U_3Si_2-Al板状燃料组件冲刷试验后的解体研究

通过对U3Si2-Al板状燃料组件的解体试验研究,得到了110℃水温、7 m/s流速下50 d的水力冲刷试验和18 m/s流速下的流致振动试验对该新型燃料组件各项参数的影响,为板状燃料组件的设计、选材、加工、应用提供了实验数据。

U_3Si_2-Al弥散型燃料板制备工艺对力学性能的影响

U3Si2-Al弥散型燃料板元件是一种新型低浓化的研究堆燃料。该元件制备工艺复杂,使用环境特殊,加工环节对弥散型燃料板力学性能影响较大,而弥散型燃料板的力学性能优劣是保证研究堆可靠使用的必要条件。本文针对现有的U3Si2-Al弥散型燃料板元件在不同热处理时的纵横力学性能进行了测试和分析研究。结果表明,弥散型复合燃料板芯体中的铀含量越高,燃料板的强度越低,现有退火工艺对燃料板的影响极大。由此,本文提出了改善燃料板力学性能参数的热处理方法的建议。

U_3Si_2-Al燃料板拉伸力学性能试验研究

以U3Si2-Al弥散型燃料为芯体、铝合金6061为包壳的燃料板是研究堆的新型燃料。燃料板的机械性能是燃料组件设计中的基础数据,国内外一直未对该燃料板的机械性能进行研究。本文根据国内研究堆燃料板设计的需要,对不同芯体的燃料板在不同工艺条件下的机械性能进行了测试,同时比较了不同方向的拉伸结果。为了进一步了解燃料板的机械性能,在拉伸过程中进行反复的加载试验。考虑到燃料板延伸率偏低和它的脆断状态,还用电镜检查了拉伸断口。

U_3Si_2-Al燃料元件板力学性能试验研究

对研究堆使用的不同规格的U3 Si2 Al弥散型复合燃料板元件的力学性能参数进行了试验研究和分析 ,同时结合板型燃料组件的结构特点对燃料板在组件运行期间可能受到的拉、压、弯的承载能力进行了测试研究。研究结果表明 :国内生产的板状元件在其拉伸性能、结构抗力等方面基本达到了国外类似燃料的水平 ,满足了研究堆的设计要求。

新型U_3Si_2-Al燃料组件的工程验证试验研究

新研制的U3Si2-Al板状弥散型燃料组件结构复杂,国内对该燃料组件的结构材料、制造工艺、力学性能、运行特性等均缺少经验及评定标准。为得到该新型燃料组件的各种性能参数,开展了燃料包壳及结构材料的力学性能试验、燃料板及包壳材料的热物性及热稳定性试验、燃料板的力学性能试验、燃料板的正电子湮灭寿命试验、燃料组件的水力冲刷和解体试验等一系列的工程验证试验和专项研究,得到的各项实验数据为燃料组件的结构设计、可靠性分析、安全审评提供了重要依据,也为燃料组件的加工制造、堆内使用管理提供了借鉴。

新型U_3Si_2-Al燃料板的正电子湮没寿命谱研究

用正电子湮没寿命谱仪对U3Si2-Al燃料板样品的正电子湮没寿命进行了测量及分析,得到不同工艺状况下燃料包壳材料微观缺陷的形态及变化趋势。回火态燃料板包壳基体中的微观缺陷以单空位的点缺陷为主;冷作态中的缺陷以双空位、位错等缺陷为主;冲刷态中的缺陷以层错、小的空位团等缺陷为主。3种样品中,均未发现影响燃料板安全的大空位团缺陷。回火和冲刷等工艺或运行工况,会使燃料板包壳基体中的微观缺陷发生转变,并改变了燃料板的宏观力学性能。

研究堆用U3Si2-Al燃料板的热稳定性试验

U3Si2-Al板状燃料组件是一种推广应用的新型燃料元件,在国内首次应用。燃料组件的各项性能,特别是热稳定性必须通过实验验证。通过对铀密度为3.02 g/cm3的U3Si2-Al燃料板的热稳定性试验,得到:热稳定性试验会使燃料板的体积略有增大;120℃及250℃的热循环下,燃料板无明显变形,表面无变化,400℃的热循环下,燃料板略有弯曲,个别芯体裸露的燃料板表面有起泡现象;循环温度越高,芯体中U3Si2颗粒开裂越严重等实验结论,为该燃料组件的结构设计、安全分析、加工工艺提供了关键参数,并为该组件的堆内运行提供了借鉴。

