專利名稱:環(huán)形UO₂燃料芯塊的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種核燃料的制備方法，具體涉及一種環(huán)型UO2燃料芯塊的制備方法。
技術(shù)背景
目前世界上絕大多數(shù)核反應(yīng)堆均使用UO2燃料發(fā)電，早期的燃料均采用實(shí)心 UO2;為了降低核電站總發(fā)電成本，改善運(yùn)行電站經(jīng)濟(jì)性的一個(gè)方法是提高它們的功率密度。UO2燃料從實(shí)心型轉(zhuǎn)換到環(huán)型對(duì)于提高功率密度有幾個(gè)重大意義1.使用環(huán)形芯塊降低了燃料溫度，減小了燃料和包殼之間的差式熱膨脹，降低了芯塊的環(huán)脊高度；2.降低了由裂變產(chǎn)物引起的腫脹，從而減小了燃料芯塊與包殼之間的相互作用(PCI效應(yīng))，使用環(huán)形芯塊降低了裂變氣體的釋放，增加了對(duì)內(nèi)壓限制的裕度；3.降低了芯塊的貯能， 在失水事故(LOCA)的情況下，降低了峰值包殼溫度和氧化量。美國(guó)在2000年前后提出 了環(huán)型燃料芯塊的概念，如 2001 年 Nuclear Energy Research Initiative(NERI)的 《NUCLEAR FUEL CYCLE TECHNOLOGY AND POLICY PROGRAM (Final R印ort)》163-237 頁中所公開的"High Performance Fuel Design for Next Generation PWRs，，禾口 2003 年 226 其月〈〈Nuclear Engineering and Design〉〉第 267—275 頁中所公開白勺"Development of a thermal-hydraulic analysis code for annular fuel assemblies" l^XM, 2004 ^ 146 M 《Nuclear Technology》第 165-180 頁所公開的“Mechanical Analysis of High power Internally Cooled Annular Fuel，，
上述文獻(xiàn)主要涉及環(huán)型U02燃料的概念與使用經(jīng)濟(jì)性分析；環(huán)型UO2鈾燃料的單棒的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及熱工水力方面的理論計(jì)算；環(huán)型UOjft燃料組件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、輻照以及熱工水力方面的理論計(jì)算等，均未涉及環(huán)型UO2燃料制備技術(shù)。
經(jīng)檢索，未見制備環(huán)型UO2燃料的相關(guān)報(bào)導(dǎo)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種環(huán)型UO2燃料的制備方法。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的
—種環(huán)型UO2燃料芯塊的制備方法，步驟如下
(1)將有機(jī)單體丙烯酰胺、交聯(lián)劑亞基雙丙烯酰胺、分散劑聚丙烯酸銨與去離子水混合制備出預(yù)混液；其中所用去離子水為100ml，所用有機(jī)單體丙烯酰胺與交聯(lián)劑亞基雙丙烯酰胺，兩者以克計(jì)量的重量混合比例為20 60 1，分散劑聚丙烯酸銨用量為1 5 克；
(2)在球磨機(jī)中加入600 800克U3O8粉末，將配制的預(yù)混液加入其中，球磨分散 3 6小時(shí)，制備出固相含量彡60VOl%、粘度彡IPa · s的U3O8漿料；
(3)往漿料中加入引發(fā)劑過硫酸銨0.5 :3ml，催化劑四甲基乙二胺0. 1 lml，混合均勻；
(4)將混合均勻的漿料加入到成型模具中，靜置20 60分鐘，漿料完全凝固后，脫去模具，得到所需的環(huán)型U3O8生坯；
(5)將環(huán)型U308生坯在溫度60°C 80°C、濕度80% 95%下干燥對(duì)小時(shí)，在 5800C _600°C脫粘3 4小時(shí)；
(6)將脫粘后的環(huán)型U3O8生坯，在氫氣氛中、1730士 10°C溫度下燒結(jié)2 3小時(shí)， 得到環(huán)型UO2燃料芯塊。
本發(fā)明的效果在于制成的環(huán)型UO2燃料，具有生坯坯體密度均勻，相對(duì)密度可達(dá) 60% 70%，有機(jī)物含量< IOwt^，抗彎強(qiáng)度> 20MPa ；初坯可經(jīng)受機(jī)械加工，可對(duì)尺寸進(jìn)行精確控制，將燒結(jié)體的尺寸磨削加工余量降到最低。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1
1.在IOOml去離子水中加入丙烯酰胺10g、亞基雙丙烯酰胺0. 5g，聚丙烯酸銨lg， 制備出預(yù)混液，其中丙烯酰胺與亞基雙丙烯酰胺的重量比為20 1 ；
2.在球磨機(jī)中加入500gAl203磨球、800g U3O8粉末，將配制的預(yù)混液加入其中球磨分散3小時(shí)，將漿料與Al2O3球分離，制備出固相含量彡60Vol%、粘度彡IPa · s的U3O8料漿；
