更新时间:2022-08-25 13:50
弥散体燃料指将直径约50~500mm的金属互熔物或陶瓷氧化铀、碳化铀颗粒均匀分布在非燃料结构材料基体中形成的燃料。其主要优点是高燃耗、高传热效率和高强度、塑性和耐蚀性良好。
铝基弥散燃料应用广泛,最早采用铸造铀铝合金,主要是和颗粒弥散在铝基体中;20世纪60年代开始采用粉末冶金法制备的弥散燃料,这样可以把铀含量提高到30-50%,但铀富集度仍降不下来;到20世纪80年代为解决制造上对燃料体积分数的限制,用含有一定量铀铝固溶体的粉末代替或改用和陶瓷,不仅可以提高铀密度,而且可以将铀的富集度降低到防治核扩散所要求的20%以下,而仍满足研究试验堆的极高中子通量要求。到20世纪末,由于-AL弥散燃料不能经济合理地回收,高铀密度U-Mo合金等新一代核燃料被广泛研究。
弥散体燃料芯体由燃料相和基体相组成,采用粉末冶金技术制造,燃料相均匀地分布在基体材料中。
理想的燃料相应有以下特征:(1)235U含量高;(2)有足够的强度,在加工过程中能保持燃料颗粒的形状和大小;(3)在加工和运行温度下,与基体的相容性好;(4)非裂变中子吸收截面低;(5)抗辐照能力强。目前常用作燃料相的又铀月铝、铍的金属间化合物,铀的氧化物、碳化物、氮化物、硅化物等。
理想的基体相应具备以下特征:(1)在运行温度范围内,有足够的蠕变强度和韧性;(2)中子吸收截面低,抗辐照能力强;(3)热导率高;(4)热膨胀系数低,并与燃料相的热膨胀系数相当;(5)包壳和冷却剂材料的相容性好;(6)在加工和使用温度下,不产生析出相。常用作基体相的材料有AL、Mg、Be、Zr、Nb、石墨以及不锈钢等。
弥散燃料广泛应用于世界各国的生产堆、试验堆和动力堆,但主要用于试验堆。其中铝基弥散燃料主要用于生产堆和研究试验队,弥散在BeO中主要应用于一些特殊目的的堆,弥散在Mg中应用在游泳池堆。
尽管可用作弥散型燃料相的铀化合物有很多种,但实际上常用语制造研究试验堆弥散型燃料元件的燃料相主要是、和等。由于研究试验堆元件要求235U的富集度比较高,临界安全的要求也高,而且生产的数量较少,所以很少采用工业规模的连续化大生产的形式。往往是在实验室规模的基础上组织生产,具有批量小、灵活性好、工艺稳定、不联系、易操作等特点。