外膠凝法制備ThxZr1-xO2惰性基質燃料膠凝行為及微結構研究

黃鶴 王鵬 嚴超 于小河 曹長青 林俊 朱智勇

1（中國科學院上海應用物理研究所 上海 201800）

2（中國科學院大學 北京 100049）

乏燃料中含有钚、镎、鋦等長壽命核素，對其處理方式包括：將其玻璃化填埋［1-2］或固化于惰性基質燃料（Inert Matrix Fuel，IMF）［3-6］中進行嬗變等。從廢物管理的角度來說，將長壽命錒系元素再燃燒是更為環保經濟的策略。為實現這個目標，需要開發各種抗中子輻照的基質材料作為核燃料的分散介質。這種材料不僅需要具備高熔點、高導熱性、高溫下不易發生相變等物理性能，同時還需要具備輻照穩定性、低中子吸收截面、裂變產物累積時不易發生結構變化等物理性能［7-11］以及良好的化學穩定性。氧化鋯基材料具有良好的物理化學性能，與燃料包殼層有良好的相容性，在使用后可以作為陶瓷廢物直接進行深度地質處置［12-13］。二氧化釷由于超高的熔點（3 327 ℃）［14-15］、良好的化學穩定性也可作為一種近似惰性基質燃料［16］，用于核反應堆或是加速驅動的次臨界系統中钚和次錒系元素的嬗變。

“球形顆?！比剂媳徽J為非常適合于針對燃燒钚和次錒系元素的嬗變反應堆［17-18］。美國橡樹嶺實驗室［19］、德國尤利希［20］實驗室等分別發展了基于溶膠-凝膠法［21-23］制備“球形顆?！比剂系膬饶z凝［24］和外膠凝［25］工藝。溶膠-凝膠技術減少了核燃料制造過程中的粉塵操作，且便于遠程操作。采用溶膠-凝膠方法制備“球形顆?！比剂系哪繕耸堑玫角蛐味群?、無破碎、無瑕疵的燃料顆粒（核芯），而在濕法工藝段能否通過優化反應物組分和反應條件，控制分散過程中的膠凝性能是獲得優質“球形顆?！比剂系年P鍵。……