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    核燃料-陶瓷燃料

    2016/12/14 13:53:33

    陶瓷燃料

    包括铀、钚等的氧化物、碳化物和氮化物,其中UO2是最常用的陶瓷燃料。UO2的熔点很高(2865℃),高温稳定性好。辐照时UO2燃料芯块内可保留大量裂变气体,所以燃耗(指燃耗份额,即消耗的易裂变核素的量占初始装载量的百分比值)达10%也无明显的尺寸变化。它与包壳材料锆或不锈钢之间的相容性很好,与水也几乎没有化学反应,因此普遍用于轻水堆中。但是UO2的热导率较低,核燃料的密度低,限制了反应堆参数进一步提高。在这方面,碳化铀(UC)则具有明显的优越性。UC的热导率比UO2高几倍,单位体积内的含铀量也高得多。它的主要缺点是会与水发生反应,一般用于高温气冷堆。

    弥散体燃料

    这种材料是将核燃料弥散地分布在非裂变材料中。在实际应用中,广泛采用由陶瓷燃
    这样可以把陶瓷的高熔点和辐照稳定性与金属的较好的强度、塑性和热导率结合起来。细小的陶瓷燃料颗粒减轻了温差造成的热应力,连续的金属基体又大大减少了裂变产物的外泄。由裂变碎片所引起的辐照损伤基本上集中在燃料颗粒内,而基体主要是处在中子的作用下,所受损伤相对较轻,从而可达到很深的燃耗。这种燃料在研究堆中获得广泛应用。除陶瓷燃料颗粒外,由铀、铝的金属间化合物和铝合金(或铝粉)所组成的体系,效果也较好。在弥散体燃料中由于基体对中子的吸收和对燃料相的稀释,必须使用浓缩铀。

    包覆颗粒燃料也是一种弥散体系。在高温气冷堆中,采用铀、钍的氧化物或碳化物作为核燃料,并把它弥散在石墨中。由于石墨基体不够致密,因而要在燃料颗粒外面包上耐高温的、坚固而气密性好的多层外壳,以防止裂变产物的外泄和燃料颗粒的膨胀。外壳是由不同密度的热解碳和碳化硅(SiC)组成的,其总厚度应大于反冲原子的自由程,一般在100~300微米之间。整个燃料颗粒的直径为1毫米。使用包覆颗粒燃料不仅可达到很深的燃耗,而且大大提高了反应堆的工作温度,是一种很有前途的核燃料类型。

    以上几种类型的核燃料都用于非均匀堆。根据设计要求,可制成带有包壳的、不同形状的燃料元件

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