耐事故燃料芯塊的制備方法與研究進展

張 翔，潘小強，陸永洪，張瑞謙

中國核動力研究設計院反應堆燃料與材料國家重點實驗室, 成都 610213

福島核事故發生以后，對于燃料研究者來說，希望研制出一種更能扛得住事故、顯著降低堆芯熔毀概率、避免或延緩氫氣產生和放射性物質泄漏的燃料系統，替代現役的UO2–Zr合金燃料系統。耐事故燃料（accident tolerant fuel，ATF）逐漸成為研究熱點。耐事故燃料系統是為提高燃料元件抵御嚴重事故能力而開發的新一代燃料系統。與現有核燃料系統相比，這種新型燃料系統能夠在較長時間內抵抗嚴重事故工況，同時保持或提高其在正常運行工況下的性能。耐事故燃料的特性能延緩事態惡化的速度，為人們采取應急措施爭取到更多寶貴時間，大大降低放射性原料突破安全屏障泄漏到環境中的風險[1?2]。耐事故燃料的研究方向可分為先進包殼材料和先進燃料芯塊技術，其中耐事故燃料芯塊的發展主要聚焦在熱導增強型UO2燃料芯塊、高鈾密度高熱導燃料芯塊和全陶瓷微封裝燃料 （fully ceramic microencapsulated fuel，FCM）芯塊等方面。

1 增強型UO2燃料芯塊

UO2是現階段商業應用燃料芯塊廣泛選擇的材料，具備熔點高、各向同性、輻照穩定性好，粉末冶金制造工藝成熟等優點，其不足之處在于熱導率不太理想，傳熱效率低會導致芯塊內部溫度梯度陡峭，導致芯塊內部應力增大，引起裂變氣體釋放，造成安全隱患。如果能夠提高UO2燃料芯塊的熱導率，就可以大大提高芯塊的安全性和耐事故能力。目前在UO2芯塊中加入第二相，例如BeO、SiC或者金剛石等，在不影響芯塊中子特性的前提下提高其熱導率。……