U_3Si_2-Al燃料元件γ射线吸收系数标定方法研究

为了更准确标定U_3Si_2-Al燃料元件的γ射线吸收系数,论文设计了不同标样进行了单独定标和联立定标。利用不同标定方法获得的γ射线吸收系数进行燃料元件U_3Si_2、Al质量厚度的测试,并将测试结果分别与化学分析结果进行对比。实验结果表明,以燃料元件作为标样的联立定标法在保证Al测量精确的同时提高了U_3Si_2的测量精度。

单能窄束γ射线法检测U_3Si_2-Al燃料元件U_3Si_2均匀性

为进一步提高U3Si2-Al燃料元件U3Si2均匀性检测结果的可靠性,文章建立了一种检测U3Si2-Al燃料元件U3Si2均匀性的"单能窄束γ射线法"。该方法利用γ谱仪测量241Am的59.5 ke Vγ射线穿透燃料元件前后的透射强度,再根据物质的γ射线吸收公式和单次测量区域内U3Si2、Al总体积恒定的特性建立方程组,求解方程组得出U3Si2、Al各自的体积百分数进而得出分布均匀性。文章利用MCNP法和实测法对该检测方法进行了验证,结果表明:该方法具有工程可行性且实验检测相对精度达到3.99%。该方法为燃料元件燃料均匀性检测提供了一种新思路。

燃耗深度对U_3Si_2-Al弥散型燃料元件芯体中气孔的影响研究

辐照过程中,燃料颗粒内部会产生裂变气体形成气孔,将对其热/力学性能造成显著影响。采用带屏蔽的金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)对辐照后U_3Si_2-Al弥散型燃料中U_3Si_2燃料颗粒的显微组织进行了观察,统计分析了燃料颗粒内气孔的形貌、尺寸及分布,获得气孔平均尺寸及孔隙率随燃耗深度的变化规律。结果表明,裂变密度在2.34×10^(27)~3.74×10^(27)m^(-3)范围内时,U_3Si_2-Al燃料颗粒中的裂变气体气孔的形貌未发生较大改变,均呈球状。而裂变气体气孔平均尺寸以及孔隙率均随着裂变密度的增加而增大,存在两个阶段:裂变密度在2.34×10^(27)~3.19×10^(27)m^(-3)范围内,稳态增长;裂变密度在3.19×10^(27)~3.74×10^(27)m^(-3)范围内,加速增长。

U_3Si_2-Al弥散型燃料板微观破坏的数字散斑分析

为了对U_3Si_2-Al弥散型复合燃料板破坏的微观机理与演化过程进行深入分析,为其在实际服役失效过程提供一定的参考,采用带加载台的扫描电镜实时观测U_3Si_2-Al弥散型燃料板拉伸与弯曲的变形过程,通过数字散斑相关技术,将不同变形阶段的扫描电镜照片进行相关分析,得到燃料板的位移场分布,进而分析其变形演化过程与微观破坏机理。结果表明,U_3Si_2-Al弥散型复合燃料板的破坏模式主要表现为芯体裂纹的萌生、扩展和失效,芯体与包壳冶金结合性能较好,拉伸及弯曲过程中未出现明显的剪切破坏。

界面反应引起弥散型燃料的芯体结构演化

在反应堆运行工况下 ,U3Si2 Al弥散型燃料的燃料颗粒与基体的界面相互扩散形成反应层 ,从而导致芯体结构的演化。本文根据Monte Carlo原理建立了弥散型燃料芯体的模拟方法 ,并用该方法模拟了燃料相体积分数为43 %和具有一定尺寸分布的球形燃料颗粒在芯体中的空间随机排列。根据所模拟的13551个颗粒样本 ,计算了反应层厚度从0到16μm变化时引起的芯体结构演化 ,其中包括U3Si2 燃料相体积分数、反应层体积分数、铝基体体积分数。

U_3Si_2-Al燃料板芯体X射线检测系统

介绍了所研制的U3Si2-Al燃料板芯体X射线数字化检测系统,该检测系统将数字化成像技术和自动化运行技术应用于燃料板芯体检测中,实现了芯体测量和定位。该系统主要由工件自动装卸单元,图像采集单元,运动控制及钻孔单元和图像自动分析软件单元构成。本套系统具有图像还原准确、测量精度高、自动化程度高等优点,在实际工程应用中具有重要意义。

U_3Si_2-Al燃料肿胀特性研究

基于扩散动力学建立了辐照条件下U_3Si_2-Al反应层生长模型和燃料肿胀模型,并结合中国工程试验堆(CENTER)燃料辐照试验数据,验证了上述模型的有效性和适用性。结果表明,反应层生长模型与现有辐照后测量数据的符合程度较好,可用于U_3Si_2-Al弥散燃料肿胀特性计算;燃料肿胀模型对于预测CENTER燃料元件的肿胀率具有保守性。

