[发明专利]环形二氧化铀芯块制备方法

说明书

技术领域

本发明属于核燃料元件芯块制备技术领域，具体涉及一种环形二氧化铀芯 块制备方法。

背景技术

随着核电技术的发展，研究人员对燃料元件的尺寸与结构及内部核燃料芯 块的尺寸、形状、排布等也做了相应的改进，使反应堆安全性不断提高，更使 反应堆功率进一步增大，同时铀的有效利用率也得到了不断提高。

国内目前只有中核建中核燃料元件有限公司生产的VVER-1000燃料组件中 使用一种类似于环形芯块的中孔芯块，芯块的外径约为7.57mm，中心孔直径为 1.3mm～1.9mm，内径较小，就像是在实心芯块轴向上打了一个通孔，而且这种 中孔芯块内径公差范围高达0.6mm，而且燃料组件只在芯块外壁增加一层包壳 管，和目前普遍采用的燃料组件单包壳管制造方式区别不大。

新型环形芯块与VVER-1000燃料组件及AP1000燃料组件中环形芯块最大 的区别在于，VVER-1000及AP1000使用的环形芯块都是和实心芯块排在一起 装入包壳管中，芯块外面仅有一层包壳管。而新型环形芯块内外壁都可以装包 壳管，新型环形芯块外径为14.08mm～14.12mm、中心孔直径为9.90mm～ 9.96mm，内径公差范围仅有0.06mm。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型环形二氧化铀芯块制备方法。

为达到上述目的，本发明所采取的技术方案为：

一种环形二氧化铀芯块制备方法，将UO₂粉末制粒；将环形的阴模、环形 的下冲头和芯杆固定，下冲头套在芯杆外部，阴模套在下冲头外部，阴模下部 设置有支撑杆，将称量过的UO₂粉末装填在阴模与芯杆形成的环形空间内；将 环形的上冲头放入阴模与芯杆形成的环形空间内，利用压机将UO₂粉末压制成 型UO₂生坯；取出上冲头，利用脱模顶块将UO₂生坯脱模，取出环形UO₂生坯； 将UO₂生坯烧结成UO₂芯块；对芯块外径进行磨削。

所述的环形二氧化铀芯块制备参数如下：制粒压力:40～65kN；压制压力： 15～25kN，可根据粉末压制性能适当调整压力；烧结温度：1600℃～1690℃； 烧结时间：21小时；烧结气氛：氢气；烧结压力：微正压。

本发明所取得的有益效果为：

(1)本发明制备的UO₂环形芯块既能应用于单包壳燃料组件，也能应用于 双包壳燃料组件。(2)本发明丰富了国内对核燃料元件制造方式的研究，为以 后通过使用环形芯块的燃料组件，不断提高反应堆的安全性能，增大反应堆功 率，进一步提高铀的有效利用率打下了基础。(3)本发明确定了环形芯块模具 的设计方法，并通过一系列试验对设计的环形芯块模具的可使用性进行了验证， 环形芯块模具可行有效。(4)本发明确定了重水堆核燃料芯块制备生产线生 产环形芯块的可行性，为后续生产和科研提供了参考和依据。(5)本发明创造 了一整套从试验、设计到所需设备、工装准备，进而应用于生产的环形芯块制 备方法，对以后的环形芯块的进一步研究和实际应用，具有重大意义。

附图说明

图1为环形芯块成型模具的阴模结构图；

图2为环形芯块成型模具的上冲头结构图；

图3为环形芯块成型模具的下冲头结构图；

图4为环形芯块成型模具的芯杆结构图；

图5为环形UO₂生坯压制过程中装填粉末步骤示意图；

图6为环形UO₂生坯压制过程中压制成型步骤示意图；

图7为环形UO₂生坯压制过程中生坯脱模步骤示意图；

图中：1、UO₂粉末；2、阴模；3、芯杆；4、支撑杆；5、下冲头；6、上 冲头；7、脱模顶块。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

如图1—图7所示，本发明所述环形二氧化铀芯块制备方法如下：