3.在U3O8料漿中加入過硫酸銨0. 5ml、四甲基乙二胺0. 1ml，混合均勻；
4.將混合均勻的料漿灌注到成型模具中，室溫下靜置20分鐘，料漿完全凝固，脫去模具，得到環(huán)型U3O8生坯。
5.將環(huán)型U3O8生坯在溫度60°C、濕度80%環(huán)境中干燥M小時(shí)，在600°C以下脫粘 3小時(shí)。
6.將脫粘后的環(huán)型U3O8生坯，在氫氣氛中、1730°C溫度下燒結(jié)2小時(shí)，得到環(huán)型UO2 燃料芯塊。
實(shí)施例2
1.在IOOml去離子水中加入丙烯酰胺10g、亞基雙丙烯酰胺0. 25g、聚丙烯酸銨 3g，制備出預(yù)混液，其中丙烯酰胺與亞基雙丙烯酰胺的重量比為40 1 ；
2.在球磨機(jī)中加入500gAl203磨球、600g U3O8粉末，將配制的預(yù)混液加入其中球磨分散4h，將漿料與Al2O3球分離，制備出固相含量彡60Vol%、粘度< IPa · s的U3O8料漿；
3.在U3O8料漿加入過硫酸銨2ml、四甲基乙二胺0. 5ml，混合均勻；
4.將混合均勻的料漿灌注到成型模具中，室溫下靜置40分鐘，料漿完全凝固后， 脫去模具，得到環(huán)型U3O8生坯。
5.環(huán)型U3O8生坯在溫度70°C、濕度90%環(huán)境中干燥對(duì)小時(shí)，在600°C以下脫粘 3. 5小時(shí)。
6.脫粘后的環(huán)型U3O8生坯，在氫氣氛中、1730°C溫度下燒結(jié)2. 5小時(shí)，得到環(huán)型UO2 燃料芯塊。
實(shí)施例3
1.在IOOml去離子水中加入丙烯酰胺12g、亞基雙丙烯酰胺0. 2g、聚丙烯酸銨5g， 制備出預(yù)混液，其中丙烯酰胺與亞基雙丙烯酰胺的重量比為60 1 ；
2.在球磨機(jī)中加入500gAl203磨球、600g U3O8粉末，將配制的預(yù)混液加入其中球磨分散他，將漿料與Al2O3球分離，制備出固相含量彡60Vol%、粘度< IPa · s的U3O8料漿；
3.在U3O8料漿加入過硫酸銨3ml、四甲基乙二胺Iml，混合均勻；
4.將混合均勻的料漿灌注到成型模具中，室溫下靜置60分鐘，料漿完全凝固后， 脫去模具，得到環(huán)型U3O8生坯。
5.環(huán)型U3O8生坯在溫度80°C、濕度95%環(huán)境中干燥M小時(shí)，在600°C以下脫粘4 小時(shí)。
6.脫粘后的環(huán)型U3O8生坯，在氫氣氛中、1730°C溫度下燒結(jié)3小時(shí)，得到環(huán)型UO2 燃料芯塊。
權(quán)利要求
1. 一種環(huán)型UO2燃料芯塊的制備方法，步驟如下(1)將有機(jī)單體丙烯酰胺、交聯(lián)劑亞基雙丙烯酰胺、分散劑聚丙烯酸銨與去離子水混合制備出預(yù)混液；其中所用去離子水為100ml，所用有機(jī)單體丙烯酰胺與交聯(lián)劑亞基雙丙烯酰胺，兩者以克計(jì)量的重量混合比例為20 60 1，分散劑聚丙烯酸銨用量為1 5克；(2)在球磨機(jī)中加入600 800克U3O8粉末，將配制的預(yù)混液加入其中，球磨分散3 6小時(shí)，制備出固相含量彡60VOl%、粘度彡IPa · s的U3O8漿料；(3)往漿料中加入引發(fā)劑過硫酸銨0.5 :3ml，催化劑四甲基乙二胺0.1 lml，混合均勻；(4)將混合均勻的漿料加入到成型模具中，靜置20 60分鐘，漿料完全凝固后，脫去模具，得到所需的環(huán)型U3O8生坯；(5)將環(huán)型U3O8生坯在溫度60V 80 °C、濕度80 % 95 %下干燥M小時(shí)，在 5800C _600°C脫粘3 4小時(shí)；(6)將脫粘后的環(huán)型U3O8生坯，在氫氣氛中、1730士10°C溫度下燒結(jié)2 3小時(shí)，得到環(huán)型Uh燃料芯塊。
專利摘要
本發(fā)明公開一種核燃料制備方法，步驟是將丙烯酰胺、亞基雙丙烯酰胺、聚丙烯酸銨與去離子水混合制備出預(yù)混液；在球磨機(jī)中加入U(xiǎn)3O8粉末，再加入預(yù)混液，球磨分散制備出固相含量≥60vol％、粘度≤1Pa·s的U3O8漿料；往漿料中加入硫酸銨和四甲基乙二胺，混合均勻注入模具中，漿料凝固，脫去模具，得到環(huán)型U3O8生坯；在溫度60～80℃、濕度80％～95％下將生坯干燥，在580℃-600℃脫粘；脫粘的環(huán)型U3O8生坯在氫氣氛、1730±10℃溫度下燒結(jié)，得到環(huán)型UO2燃料芯塊。優(yōu)點(diǎn)是芯塊初坯相對(duì)密度達(dá)60％～70％、抗折強(qiáng)度20MPa以上，經(jīng)受機(jī)械加工、尺寸精確控制，將燒結(jié)體尺寸磨削加工余量降到最低。
文檔編號(hào)G21C21/02GKCN101740150 B發(fā)布類型授權(quán) 專利申請(qǐng)?zhí)朇N 200910263465
公開日2012年4月18日 申請(qǐng)日期2009年12月17日
發(fā)明者代勝平, 左國(guó)平, 徐威, 楊勇飛, 楊忠波, 楊靜, 江濤, 王曉敏, 許奎 申請(qǐng)人:中國(guó)核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan