氧化石墨烯掺杂UO_(2)芯块制备工艺及性能研究

氧化石墨烯(Graphene Oxide,GO)掺杂改性二氧化铀(UO_(2))芯块是高性能核燃料研究的重点方向之一。为实现GO在UO_(2)芯块中的均匀分布及掺杂量的有效控制,利用固-液混合法和重铀酸铵(Ammonium Diuranate,ADU)共沉淀法制备了不同GO掺杂量的UO_(2)粉末,研究了制粉方法及GO掺杂量对GO在UO_(2)中混合均匀性的影响。采用放电等离子烧结制备了不同GO掺杂量的UO_(2)-GO芯块,探索了不同烧结参数的影响,并对燃料芯块的性能进行测试。结果表明,固-液混合法制备的GO掺杂UO_(2)粉末混合均匀度更好;放电等离子烧结得到的UO_(2)-GO芯块密度最高可达97.6%T.D.;GO掺杂量为1.5 wt.%的芯块在1000℃下的热导率较常规UO_(2)芯块提高了85.9%;制备的UO_(2)-GO芯块晶粒尺寸较为均匀,GO均匀分布在晶界处并形成了桥联导热网络,有效提升了掺杂芯块的热导率。

含铬大晶粒UO_(2)芯块制备

大晶粒高热导的UO_(2)芯块为一种理想的高燃耗核燃料芯块。其制备时需在UO_(2)粉末中添加微量Al 2O_(3)和Cr_(2)O_(3),并依照粉末冶金方式来制备。该燃料芯块晶粒尺寸在30μm以上,密度为96.5%~97%T.D,同时为提升芯块导热性,要求Cr含量要在0.06wt%~0.1wt%。制备过程中,首先通过单一添加确定了两种物质的最优添加量,再选择合适的粉末预处理技术对两种物质进行混合添加试验。结果表明,分别添加0.008wt%~0.01wt%的Al 2O_(3)粉末和0.2wt%~0.3wt%的Cr_(2)O_(3)粉末并采用制粒粉末包裹Cr_(2)O_(3)的方式制得的芯块晶粒度可达到43.3μm,密度为96.8%T.D,Cr含量为0.0864wt%掺铬大晶粒UO_(2)芯块。

核燃料棒芯块^(235)U丰度检测方法研究

核燃料棒中UO_(2)芯块的^(235)U丰度检测是保证核反应堆正常运行的重要环节,根据铀样品能谱谱形,通过迭代拟合算法精确选取目标信号的能量范围,减少了测量精度受UO_(2)芯块年龄的影响,扩大了目标信号能量选取范围,基于小波变换法,过滤无关频率信号,提高了突变信号的识别精度,进一步提高了检测速度。通过模拟存在异常丰度芯块燃料棒检测验证了方法的可行性。

UO_(2)芯块研制实验室初步源项调查

某UO_(2)芯块研制实验室计划退役,为初步掌握该实验室内放射性污染情况,对其进行了初步源项调查,调查内容包括实验室运行历史、表面污染水平、γ辐射剂量水平、气溶胶浓度水平,以及污染面积和污染物项估算等。调查结果显示:该实验室主要污染核素为^(234)U、^(235)U和^(238)U,放射性污染核素单一;实验室内的表面污染水平、γ辐射剂量水平、气溶胶浓度水平较低;地面及墙面污染面积总计约1000 m^(2);退役时需进行去污操作的设备约300台;内部积存各类放射性固体废物约80 m^(3)。因实验室内污染物项种类繁多,各类污染物污染程度差异较大,在进行退役治理时,应将废物做好分类处理,防止交叉污染。

助烧剂增大UO_(2)芯块晶粒研究进展

研制可靠的核燃料是减少核电事故的重要基础。大晶粒芯块因能够有效减少裂变气体释放(FGR)和燃料包壳相互作用效应(PCI),以及具有良好的耐辐照性能而备受青睐。笔者从助烧剂的应用入手,总结了几种特定金属氧化物(Al 2O 3、SiO 2、MnO、Cr 2O 3、Nb 2O 5、TiO 2和U 3O 8)的添加量在芯块制造过程中对UO 2芯块晶粒尺寸的影响,并分析了助烧机理,旨在为类似的研究提供参考。

大晶粒UO_(2)芯块制备的研究现状

为降低核电站维护和燃料循环产生的费用,需要在保证核电站的固有安全性的同时提高核燃料燃耗。作为一种耐事故容错燃料,大晶粒UO_(2)芯块可以通过增大反应堆运行时的裂变气体传输到晶界表面的距离,阻止裂变气体的释放,从而加深反应堆燃料燃耗并延长反应堆燃料元件的运行寿命,具有广阔的应用前景。综述了大晶粒UO_(2)芯块制备的研究进展,分析了大晶粒UO_(2)芯块制备的关键技术。同时,提高原始粉末活性,控制烧结气氛,掺杂微量添加剂,提高烧结温度及延长保温时间均可促进UO_(2)芯块在烧结过程中的晶粒长大。利用添加剂提高UO_(2)芯块的晶粒尺寸效果显著,同时也适合工业生产。未来应对添加剂促进UO_(2)芯块晶粒长大及烧结致密化的机理进行深入研究,为大晶粒UO_(2)芯块的应用提供理论基础。

UO_(2)芯块磨削新型上料装置的研制

针对UO_(2)芯块在制备过程中,有缺陷的烧结芯块在送料、磨削过程中会造成卡料、堵料等异常情况,造成上料设备不同程度的损坏,需要在芯块进入磨削区前进行碎块剔除的问题,研制了一台新型上料装置,通过改进翻转倒料机构,降低倒料高度,设计直线振动筛选装置;通过采集送料装置上的芯块数量,调节上料时间,实现功能更优化的烧结芯块储存、输送及碎块烂屑筛选功能。生产实践证明:该装置可保证烧结芯块中的碎块烂屑最大限度不进入磨床,从而减少磨削过程中的卡堵现象,实现稳定磨削,减少辐射防护风险的目的。

添加硬脂酸铝和二硬脂酸铝制备大晶粒UO_(2)芯块的工艺研究

本文研究了将硬脂酸铝和二硬脂酸铝作为晶粒长大剂,促进UO_(2)芯块晶粒生长的方法的可行性。采用ADU法和IDR法制备基体UO_(2)粉末,并分别添加一定量的晶粒长大剂,进行样品制备试验,检测芯块的晶粒尺寸、杂质成分和微观结构。结果显示,2种晶粒长大剂对UO_(2)芯块晶粒的生长均有显著促进作用。添加量为0.05%时,晶粒尺寸达到最大值,晶粒长大剂表现出的促进趋势基本一致。比较ADU法与IDR法制备的基体UO_(2)粉末,硬脂酸铝对二者晶粒长大的促进效果不同。将硬脂酸铝和二硬脂酸铝作为晶粒长大剂,不会对芯块的杂质含量和微观结构造成不利影响,具有一定的应用价值。