[发明专利]一种包覆燃料颗粒的压碎强度的测试方法

说明书

本发明提供一种包覆燃料颗粒的压碎强度的测试方法，包覆燃料颗粒由内而外依次包括：燃料核心、缓冲层、内致密热解碳层、陶瓷球壳、外致密热解碳层，所述方法包括以下步骤：S₁：对所述包覆燃料颗粒进行第一次高温氧化处理，以去除外致密热解碳层；S₂：对去除了外致密热解碳层的包覆燃料颗粒的陶瓷球壳进行激光打孔；S₃：对已完成激光打孔的包覆燃料颗粒进行第二次高温氧化处理，以去除内致密热解碳层和缓冲层；以及S₄：在材料试验机上测试经过上述处理的包覆燃料颗粒的压碎强度值。根据本发明，避免了现有技术中的半球法和圆环法的固有误差缺陷，提供了一种制样简单快捷，能批量处理，最重要的是测量误差大大降低的压碎强度的测试方法。

技术领域

本发明属于材料性能检测技术领域，更具体地涉及一种包覆燃料颗粒的压碎强度的测试方法。

背景技术

包覆燃料颗粒在高温气冷堆、固态熔盐堆、超高温反应堆和Candu堆等堆型中具有广泛的应用价值[K.Minato,Advanced Concepts in TRISO Fuel.(2012),215-236]。参见图1，包覆燃料颗粒主要由铀、钍基燃料核芯1和外层实现特定功能的包覆层构成。包覆层又主要包括缓冲层2、内致密热解碳层3、陶瓷球壳层4和外致密热解碳层5。其中，陶瓷球壳层阻挡裂变气体和固体的释放；承受颗粒内CO、CO₂和其他裂变气体的内压；保持包覆燃料颗粒的完整性，因此陶瓷球壳层是最主要的承压层和阻挡层，它的性质直接决定燃料的安全性能，是反应堆安全的第一道屏障。目前使用的陶瓷球壳主要包括：SiC球壳，ZrC球壳和B₄C球壳这样三种。

当燃料颗粒内部裂变气体的压力超过包覆层材料的强度时，陶瓷球壳层就会破损而导致放射性裂变产物释放。因此一旦陶瓷球壳层破损，便认为包覆燃料颗粒失效。因此陶瓷球壳的压碎强度是衡量包覆燃料颗粒质量的最重要指标之一。

目前测试陶瓷球壳层的压碎强度的主要方法包括圆环法和半球法。程碧华等人[程碧华，张冬梅等，第18卷1997年6月，第3期]以SiC球壳为例，采用的圆环法是将包覆燃料颗粒镶样后，通过研磨抛光将赤道面两侧的球冠去掉，剩下SiC球壳的圆环，之后将这样一定数量的圆环分别测试。很明显，这样的测试方法很容易产生误差：一是由于包覆燃料颗粒的粒径分布在一个范围，最终得到的圆环并不是每个都是沿赤道面对称的；二是在计算过程中将球状圆环近似为圆柱形产生的误差。Brian C等人[Brian C.Journal of NuclearMaterials 477(2016)263-272]采用的半球法是将包覆颗镶样后，通过研磨抛光将赤道面一侧的球冠去掉，将剩下的半球作为测试样品，这种方法同样存在磨样过程中产生的误差，由于包覆燃料颗粒的粒径分布在一个范围，因此有的半球状样品可能只是一个很小的球冠，有的则是超过赤道面的一个球冠。因此，需要一种更为精确的测试方法，从而减小测试包覆燃料颗粒的压碎强度的误差。

发明内容

本发明的目的是提供一种包覆燃料颗粒的压碎强度的测试方法，从而解决现有技术中包覆燃料颗粒的压碎强度的测量误差较大的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

提供一种包覆燃料颗粒的压碎强度的测试方法，所述包覆燃料颗粒由内而外依次包括：燃料核心、缓冲层、内致密热解碳层、陶瓷球壳、外致密热解碳层，所述测试方法包括以下步骤：S₁：对所述包覆燃料颗粒进行第一次高温氧化处理，以去除外致密热解碳层；S₂：对去除了外致密热解碳层的包覆燃料颗粒的陶瓷球壳进行激光打孔；S₃：对已完成激光打孔的包覆燃料颗粒进行第二次高温氧化处理，以去除内致密热解碳层和缓冲层；以及S₄：在材料试验机上测试经过上述处理的包覆燃料颗粒的压碎强度值。