燃料芯塊簡稱“芯塊”。組成棒狀燃料元件的最小單元。通常，若干塊燃料芯塊用一根包殼管加以包覆。近代動力堆大多採用二氧化鈾作燃料芯塊。
基本介紹
- 中文名：燃料芯塊
- 外文名：nuclear fuel pellet
- 類別：核燃料元件
介紹,製備,預壓與成型壓制,芯塊燒結,芯塊磨削,發展趨勢,
介紹
燃料芯塊為核燃料元件的核心部分，即由易裂變材料235U和239Pu構成。核燃料可分為金屬型、陶瓷型和彌散型，外面敷以鋁合金、鎂合金、鋯合金以及不鏽鋼等包殼材料。燃料芯塊的表面必須機械磨光，以保證與包殼材料的配合。為適應燃料芯塊的輻照腫脹，芯塊的上下面壓製成凹碟形。要選擇與燃料芯塊相容性好的包殼材料。
製備
預壓與成型壓制
（1）軋片制粒 將化工轉化生產的 UO2粉末料桶，運到芯塊製備車間的制粒崗位。通過負壓系統將原料 UO2粉末吸送到制粒平台上的單錐雙螺旋混料器內，添加適量(~15%wt)的 U3O8 粉末和 0.05%的硬脂酸鋅，在單錐混料器內間斷混契約 30 分鐘。 混合後的粉末經振動給料器定量振動下料進入軋片制粒裝置進行軋片制粒。制粒後的粉末通過制粒操作手套箱加入 0.2%wt 的硬脂酸鋅後進入放置在下面推料小車上的雙錐料桶內，然後推運到雙錐混料器旁，用吊車將雙錐料桶吊運到旋轉成型壓機上的鋼平台上給旋轉成型壓機供料。
（2）壓塊制粒 將化工轉化生產的 UO2粉末料桶，人工運到芯塊製備車間的制粒崗位。通過負壓系統將原料 UO2粉末吸送到制粒平台上的單錐混料器內，添加適量的U3O8 粉末和 0.05%的硬脂酸鋅，在單錐混料器內間斷混契約 30 分鐘。混合均勻後的粉末經振動給料器定量振動進入旋轉壓塊機制粒成圓形餅塊。餅塊落入底卸料容器料桶內，吊車將底卸料容器料桶吊運到擦篩工作箱上方鋼平台上的中間容器內，圓餅形通過底卸料容器料桶經星形給料器初碎後定量流入下面的擦篩機。經擦篩的粉末添加 0.2%wt 的硬脂酸鋅，通過擦篩工具箱流入安裝在地面的雙錐混料器的雙錐料桶內進行混合和球化，雙錐混料器經過大約 15 分鐘的正、反轉完成混合球化過程。通過吊車將雙錐混料桶吊運倒旋轉成型壓機上方的鋼平台上給旋轉成型壓機供料。
（3）成型壓制 旋轉成型壓機以 120~180 塊/min 左右的速度壓制生柸塊。生柸塊裝入燒結鉬舟內，然後用運輸小車推送到燒結區。
芯塊燒結
生柸塊裝入鉬舟中進入高溫燒結爐燒結成芯塊。燒結氣氛為氫氣氣氛。
芯塊磨削
燒結芯塊送磨削自動線經振動上料、無心磨削、淋洗烘乾、雷射線上直逕自動檢測、自動裝盤。然後人工檢查芯塊外觀質量，成品芯塊裝 V 型盤放入芯塊存放櫃送芯塊庫房暫存。
發展趨勢
燃料芯塊的收縮變形和軸向變形要小，密度要大。燃料芯塊端面形狀有平面、 碟形和碟形加倒角等數種，碟形和 加倒角的燃料芯塊收縮變形一般較小。
壓水堆用的燃料芯塊密度由初期為理論密度的90%已提高到目前的95%，這就減輕了因輻照而產生的密實化現象和包殼管氫脆的可能性，從而可減小包殼管破損的幾率。 為了提高燃料元件棒的線性比功率(即線功率密度)，並降低其中心溫度，近年來燃料芯塊直徑有縮小的趨勢。
