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《中国科学技术大学》 2020年
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UO_2/Mo弥散型核燃料的制备研究

王平平  
【摘要】:弥散型核燃料作为事故容错燃料中最重要的一种类型,是把含有裂变物质的燃料相颗粒均匀地弥散分布在性能优良的非裂变基体相中而得到的燃料。尤其是以钼为弥散介质的的弥散型核燃料性能更为优异,钼拥有超高的热导率与高熔点,并且还是加速器次临界系统(ADS)的备选材料。但是这种弥散型核燃料在制备过程中,存在着一系列的挑战,包括核燃料微球与弥散介质的界面相容性,以及核燃料芯块的事故容错性。传统弥散型核燃料的制备方法是将核燃料微球直接分散在惰性的介质中,但是由于两种材料的物理性质之间的差异,在高温烧结过程中使得核燃料微球与弥散介质的界面不能很好地融合,出现间隙,从而使整个芯块的热导率降低。在本文中通过对核燃料微球进行表面电性修饰,使得弥散介质的纳米颗粒在电性引力作用下吸附在燃料微球表面,然后再将表面吸附了弥散介质纳米颗粒的核燃料微球与弥散介质混合,使得核燃料微球与弥散介质的界面相容性得到了一定的改善,也使得核燃料芯块的热导率有了一定的提升。对于以钼等金属基质构成的弥散型核燃料有着最优异的性能,但是在事故条件下,金属材料会和水蒸气反应产生氢气,大大降低了核燃料芯块的安全性。针对这一问题,本论文探讨了一种新的方法,利用不同密度和尺寸的微粒在三维旋转混合器中混合时的偏析现象,实现了核(U308-Mo-SiC)-壳(SiC)结构弥散型核燃料芯块的原位制备。这一研究有助于降低以金属为弥散介质的弥散核燃料在事故条件下与水蒸气的反应性,提高核燃料的事故容错性能。
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