[其他]核燃料燒結(jié)體及其制造方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 87102343
• 申請日: 1987-03-24
• 公開（公告）號: CN87102343A
• 公開（公告）日: 1987-10-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬丁·皮斯;沃爾夫?qū)ざ酄?/a>
• 申請（專利權(quán)）人: 克拉夫特沃克聯(lián)合公司
• 主分類號: G21C3/62
• 分類號: G21C3/62;G21C7/04;G21C21/00;C04B35/51
• 代理公司: 中國專利代理有限公司
• 代理人: 楊松堅(jiān),曹恒興

本發(fā)明涉及在燒結(jié)基體中，混有中子毒物（吸收劑，poison）的一種UO₂或（U，Pu）O₂和（U，Th）O₂的混合氧化物的核燃料燒結(jié)體，以及制造這種核燃料燒結(jié)體的方法。

這類核燃料燒結(jié)體及其制造方法已由德國專利說明書3144684公開。中子毒物是由烯土元素尤其是釓組成。為了制造這種核燃料燒結(jié)體，將UO₂原料粉末與稀土氧化物粉末（Gd₂O₃）混合，并將混合物壓制成壓塊，并在1500°～1750℃溫度下，于還原性燒結(jié)氣氛中經(jīng)過熱處理。當(dāng)壓塊的加熱速度為1℃/分～10℃/分時，保持上述溫度的時間為1～10小時。

核反應(yīng)堆燃料元件的燃料棒填滿了這種核燃料燒結(jié)體。稀土元素，特別是釓，在中子物理學(xué)上是可燃中子毒物，這種毒物當(dāng)核反應(yīng)堆燃料元件在核反應(yīng)堆中停留一定時間以后，其毒化中子的特性就會失去。核反應(yīng)堆燃料元件是在例如三個連續(xù)而通常長度相等的燃料元件周期內(nèi)用于核反應(yīng)堆的。在一個燃料元件周期的末尾，核反應(yīng)堆中的部分核反應(yīng)堆燃料元件被新的未受幅照的核反應(yīng)堆燃料元件取代。如果燃料元件周期相當(dāng)長，則置入核反應(yīng)堆內(nèi)的新核反應(yīng)堆燃料元件中的稀土元素（特別是釓）直至第一個燃料元件周期的末尾還未完全耗盡。這就是所謂的剩余毒化，它導(dǎo)致核反應(yīng)堆下一個燃料元件周期開始時產(chǎn)生不希望有的反應(yīng)性降低。

本發(fā)明的任務(wù)在于提供一種在較長周期的燃料元件中能防止上述反應(yīng)性降低的核燃料燒結(jié)體。

為了完成這個任務(wù)，在本文一開始就已提及的本發(fā)明的這種核燃料燒結(jié)體的技術(shù)特征在于，中子毒物的化合物形式為UBx（X＝2，4和/或12）和/或B₄C。

在中子物理學(xué)上硼也是一種可燃中子毒物。對于周期為12個月的燃料元件，釓具有最佳燃料特征，而對于周期為18個月的燃料元件，硼具有最佳燃料特征。

燒結(jié)基體中的含硼量最高為5%（重量）是適宜的，而在100ppm～1%（重量）范圍內(nèi)則是有利的。

為利于制造本發(fā)明的核燃料燒結(jié)體，在混合物成分UO₂-，PuO₂-，ThO₂-，（U，Pu）O₂-和（U，Th）O₂粉末中，至少有一種成分與UBx（X＝2，4和/或12）粉末和/或B₄C粉末混合制成壓塊，接著進(jìn)行燒結(jié)。

可以表明在采用這種硼化合物的條件下，硼在燒結(jié)時實(shí)際上并沒有逸出，而是留在所得到的核燃料燒結(jié)體的燒結(jié)基體中。

將形式為UBx和B₄C的化合物通過適當(dāng)?shù)姆绞缴⒉嫉胶巳剂蠠Y(jié)體的整個燒結(jié)基體中，這種散布最好是均勻散布。

此外，采用UO₂-，PuO₂-，ThO₂-，（U，Pu）O₂-和（U，Th）O₂-粉末的混合物成分也是可取的，其總的含氟量小于100ppm。由于含氟量較少，燒結(jié)時硼的逸出更加受到遏制。

如果采用平均顆粒直徑為5～100微米的UO₂-，PuO₂-，ThO₂-，（U，Pu）O₂-和（U，Th）O₂-粉末的混合物成分也是可取的。這種粉末特別松散，因此可促使UBx-和B₄C-粉末均勻混合。

正如在德國專利說明書3144684中所介紹的并且在本文開始時所給出的方法，燒結(jié)可在還原性燒結(jié)氣氛中（例如在純氫氣氛中）進(jìn)行。

但是也可根據(jù)德國專利說明書3142447所介紹的方法進(jìn)行燒結(jié)，把同樣含有UBx-和/或B₄C-粉末的壓塊在1000°～1400℃處理溫度下，先后相繼置于氧化性氣氛和還原性氣氛中進(jìn)行熱處理。對于氧化性氣氛，例如可用二氧化碳;而還原性氣氛，例如可用氫氣。如壓塊含有B₄C，則用CO₂作為氧化性氣氛時，燒結(jié)中硼的損失甚至于完全能夠避免。

從美國專利說明書3427222（實(shí)施例1）中，雖然已知由UO₂制成的核燃料燒結(jié)體以硼作為中子毒物，但是所述硼并非混合在核燃料燒結(jié)體的燒結(jié)基體中，而是存在于含有硼化合物的表面層，并是經(jīng)過如噴射方法敷加到核燃料燒結(jié)體上。