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    核燃料-陶瓷燃料

    2016/12/14 13:53:33

    陶瓷燃料

    包括鈾、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的熔點很高(2865℃),高溫穩(wěn)定性好。輻照時UO2燃料芯塊內可保留大量裂變氣體,所以燃耗(指燃耗份額,即消耗的易裂變核素的量占初始裝載量的百分比值)達10%也無明顯的尺寸變化。它與包殼材料鋯或不銹鋼之間的相容性很好,與水也幾乎沒有化學反應,因此普遍用于輕水堆中。但是UO2的熱導率較低,核燃料的密度低,限制了反應堆參數(shù)進一步提高。在這方面,碳化鈾(UC)則具有明顯的優(yōu)越性。UC的熱導率比UO2高幾倍,單位體積內的含鈾量也高得多。它的主要缺點是會與水發(fā)生反應,一般用于高溫氣冷堆。

    彌散體燃料

    這種材料是將核燃料彌散地分布在非裂變材料中。在實際應用中,廣泛采用由陶瓷燃
    這樣可以把陶瓷的高熔點和輻照穩(wěn)定性與金屬的較好的強度、塑性和熱導率結合起來。細小的陶瓷燃料顆粒減輕了溫差造成的熱應力,連續(xù)的金屬基體又大大減少了裂變產物的外泄。由裂變碎片所引起的輻照損傷基本上集中在燃料顆粒內,而基體主要是處在中子的作用下,所受損傷相對較輕,從而可達到很深的燃耗。這種燃料在研究堆中獲得廣泛應用。除陶瓷燃料顆粒外,由鈾、鋁的金屬間化合物和鋁合金(或鋁粉)所組成的體系,效果也較好。在彌散體燃料中由于基體對中子的吸收和對燃料相的稀釋,必須使用濃縮鈾。

    包覆顆粒燃料也是一種彌散體系。在高溫氣冷堆中,采用鈾、釷的氧化物或碳化物作為核燃料,并把它彌散在石墨中。由于石墨基體不夠致密,因而要在燃料顆粒外面包上耐高溫的、堅固而氣密性好的多層外殼,以防止裂變產物的外泄和燃料顆粒的膨脹。外殼是由不同密度的熱解碳和碳化硅(SiC)組成的,其總厚度應大于反沖原子的自由程,一般在100~300微米之間。整個燃料顆粒的直徑為1毫米。使用包覆顆粒燃料不僅可達到很深的燃耗,而且大大提高了反應堆的工作溫度,是一種很有前途的核燃料類型。

    以上幾種類型的核燃料都用于非均勻堆。根據(jù)設計要求,可制成帶有包殼的、不同形狀的燃料元件

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