一种金属包覆燃料及其制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111916227A(43)申请公布日2020.11.10(21)申请号202010789730.XG21C3/62(2006.01)(22)申请日2020.08.07G21C21/02(2006.01)(71)申请人中国科学院上海应用物理研究所地址201800上海市嘉定区嘉罗公路2019号申请人上海核工程研究设计院有限公司(72)发明人张锋林俊杨旭郭立华严超曹长青朱智勇尤卢俊强朱丽兵(74)专利代理机构上海智信专利代理有限公司31002代理人余永莉(51)Int.Cl.G21C3/42(2006.01)G21C3/60(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图2页(54)发明名称一种金属包覆燃料及其制备方法(57)摘要本发明提供一种金属包覆燃料及其制备方法，该金属包覆燃料由内而外依次包括：核燃料核芯，疏松金属层以及致密金属层。该方法包括：S1：提供一种核燃料核芯，将其装入高温喷动床，通入氩气，使其处于流化状态；S2：改通入氢气或者氩气，或其混合气体，控制疏松金属层的前驱体在载气中的比例在5～10％V/V之间，从而在核燃料核芯表面包覆疏松金属层；S3：控制致密金属层的前驱体在载气中的比例在0.2～2％V/V之间，从而进一步包覆致密金属层；以及S4：停止通入前驱体，改通入氩气，降温，即得。根据本发明提供的金属包覆燃料具有导热性好、滞留裂变产物能力强、破损率低等优点，可有效提升核燃料安全性和经济性。CN111916227ACN111916227A权利要求书1/1页1.一种金属包覆燃料，其特征在于，所述金属包覆燃料由内而外依次包括：核燃料核芯，包覆于所述核燃料核芯表面的疏松金属层，以及进一步包覆于所述疏松金属层表面的致密金属层。2.根据权利要求1所述的金属包覆燃料，其特征在于，所述疏松金属层的金属为铌、锆、钨中的任意一种或其任意合金，所述致密金属层的金属为铌、锆、钨中的任意一种或其任意合金。3.根据权利要求1所述的金属包覆燃料，其特征在于，所述核燃料核芯包括：UO2、ThO2、UCO陶瓷核芯，或U、Th金属燃料核芯。4.根据权利要求1所述的金属包覆燃料，其特征在于，所述疏松金属层的孔隙率在20～50％，所述致密金属层的孔隙率在1～5％。5.根据权利要求1所述的金属包覆燃料，其特征在于，所述疏松金属层的厚度为5～100μm，所述致密金属层的厚度为10～50μm.6.根据权利要求1所述的金属包覆燃料，其特征在于，所述核燃料核芯的直径在100μm～1000μm之间。7.一种根据权利要求1～6中任意一项所述的金属包覆燃料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：提供一种核燃料核芯，将该核燃料核芯装入高温喷动床，通入氩气，使所述核燃料核芯处于流化状态，升温至设定的温度；S2：改通入氢气或者氩气，或者氩气和氢气的混合气体，控制疏松金属层的前驱体在载气中的比例在5～10％V/V之间，从而在所述核燃料核芯表面包覆疏松金属层；S3：控制致密金属层的前驱体在载气中的比例在0.2～2％V/V之间，从而在所述疏松金属层的表面进一步包覆致密金属层；S4：停止通入前驱体，改通入氩气，降温，即得。8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述前驱体在载气中的比例的控制通过以下方法进行：首先将盛装有固体的前驱体的罐体加热至一定温度，之后通过设定一定流量的氩气、氢气将前驱体带出，再在冷凝管中冷凝，通过冷凝的质量确定前驱体的载带量与罐体温度、载气流量的关系，从而实现前驱体在载气中比例的控制。9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，金属锆层前驱体为氯化锆、碘化锆或者溴化锆；氯化锆沉积温度为1400～1700℃，载气为氢气；溴化锆沉积温度为1200～1500℃，载气为氢气；碘化锆沉积温度为1000～1400℃，载气为氢气或者氩气均可。10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，金属铌层前驱体为五氯化铌，沉积温度为850～1100℃；金属钨层前驱体为六氯化钨，沉积温度为950～1150℃。2CN111916227A说明书1/5页一种金属包覆燃料及其制备方法技术领域[0001]本发明涉及核燃料技术领域，更具体地涉及一种金属包覆燃料及其制备方法。背景技术[0002]传统TRISO颗粒是由燃料核芯和四层包覆层组成。其中包覆层是由沉积在核芯表面的难熔陶瓷材料组成，由内到外这四个包覆层分别为缓冲层、内致密热解炭层、SiC层和外致密热解炭层。各层包覆层对于包容放射性产物、阻挡内压以及保持颗粒完整性发挥着重要作用。[0003]然而，传统的TRISO颗粒存在许多问题，如阿米巴效应所引起的燃料核芯迁移、压力壳式破损所引起的颗粒完整性破坏和裂变产物(钯)对SiC涂层的侵蚀所引起放射性产物的释放等。