以规则或随机方式堆积。通过对燃料元件的循环使用，可以使其中的核燃料达到很深的燃耗，具有良好的经济性。在球床型熔盐冷却反应堆中，燃料元件工作于高温、强辐照的熔盐环境中。因此，燃料元件所采用的材料必须具有足够优异的机械性能，能承受来自堆积自重、熔盐冲刷和浸渗、燃料元件循环输送过程中产本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料元件，其为球体，由内而外依次为同心的燃料层、无燃料层和外壳层；所述的无燃料层的材料为本领域常规的基体材料。

【技术特征摘要】
1.一种燃料元件，其为球体，由内而外依次为同心的燃料层、无燃料层和外壳层；所述的无燃料层的材料为本领域常规的基体材料。2.如权利要求1所述的燃料元件，其特征在于，所述的燃料层为球体；和/或，所述的燃料层包括基体材料和包覆燃料颗粒；和/或，所述的燃料元件的直径为3cm、4cm或6cm；和/或，所述的燃料层、所述的无燃料层和所述的外壳层的半径为表A中任一方案；表A和/或，所述的燃料元件的体密度小于等于1.70g/cm3。3.如权利要求2所述的燃料元件，其特征在于，所述的燃料层由所述的基体材料和所述的包覆燃料颗粒组成；和/或，所述的包覆燃料颗粒为TRISO燃料颗粒；和/或，所述的包覆燃料颗粒均匀分布于所述的燃料层；和/或，所述的包覆燃料颗粒与所述的燃料层的体积百分比为0％-40％、但不为0％；和/或，所述的燃料层中，所述的基体材料为中间相炭微球和/或基体石墨粉经炭化、纯化制得的材料。4.如权利要求3所述的燃料元件，其特征在于，所述的包覆燃料颗粒与所述的燃料层的体积百分比为7％-30％；和/或，所述的中间相炭微球的参数为：平均粒径为3.2μm、密度为1.4～1.5g/cm3，碳含量为93wt％-95wt％，氢含量为4wt％-5wt％；和/或，所述的中间相炭微球的参数为：热处理期间保持球形不熔融，随热处理温度升高，氢量下降，600℃以下呈中间相结构，700℃以上为固体，
\t在500-1000℃期间，密度由1.5g/cm3增大至1.9g/cm3；和/或，以质量百分比计，所述的基体石墨粉包括55～65％天然鳞片石墨、15～20％人造石墨和15～25％粘结剂；和/或，所述的炭化的温度为600-1000℃；和/或，所述的纯化的温度为1850-1950℃。5.如权利要求4所述的燃料元件，其特征在于，所述的天然鳞片石墨的参数为：松装密度为0.52-0.53g/cm3，粒度D50为19-23μm，水份为0.02％，真密度为2.258-2.275g/cm3；和/或，所述的人造石墨的参数为：松装密度为0.55g/cm3，粒度D50为18-22μm，水份为0.02％，真密度为2.235-2.258g/cm3；和/或，所述的粘结剂为煤焦油、煤沥青、酚醛树脂、环氧树脂、蒽油、中间相沥青和酚醛树脂中的一种或多种；和/或，所述的基体石墨粉包括64％所述的天然鳞片石墨、16％所述的人造石墨和20％所述的粘结剂；和/或，所述的基体石墨粉由所述的天然鳞片石墨、所述的人造石墨和所述的粘结剂组成；和/或，所述的基体石墨粉还包括中间相炭微球；和/或，所述的炭化的温度为8...

【专利技术属性】
技术研发人员：仲亚娟，林俊，姜海涛，朱智勇，
申请(专利权)人：中国科学院上海应用物理研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31