一种惰性基弥散芯块燃料及其制备方法和用途技术

本发明专利技术公开了一种惰性基弥散芯块燃料及其制备方法和用途，解决了现有技术抗辐照性能、裂变气体包容性和导热率不理想，以及难以实现工业化大批量生产的问题。本发明专利技术芯块燃料包括燃料区和包覆在燃料区外围的无燃料区保护层；本发明专利技术的制备方法通过喷雾沉积法在TRISO颗粒表面包覆SiC，将其压制后得到TRISO颗粒均匀分布于惰性基体中的燃料核心素坯；之后通过模压制备出SiC无燃料区素坯，并将无燃料区素坯与燃料核心素坯进行组合压制；最后将组合压制的燃料核心加保护层素坯在高温下进行无压烧结，烧结坯经机加后得到核反应堆中水堆和融盐堆的燃料组件。本IMDP具有抗辐照性能优异、裂变气体包容性好、导热率高的特点。

Inert base dispersion block fuel, preparation method and application thereof

The present invention discloses an inert based dispersion pellet fuel and its preparation method and application thereof, solves the anti irradiation properties, fission not ideal gas inclusion and thermal conductivity, and it is difficult to achieve industrial production problems. The present invention includes a fuel pellet fuel and coated on the outer periphery of the non fuel fuel area protection layer; the preparation method of the invention SiC coated on the surface of TRISO particles by spray deposition, the pressing after TRISO particles distributed uniformly in the inert matrix fuel core in blank; after SiC was prepared by compression molding no fuel blank, and no fuel and fuel core blank blank combination pressing; finally combined suppression of fuel core layer blank under high temperature by pressureless sintering, sintering machine and obtained after the fuel assembly nuclear reactor water reactor and molten salt reactor. The IMDP has the advantages of excellent radiation resistance, good inclusion of fission gas and high thermal conductivity.

【技术实现步骤摘要】
一种惰性基弥散芯块燃料及其制备方法和用途
本专利技术涉及一种惰性基弥散芯块燃料及其制备方法和用途。
技术介绍
核电具有安全可靠、低碳清洁的特点，是未来全球能源结构的重要组成部分。目前世界各国正在积极推进核电建设，从而缓解能源危机，改善气候环境。日本福岛“311”核事故以后，传统UO2+Zr合金燃料组件在事故状态下所暴露出来的安全隐患引发了各国的强烈关注。改进传统燃料组件，提升核燃料在事故状态下的安全性成为世界范围的研究热点。在此背景下，事故容错燃料(ATF)的概念应运而生。ATF是为了提高燃料元件抵抗严重事故下的性能而提出的新一代燃料概念，具体是指：与目前的UO2+Zr燃料相变，能够在较长时间内抵抗冷却剂丧失事故、同时还能保持或提高其在正常运行工况性能的燃料系统。ATF的热点研究方向之一为开发高导热、安全性能优异的燃料芯块。IMDP具有抗辐照性能优异、裂变气体包容性好、导热率高的特点，是一种安全性能极佳的燃料芯块。美国橡树岭国家实验室通过热压烧结法制备了以SiC为惰性基体，以TRISO颗粒为燃料元件的致密IMDP。然而热压烧结法烧结周期长，难以实现工业化大批量生产。
技术实现思路
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【技术保护点】
一种惰性基弥散芯块燃料，其特征在于，包括燃料区和包覆在所述燃料区外围的无燃料区保护层，所述燃料区包括惰性基体和均匀分布于所述惰性基体中的燃料元件，所述惰性基体为致密SiC，所述燃料元件为TRISO包覆燃料颗粒，所述无燃料区保护层由SiC制成。

【技术特征摘要】
1.一种惰性基弥散芯块燃料，其特征在于，包括燃料区和包覆在所述燃料区外围的无燃料区保护层，所述燃料区包括惰性基体和均匀分布于所述惰性基体中的燃料元件，所述惰性基体为致密SiC，所述燃料元件为TRISO包覆燃料颗粒，所述无燃料区保护层由SiC制成。2.根据权利要求1所述的一种惰性基弥散芯块燃料，其特征在于，所述惰基和无燃保护层的致密度不小于96％。3.根据权利要求2所述的一种惰性基弥散芯块燃料，其特征在于，所述TRISO包覆燃料颗粒包括燃料核心和包覆在所述燃料核心外的四层保护层，所述四层保护层由内向外依次为疏松碳层、内层热解碳层、SiC层和外层热解碳层；所述燃料核心为UO2、UC、UC2、UN、U合金或其他核燃料中的一种或几种，并且所述UO2、UC、UC2、UN、U合金或其他核燃料中235U富集度为2-20％，所述疏松碳层的密度为1.1g/cm3、厚度为95μm，所述内层热解碳层的密度为1.9g/cm3、厚度为40μm，所述SiC层的密度为3.18g/cm3、厚度为35μm，所述外层热解碳层的密度为1.9g/cm3、厚度为40μm；所述TRISO包覆燃料颗粒的直径为500μm。4.根据权利要求3所述一种惰性基弥散芯块燃料，其特征在于，所述TRISO包覆燃料颗粒占芯块燃料的体积分数为30-60％，所述无燃料区保护层的厚度为0.2-2mm。5.权利要求1-4任意一项所述的惰性基弥散芯块燃料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：制备SiC混合浆料和SiC混合粉末；步骤2：将所述SiC混合浆料通过喷雾沉积法包覆在TRISO颗粒上；步骤3：将包覆完SiC的TRISO颗粒模压成形，得到燃料区素坯；步骤4：将所述SiC混合粉末模压成形，得到无燃料区素坯；步骤5：将所述燃料区素坯和无燃料区素坯复合压制成IMDP素坯；步骤6：将所述IMDP素坯于真空炉中进行无压烧...

【专利技术属性】
技术研发人员：李冰清，杨振亮，高瑞，贾建平，刘彤，黄华伟，孙茂州，马赵丹丹，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院材料研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51