同轴型复合燃料芯块及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种同轴型复合燃料芯块及其制备方法，同轴型复合燃料芯块包括高铀密度燃料核芯

【技术实现步骤摘要】
同轴型复合燃料芯块及其制备方法


[0001]本专利技术涉及核燃料
，尤其涉及一种同轴型复合燃料芯块及其制备方法
。

技术介绍

[0002]当今使用的主要核燃料是包括二氧化铀
(UO2)
的烧结核燃料颗粒，
UO2是熔点为
2865℃
的优良核燃料，铀密度的增加将提高燃料的经济性，核燃料芯块热导率的增加将改善粒料的反应器性能，从而使其更适合于下一代反应器，反应器提供了可以适应所谓事故容忍燃料
ATF
的特性
。
[0003]一些非常规含铀材料存在的一个问题是：它们与水的反应性高于
UO2；因此，需要对含铀材料进行额外的保护以防止水的渗入，特别是在水冷反应器中，比如具有涂层的氮化铀颗粒，该涂层可以是氧化铝
、
氧化锆或氧化硅等氧化膜，碳涂层如石墨或包括碳化合物
(
如
SiC)
的膜，或金属膜；或者包含
UO2基体和分散在该基体中的涂覆的
UN
颗粒
。
但是，目前的核燃料芯块，其内部热导率仍比较差，比较容易达到涂层的熔点，导致芯块被水和水蒸气氧化
。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题在于，提供一种改进的同轴型复合燃料芯块及其制备方法
。
[0005]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种同轴型复合燃料芯块，包括高铀密度燃料核芯
、
依次复合在所述高铀密度燃料核芯外周上的中间过渡层和
UO2外层；所述高铀密度燃料核芯
、
中间过渡层和
UO2外层同轴设置，其中所述中间过渡层为高熔点金属或其氮化物制成
。
[0006]优选地，所述高铀密度燃料核芯的原料包括
UN
和
/
或
U3Si2。
[0007]优选地，所述高熔点金属包括
Cr、Ti、Zr
中至少一种
。
[0008]优选地，所述中间过渡层的厚度
≤50
μ
m。
[0009]优选地，所述中间过渡层的厚度为
10
μ
m
～
30
μ
m。
[0010]优选地，所述
UO2外层的厚度为
0.3mm
～
1.8mm。
[0011]本专利技术还提供一种同轴型复合燃料芯块的制备方法，包括以下步骤：
[0012]S1、
取高铀密度燃料的原料粉末，制成高铀密度燃料核芯；
[0013]S2、
以高熔点金属为原料，在所述高铀密度燃料核芯外周上通过沉积方法制成中间过渡层；所述中间过渡层与所述高铀密度燃料核芯同轴；
[0014]S3、
在所述中间过渡层的外周制备
UO2外层，所述
UO2外层与所述中间过渡层同轴
。
[0015]优选地，步骤
S1
包括：将高铀密度燃料的原料粉末压制成型为素坯，将所述素坯进行烧结，得到高铀密度燃料核芯；或者，采用热压烧结或放电等离子烧结方式，将高铀密度燃料的原料粉末制成高铀密度燃料核芯
。
[0016]优选地，在热压烧结中，烧结温度为
1600℃
～
2000℃
，烧结压力为
40MPa
～
150MPa
，
时间为2小时～5小时；在放电等离子烧结中，气氛为惰性气体气氛，烧结温度为
1100℃
～
1800℃
，压力为
30MPa
～
110MPa。
[0017]优选地，步骤
S2
中，以高熔点的纯金属为靶材，采用物理气相沉积方法在所述高铀密度燃料核芯外周上沉积获得中间过渡层；或者，以高熔点的纯金属为靶材，以
N2或者
N2和
Ar
混合气体为等离子体气体，采用物理气相沉积方法在所述高铀密度燃料核芯外周上沉积获得中间过渡层
。
[0018]优选地，步骤
S3
中，所述
UO2外层通过冷喷涂
、
热喷涂
、
浆料涂覆后烧结或者增材制造方式中至少一种制成
。
[0019]本专利技术的有益效果：通过高熔点金属形成的中间过渡层，复合在核芯和外层之间，不易被高温破坏；中间过渡层与
UO2外层为高铀密度燃料核芯提供双重保护，提高其抗氧化能力，从而增强燃料芯块导热性，提高燃料芯块安全性；制备方法简单
。
附图说明
[0020]下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：
[0021]图1是本专利技术一实施例的同轴型复合燃料芯块的纵向剖面结构示意图；
[0022]图2是本专利技术一实施例的同轴型复合燃料芯块的径向剖面结构示意图
。
具体实施方式
[0023]为了对本专利技术的技术特征
、
目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本专利技术的具体实施方式
。
[0024]如图1及图2所示，本专利技术一实施例的同轴型复合燃料芯块，包括高铀密度燃料核芯
10、
中间过渡层
20
和
UO2外层
30。
[0025]其中，中间过渡层
20
复合在高铀密度燃料核芯
10
的外周上，
UO2外层
30
复合在中间过渡层
20
的外周上，高铀密度燃料核芯
10、
中间过渡层
20
和
UO2外层
30
三者形成从内到外依次复合的结构
。
并且，高铀密度燃料核芯
10、
中间过渡层
20
和
UO2外层
30
三者同轴设置，形成同轴型复合燃料芯块，这样使燃料芯块在轴向特性相同的同时，保持径向材料分布均匀
、
热物理特性一致，改善燃料芯块的服役性能
。
[0026]中间过渡层
20
和
UO2外层
30
在高铀密度燃料核芯
10
外周的设置，为其提供双重保护，提高高铀密度燃料核芯
10
的抗氧化能力，消除高铀密度燃料与氧化物燃料接触，发生反应形成第三相的问题
。
[0027]具体地，高铀密度燃料核芯
10
的原料包括
UN
和
/
或
U3Si2，制备时可采用
UN
和
/
或
U3Si2粉末通过压制烧结
、
热压烧结或放电等离子体烧结制成
。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种同轴型复合燃料芯块，其特征在于，包括高铀密度燃料核芯
、
依次复合在所述高铀密度燃料核芯外周上的中间过渡层和
UO2外层；所述高铀密度燃料核芯
、
中间过渡层和
UO2外层同轴设置，其中所述中间过渡层为高熔点金属或其氮化物制成
。2.
根据权利要求1所述的同轴型复合燃料芯块，其特征在于，所述高铀密度燃料核芯的原料包括
UN
和
/
或
U3Si2。3.
根据权利要求1所述的同轴型复合燃料芯块，其特征在于，所述高熔点金属包括
Cr、Ti、Zr
中至少一种
。4.
根据权利要求1所述的同轴型复合燃料芯块，其特征在于，所述中间过渡层的厚度
≤50
μ
m。5.
根据权利要求4所述的同轴型复合燃料芯块，其特征在于，所述中间过渡层的厚度为
10
μ
m
～
30
μ
m。6.
根据权利要求1所述的同轴型复合燃料芯块，其特征在于，所述
UO2外层的厚度为
0.3mm
～
1.8mm。7.
一种权利要求1‑6任一项所述的同轴型复合燃料芯块的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、
取高铀密度燃料的原料粉末，制成高铀密度燃料核芯；
S2、
以高熔点金属为原料，在所述高铀密度燃料核芯外周上通过沉积方法制成中间过渡层；所述中间过渡层与所述高铀密度燃料核芯同轴；
S3...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖业宏，陈明周，郭达禧，王继伟，孟繁良，严俊，陈蒙腾，
申请(专利权)人：中广核研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：