基本介紹
- 中文名：彌散燃料
- 外文名：dispersion fuel
彌散燃料將燃料顆粒均勻彌散在非裂變基體材料中構成的一種混合燃料。彌散的顆粒稱燃料相，其尺寸很小，以保證基體的連續性。燃料相為陶瓷燃料，基體相為金屬的彌散體，叫做金屬陶瓷燃料；燃料相為包覆燃料顆粒，基體相為石墨的彌散體，習慣上稱為包覆顆粒燃料。
彌散燃料是為提高燃料元件的傳熱效率和加深燃耗而設計的。它兼有陶瓷和金屬的優點。其設計原則是:燃料顆粒的尺寸要大於裂變產物的射程，使裂變產物引起的損傷基本上局限於燃料內，燃料元件可以達到更高的燃耗。裂變產物在鈾中的射程約7μm，在鋁中約14μm，彌散相大小選取100~600μm；彌散燃料的性質基本上與基體材料的相同，只要選用合適的連續相，就可以使燃料元件具有較好的導熱性能和較高的強度和塑性，並耐輻照和腐蝕。常用的燃料顆粒有UAl4、U3Si2、UO2及UC2；基體材料有鋁、不鏽鋼及石墨。
彌散燃料根據彌散相和連續相的類別和燃料結構可分為三類:金屬與金屬，如UAl4-Al，是中國高通量反應堆的燃料；陶瓷與金屬，如U3Si2-Al，是國際研究與試驗堆低濃化(reduced enrichment for research and test reactors， RERTR)計畫推薦的燃料；陶瓷與陶瓷，如(U，Th)O2[或(U，Th)C2]-石墨或碳化矽，是高溫氣冷堆的燃料。
彌散燃料的製造方法隨不同類別而異。對第一類彌散體，可用常規冶金方法，並採用適當的熱處理製得。如含鋁55%~87%(重量)的鈾鋁合金，在冷卻到1003K時由包晶反應先形成部分UAl4；再在稍低於共晶溫度913K下長時間加熱，可得到穩定的UAl4在鋁基體的彌散體。對陶瓷-金屬彌散燃料，可用粉末冶金法制，如U3Si2-Al，先將金屬鈾與高純矽按配比熔煉製成塊狀U3Si2化合物，再在惰性氣氛中粉碎，篩分成44~150μm和小於44μm兩類粉粒；然後將U3Si2粉粒與鋁粉按配比秤重、混料、壓製成型；與鋁合金框架、蓋板、裝配、焊接；經冷軋製成燃料板。最後將燃料板與側板滾壓結合，組裝成組件。包覆顆粒燃料由塗上熱解碳和SiC的微球均勻分散在石墨粉中，壓製成燃料球，再在1073~1173K下使黏結劑碳化，最後在2073K左右的溫度下熱處理製得。