板状燃料富集度对燃料性能的影响研究

核燃料的富集度对燃料性能有着重要的影响。为探究燃料富集度对U3Si2-Al板状燃料性能的影响,本研究基于BEEs-Plates/OpenMC/ZEBRA耦合程序,针对15%、20%和25%富集度的组件开展了中子物理-热工水力-燃料性能耦合计算,并分析了组件平均燃耗达125.71 GWd·tU^(-1)时的中子物理参数和燃料性能参数。计算结果表明,燃料组件富集度越高,其体积应变、蠕变应变和塑性应变越大。对中子物理参数的分析结果表明,25%富集度的组件功率密度比15%富集度的组件高出约18%,且富集度越高的组件最大燃耗也越大。对燃料性能参数的分析结果表明,25%富集度的组件塑性应变比15%富集度的组件最大高约40%,说明富集度越高的组件越容易发生失效。

Y_2O_3-Al_2O_3-Si_2N_2O系统相关系

本文研究了Y_2O_3-Al_2O_3-Si_2N_2O系统的亚固相关系和1550℃的等温面相关系。研究结果表明,Si_2N_2O可与小于15mol％的Al_2O_3形成O′-Sialon(O′_(s.s.))。2Y_2O_3·Si_2N_2O可与2Y_2O_3·Al_2O_3形成连续固溶体(J_(s.s.)).在Y_2O_3-Al_2O_3-Si_2N_2O系统的Si_2N_2O一端,Si_2N_2O与Y_2O_3会反应生成Si_3N_4和Y_(10)[SiO_4]_6N_2(H相)。因此在该系统中有四个四元相区:H-Si_2N_2O-O′_(s.s.)-Si_3N_4,H-3Y_2O_3·5Al_2O_3-O′_(s.s.)-Si_3N_4,H-3Y_2O_3·5Al_2O_3-Y_2O_3·Si_2N_2O-Si_3N_4,H-3Y_2O_3·5Al_2O_3-Y_2O_3·Si_2N_2O-J_(s.s.).在1550℃等温面相图中,在近Al_2O_3-Si_2N_2O系统一边有一个很大的液相区。其低共熔组成为:Y_2O_3:2Si_2N_2O:2Al_2O3,T=1450℃。

中国先进研究堆燃料组件设计及试验进展

燃料组件是中国先进研究堆(CARR)的核心部件,燃料组件设计成平板型,使用低浓铀U_3Si_2-Al弥散体燃料。经多项堆内外验证试验证明:在设计要求条件下,燃料组件结构稳定,使用安全。

中国先进研究堆燃料板性能试验研究和行为评述

文章介绍中国先进研究堆燃料板及其性能试验结果,并对燃料行为进行了评述。通过对铀密度为4.3g/cm3的U3Si2Al弥散体燃料和包壳材料的热物性测量、包壳的腐蚀试验、燃料板的机械性能测量、热循环和辐照性能试验,可以确认,燃料板在最高温度不超过起泡温度(550℃)情况下一般不会破损,裂变产物不会从燃料板泄漏。燃料芯体能够经受温度高达400℃的多次热循环,芯体不开裂,不碎化,芯体与包壳之间的结合、U3Si2颗粒与基体铝结合良好。温度直到250℃,燃料板不会产生变形。在热流密度直到4.0MW/m2、芯体最高温度为230℃、样品辐照燃耗达71.8%(原子百分数)条件下,燃料板无变形和损伤,燃料板肿胀不明显。

“夹心饼干”式弥散型复合燃料板的断裂机理

U3Si2 - Al弥散型复合燃料板元件是新发展的一种低浓化的研究堆燃料。该元件制备工艺复杂 ,使用环境特殊 ,加工环节对燃料板力学性能影响较大。而燃料板的力学性能优劣则是保证研究堆可靠使用的必要条件。因此 ,对研究堆使用的 U3Si2 - Al弥散型复合燃料板元件 ,通过扫描电镜对试件的拉伸断裂断口形貌、断口中芯体与包壳分布进行了分析与检测 ,并且讨论了燃料板的拉伸强度与断口间存在的关系 ,得到了燃料板断裂机理为芯体脆断导致包壳快速失效 ,拉伸断裂的决定因素是芯体的断裂延伸率 ,含 U3Si2 - Al弥散型复合燃料板比非退火态的铸铝延伸率要低。