燒結氣氛對MOX燃料芯塊性能的影響

朱桐宇 楊廷貴 王軍平 屠振華 張萬德

（中核四〇四有限公司 蘭州 732850）

MOX（Mixed Oxide)燃料芯塊，是氧化鈾和氧化钚混合燃料（Mixed uranium and plutonium oxide fuel）芯塊的簡稱，是MOX 燃料組件的主要組成部分。MOX燃料的開發可以和平利用工業钚，是實現核燃料循環利用的關鍵環節。MOX 燃料芯塊由二氧化鈾和氧化钚混合粉末制備而成，制備工藝主要包括粉末處理、壓制成型和芯塊燒結三個環節。目前，MOX 燃料粉末處理采用的方法主要有兩種：第一種是機械混合法；第二種是共沉淀法［1］。機械混合法是指按要求的比例稱量出一定量的UO2和PuO2粉末，將其用混料機混合，然后通過球磨將它們混合均勻，得到粉末粒度和钚的均勻性符合要求的MOX粉末。共沉淀法是指用化工的方法，使鈾钚同時沉淀，經過過濾、干燥、焙燒和還原后，得到（U、Pu）O2粉末。采用上述方法得到的混合粉末通過壓制成型和燒結，制成MOX 燃料芯塊。一般在壓水堆中使用的MOX燃料中二氧化钚含量僅占5%～10%，而快堆中使用的MOX 燃料中二氧化钚含量可達15%～30%，甚至高達45%［2］。

在MOX 燃料芯塊制造過程中，MOX 燃料芯塊燒結是一個關鍵工藝環節，MOX燃料芯塊制造工藝流程見圖1。

圖1 MOX燃料芯塊制造工藝流程Fig.1 The MOX fuel pellet manufacturing process

燒結溫度、保溫時間及燒結氣氛等是影響芯塊燒結行為的關鍵因素。1998～1999年，Kutty等［3-4］開展了一系列關于氧化物燃料芯塊燒結行為的研究工作，研究了 UO2、PuO2和 MOX 芯塊在 Ar/H2、O2-Ar/H2、CO2-Ar/H2混合氣體等氣氛下的燒結行為，對MOX 芯塊在上述氣氛下的燒結致密化過程進行了較為系統的研究，但未探究燒結氣氛對燒結得到的芯塊性能的影響規律。……