纳米技术在芯块制造中的应用研究

【摘要】：逐渐提高燃料燃耗是降低轻水堆燃料循环费用的途径之一。在高燃耗下,由于燃料芯块裂变气体释放(FGR)增多将导致棒内压升高,气泡的肿胀将增大芯块与包壳管之间的相互作用(PCI效应),这是影响核燃料安全运行的主要问题。提高UO_2芯块内在质量是解决这一问题的有效途径。 本文研究了在芯块制造过程中,添加少量的纳米级Al_2O_3和SiO_2对芯块内在质量的影响。研究表明,添加少量的纳米级Al_2O_3和SiO_2,可以有效地促进UO_2芯块在烧结过程中晶粒的长大,有效地提高UO_2芯块的热稳定性;过量添加则会阻碍UO_2芯块在烧结过程中的密实化,并使芯块表面出现较多的裂纹;芯块的晶粒尺寸与纳米级Al_2O_3及SiO_2的添加量并非线性关系,在20～30μg/g时,芯块尺寸显剧增大,随着添加量的增加,芯块晶粒尺寸缓慢达到最大后将缓慢减小:不同性能的UO_2粉末,芯块晶粒尺寸达到峰值的添加量有差异,但添加量的影响趋势是一致的;添加不同粒度的纳米级Al_2O_3和SiO_2粉末,对芯块晶粒尺寸的影响差异不大:添加少量的纳米级Al_2O_3和SiO_2,促进UO_2芯块晶粒长大的机理是在烧结区发生了液相烧结。