[发明专利]一种氮化铀芯块制备方法

说明书

本发明涉及核燃料芯块制备技术领域，具体公开了一种氮化铀芯块制备方法，包括步骤1，氢化‑脱氢样品制备；步骤2，氢化‑脱氢制备铀粉；步骤3，三氮化二铀粉末制备；步骤4，三氮化二铀生坯成型；步骤5，氮化铀芯块烧结。采用本发明方法得到的氮化铀芯块，表面外观良好，其密度、化学成分均满足技术指标要求，可用于新型核反应堆，提高堆芯功率密度，降低裂变产物的释放。

技术领域

本发明属于核燃料芯块制备技术领域，具体涉及一种氮化铀芯块制备方法。

背景技术

氮化铀燃料因其具有高热导、高铀密度、高熔点、中子谱硬、热膨胀系数低、辐照稳定性好、裂变气体释放率低、与液态金属良好的相容性等诸多优良性能，已成为未来空间堆动力、空间核电源、核动力火箭的首选燃料之一，例如，美国在Advanced LMFBR计划中，利用EBR-Ⅱ实验快堆对(U·Pu)N燃料进行了辐照考验；1984年后，美国在SPR-6、SP-100、SAFE、HOMER、Prome-theus等空间核电源和核动力推进专职设计后使用了UN燃料。同时氮化铀燃料也是第四代核能系统的重要候选燃料之一，例如，美国的SSTARHPM小型反应堆，以及俄罗斯的SVBR-75/100小型反应堆均设计了UN燃料。国际上在第四代核能系统的规划方面，已将氮化铀燃料作为铅冷快堆(简称LFR)以及钠冷快堆(简称SFR)等两种堆型的重要候选燃料。

然而，采用当前现有制备方法得到的UN芯块，纯度无法保证，同时芯块致密度偏低，适用范围窄，存在诸多缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种氮化铀芯块制备方法，能够制得较高密度的氮化铀芯块。

本发明的技术方案如下：

一种氮化铀芯块制备方法，包括以下步骤：

步骤1，氢化-脱氢样品制备；

步骤1.1，将铀块车成金属薄片，以利于在氢化时与氢气有较高的接触面积；

步骤1.2，先将铀片置入硝酸中浸泡，去除表面氧化膜，再用无水乙醇清洗，去除铀片表面的残留酸液；

步骤2，氢化-脱氢制备铀粉；

步骤2.1，将清洁处理后的铀片放入氢化-脱氢反应釜中，向氢化-脱氢反应釜中通入氢气，升温至230～280℃，开始氢化反应，氢化反应时间为3～5h；

步骤2.2，氢化反应结束后将温度升至540～600℃，进行脱氢反应，脱氢反应的时间为3-5h，使UH₃发生裂解，释放H₂；

步骤2.3，重复步骤2.1和2.2，循环进行氢化-脱氢反应，循环次数为2～4次，制得铀粉；

步骤3，三氮化二铀粉末制备；

步骤3.1，向氢化-脱氢反应釜中通入氮气，进行氮化反应；

步骤3.2，重复步骤3.1，进行2～5次氮化反应，制得三氮化二铀粉末；

步骤4，三氮化二铀生坯成型；

称取一定量的三氮化二铀粉末装入成型模具中，压制压力为15±2.0kN，升压速率为0.8～1.0kN/s，成型保压时间为10～15s，进行生坯成型压制，得到三氮化二铀生坯；

步骤5，氮化铀芯块烧结；

将三氮化二铀生坯在真空气氛下进行烧结，在烧结过程中三氮化二铀生坯分解、致密化得到氮化铀芯块。

步骤2.1，向氢化-脱氢反应釜中通入0.13～0.17MPa、纯度为99.99％的氢气。

步骤3.1，向氢化-脱氢反应釜中通入0.12～0.15MPa、纯度为99.999％的氮气。