一种单晶二氧化铀核燃料芯块的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种单晶二氧化铀核燃料芯块的制备方法，将UO2粉末经造粒、球化后得到UO2小球；再将单晶生长助剂微粉包覆到UO2小球表面，形成核壳结构颗粒；将核壳结构颗粒进行高温活化烧结，使核壳结构颗粒表面的单晶生长助剂高温液化后向UO2小球内部扩散，而UO2则在液态单晶生长助剂中溶解并再结晶形成单晶UO2核燃料芯块。该方法可制备大晶粒的单晶UO2核燃料芯块，使燃料芯块的高温辐照稳定性、热导率性能、裂变产物容留能力、燃料棒内压、减少燃料芯块与包壳的相互作用、燃耗深度得到明显改善，可提高反应堆运行的安全水平，并提高核电站经济效益。

A single nuclear fuel pellets preparation method

The invention discloses a method for preparing a single crystal nuclear fuel pellets, UO2 powder granulating and spheroidizing after UO2 ball; the growth of single crystal powder coating additives to UO2 ball surface, the formation of core-shell particles; the core-shell particles were activated in high temperature sintering, the surface of the crystal core shell structure particle diffusion to UO2 sphere growth aid after high temperature liquefaction, and UO2 in liquid crystal growth additive in dissolving and recrystallization of single crystal UO2 nuclear fuel pellets. The method of single crystal UO2 nuclear fuel pellets preparation of large grain, make the fuel pellets with high temperature stability, thermal conductivity, radiation properties of fission products harboring ability, fuel rods internal pressure, reduce fuel pellets and the shell interaction, burnup is improved obviously and can improve the safety level of reactor operation, and improve the economic benefits of nuclear power plant.

【技术实现步骤摘要】
一种单晶二氧化铀核燃料芯块的制备方法
本专利技术涉及一种单晶二氧化铀核燃料芯块的制备方法。
技术介绍
二氧化铀(UO2)是目前商用核反应堆最常用的核燃料，具有熔点高、高温稳定性好、与包壳材料和冷却剂化学相容性好、抗辐照能力强、作为非裂变的组合元素氧的热中子俘获截面低等显著的优点。但UO2仍然存在一个显著的问题，即热导率低，其在1000℃下热导率仅为2.8W/m·K，这就导致在工作条件下UO2燃料芯块中存在较大的温度梯度，从而产生很高的中心温度和严重的热应力，将会导致燃料芯块的大规模开裂，这些开裂会显著增加高燃耗条件下裂变气体的释放，而反应堆运行温度的提高会进一步加速裂变气体的释放并形成气泡，从而引起燃料芯块的肿胀，因此，反应堆中UO2燃料的寿命受到了明显的限制。另外，燃料芯块中心温度高、温度梯度大将会导致大量余热的存在，在冷却剂失效事故时将会明显提升包壳温度。如锆合金包壳的二氧化铀燃料芯块，由于锆合金包壳和水的反应速率在1200℃以上条件下会大大提升，其表面会生成大量的ZrO2，从而降低包壳的热传导能力，最终导致锆合金包壳层破裂，造成安全隐患(R.O.Meyer,Nucl.Techn本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单晶二氧化铀核燃料芯块的制备方法，其特征在于，将UO2粉末经造粒、球化后得到UO2小球；再将单晶生长助剂微粉包覆到UO2小球表面，形成核壳结构颗粒；将核壳结构颗粒进行高温活化烧结，使核壳结构颗粒表面的单晶生长助剂高温液化后向UO2小球内部扩散，而UO2则在液态单晶生长助剂中溶解并再结晶形成单晶UO2核燃料芯块。

【技术特征摘要】
1.一种单晶二氧化铀核燃料芯块的制备方法，其特征在于，将UO2粉末经造粒、球化后得到UO2小球；再将单晶生长助剂微粉包覆到UO2小球表面，形成核壳结构颗粒；将核壳结构颗粒进行高温活化烧结，使核壳结构颗粒表面的单晶生长助剂高温液化后向UO2小球内部扩散，而UO2则在液态单晶生长助剂中溶解并再结晶形成单晶UO2核燃料芯块。2.根据权利要求1所述的一种单晶二氧化铀核燃料芯块的制备方法，其特征在于，所述单晶生长助剂微粉为以下四种微粉中的任意一种：Cr微粉、Cr2O3微粉、Al2O3与SiO2的混合微粉、Al2O3与Y2O3的混合微粉。3.根据权利要求2所述的一种单晶二氧化铀核燃料芯块的制备方法，其特征在于，所述粘接剂均为硬脂酸锌和阿克蜡中的至少一种。4.根据权利要求3所述的一种单晶二氧化铀核燃料芯块的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：(1)采用放电等离子体烧结技术对UO2粉末进行低温预烧或采用粉末冶金模具对UO2粉末进行冷压成形，得到密度5.0～6.5g/cm3的UO2预成形坯；(2)将预成形坯进行破碎、过筛后，得到粒径为15～100目的UO2颗粒；然后将UO2颗粒研磨球化2～12小时，得到UO2小球；(3)将UO2小球装入混合包覆设备中，添加0.05～0.5wt.％的粘接剂，5～30vol.％的单晶生长助剂后，混合包覆0.5～8小时，得到单...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨振亮，李冰清，高瑞，贾建平，唐浩，段丽美，刘徐徐，钟毅，黄奇奇，王志毅，
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