补充资料：高温气冷堆燃料元件制造

高温气冷堆燃料元件制造
fabrication of fuel element for HTGR

　　goowenq一Iengdu一ronl一ao yuonj一on zh一200离通气冷堆姗料元件制造(fabrieation of fuelelement for HTGR)高温气冷堆嫩料元件是包彼顺粒嫩料弥散在石墨基体中的全陶瓷型元件，它的基本组成单元是包砚顺较嫌料(图1).高温气冷堆嫩料元件有球形和棱柱状两种形式(图2)。高温气冷堆嫩料元件的制造一般包括嫌料芯核制备、嫩料芯核包扭和元件制造三个步骤。 然料芯核制备用粉末冶金干法或化学湿法制 造铀、铀一牡或牡氧化物，或碳化 物燃料芯核(直径200~600拌m 的陶瓷徽球)的过程。早期欧洲龙 计划(Dragon Projeet)发展了干 法工艺，现工业上采用溶胶一凝胶 法(湿法)。湿法与干法相比，具 有工序少、无粉尘、适于远距离操 作、得到的徽球质量好和尺寸分 布窄等优点. (l)溶胶一凝胶法:把含铀、铀 一牡或牡的胶体溶液(溶胶)，通过 机械方法分散成形，经胶凝反应 得到凝胶徽球，再经洗涤、陈化、 干澡、锻烧和烧结等工序制造嫌 料芯核。按照胶凝过程的反应类 型有内胶凝法和外胶凝法两种。 内胶凝法的溶胶中，已含有胶凝 化学反应的所有必要试剂，如硝 酸铀酞、尿素和乌洛托品。该溶胶 是弱酸性，在室温下不稳定。当把 处于低温(<10C)的这种溶胶通 过振动喷嘴向90C硅油中分散 成形时，几秒钟内即发生水解反应，生成UO:(OH):胶凝球。外胶凝一沉淀法的溶胶中，如含有硝酸铀酞、有机添加剂和聚乙烯醉，只有把它向氛中分散成形时，才能发生胶凝反应。胶凝反应首先在液滴表面开始，再向内部发展。为了得到碳化物燃料陶瓷徽球.在溶胶中需预先加人碳黑。般为Ar、HZ或它们的混合物。有两种常用的包翻燃料:二层的BIS()顺粒和四层的TRIS〔)顺粒(胜常用的包夜层有三种:疏松热解碳、高密度低温名性热解碳和碳化硅.改变包覆条件(反应气体的红分压、包搜温度、流态床中颖粒的表面积等)可均上述不同的包搜层。 (l)疏松热解碳(P、1.Zt/m3):用乙炔((在14。。~1500C下沉积而成。乙炔在载气Ar咋度为66%~75%(体积). (2)高密度低温各向同性热解碳(P、1.8-m3):用丙烯(C3H。)在1250~1370’C下沉积而万烯在载气Ar中浓度为10%~20%(体积)。沉移度高温各向同性热解碳采用甲烷(CH。)反应气仁积温度较高(1800~2100℃)。从制造和辐照稳定点出发，低温各向同性热解碳较好，但它对金属产物Cs等滞留能力低。因此BISO顺粒用高温名性热解碳;TRIS()颖粒一般用低温各向同性热娜 (3)碳化硅:用甲基三抓硅烷(CHasiC13)在~1700‘C下沉积而成。甲基三抓硅烷在载气HZ呼度约为1.1%(体积)。 球形燃料元件制造德国发展的球床高温气使用球形燃料元件.球形燃料元件的直径为60燃料区的直径为50 mm。球形姗料元件的制造采胶模，冷半(准)等静压工艺，一般分石墨基体瑕备、包搜颖粒“穿衣”、球芯预压、终压成型和护五道工序。 (l)石墨基体粉末制备:按一定比例，把天粥粉、人造石墨粉和猫结剂热塑性酚醛树脂(质量百分别为64%、16%和20%)混合，经混捏、干烦碎和筛分等工序制得石墨基体粉末。 (2)包覆颗粒“穿衣”:用糖衣机(一种药械)在包硬颗粒表面团聚一层100~200拌m厚跳基体粉末。此工序的目的，一是使包筱颖粒在石里中分布均匀，二是防止压制时包搜颖粒互相接触，少破损率。 (3)球芯预压:把“穿衣”过的包极颖粒和石体粉末混合，采用橡胶模半(准)等静压工艺，在压力(3 MPa)下预压燃料为球芯。 (4)终压成型:采用橡胶模半(准)等静压二在300 MPa压力下把石墨基体粉末压制到球芯乡成为球形燃料元件。再经X射线在线检验，并车半成品. (5)热处理:包括在800’C Ar气保护下使树化和在1900℃左右真空下除气与纯化。 棱柱形燃料元件制造美国通用原子(General Atomi。Company，GA)发展的高温气冷粒)o同和到砂浓配11之乳日扮己t/ 丙万密 沉L观哭变〕同良。500勿浓图l包覆颖粒燃料┌─┐│{ │└─┘摊瓜琳喇嗯墨比粉(b)A一A俐面机墨体减叁基赶低乙阮憾樵·司L采 图2高温气冷堆燃料元件 (a)球形燃料元件;(b)梭柱状燃料元件 (2)粉末冶金干法:把UOZ、U3O。或ThOZ粉末和碳黑按一定比例混匀后加人猫结剂，混匀后经团聚过程制粒.成球粒子。再经干燥、锻烧和烧结得到氧化物芯核。为了得到碳化物芯核，需在上述氧化物一碳黑团聚粒子表面再团聚厚约100”m的碳黑，通过加热促成向碳化物转变，最后在高温下(约2500C)熔化成形。 燃料芯核包授燃料芯核在流态床内，在载气作用下呈流态化状态，通过反应气体(碳氢化合物类)在高温下热解，在其表面沉积碳或碳化硅的过程。载气一用此种元件。梭柱形燃料元件由一块六角石墨棱柱构成，高793 mm，对边距360 mm。它上面有204个孔道，其中72个是冷却剂通道，冷却剂通道周围有6个燃料孔道，内装嫩料棒〔图2(b)]。制造分混料、注塑成型、元件装配和热处理四道工序。 (l)混料:把包极顺粒称量后放人金属模中形成颐拉床。 (2)注塑成型:把石墨粉(质量约占30%)和热塑性有机钻结剂(煤沥青或石油沥青)混合，在加热情况下注人顺粒床，制得燃料棒. (3)元件装配:把燃料棒擂人石墨棱柱块的燃料孔道内.石里梭柱块由近各向同性石墨(H一451，IG-110)机加工制成。 (4)热处理:把装配好的棱柱块在1800℃碳化和除气。 德国根据球形燃料元件制造的经验，发展了单块被柱形元件的整体压制工艺，即把预压成型的燃料棒擂人预压成型的棱柱块的孔道内，然后整体压制。 细棒一块形元件制造这种元件在结构上属棱柱形元件，最早为英国提出，日本已在高温工程试验堆(HTTR)中使用.它的燃料棒由环状燃料密实体装在石.套管内构成。环形燃料密实体的制造工艺类似于球形元件，不同的是采用金属模温压(150℃)工艺。
　　

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