[科普中国]-碳化核燃料

用铀或钚的碳化物和金属（如不锈钢等）混合制成的一种核反应堆燃料。优点是可增进结构强度和抗氧化性。1

常见的核燃料常见的核燃料一般指含235U、233U、239U有裂变核素的单质、合金或化合物，238U和232Th是以通过中子轰击产生可裂变核素的物质。以含铀核燃料为例，其化学形式包括：1）金属铀燃料：它的密度较高，易加工且有较高的热导率。2）氧化铀系核燃料：该类型核燃料包括UO2、钚铀氧化物混合燃料等，它们能工作在较高温度下，密度比金属类型的核燃料低，但它们硬度不高易脆化，热导率过低，这就会导致其服役时堆芯温度过高3）铀系列核燃料：包含了准化学计量比的U3Si、U3Si2、U3Si4、U3Si、USi3、USi2和非化学计量比的USilss和U3Si5。其中U3Si有着超高的U密度和较高的热导率，被认为是具有潜力的新型核燃料，但是U3Si在服役时的过度肿胀却成为其个重要缺点。4)氮化铀系燃料：其中UN化学稳定性好有着较高熔点。5）碳化铀系列核燃料：包含了准化学计量比的其中UC、UC2、U2C3，UC作为第四代反应堆核燃，相比传统核燃料有着显著的优点。UC拥有极高的硬度，其熔点高达2380°C，并且在较宽的温度范围内不会有相转变，因而可承受较高的服役温度。2

碳化核燃料辐照产生的点缺陷随着燃耗的加深，核燃料会产生各种点缺陷（如碳空位、铀的弗兰克尔缺陷），这些缺陷会捕获裂变产物，产生局部晶格弛豫现象，并通过聚集影响核燃料服役行为。用中子在130°C对碳化铀进行辐照实验，当裂变产物数密度达到14×1016cm3时会产生大量可观测的空位和间隙团簇，并且团簇的数量和大小会随着辐照剂量而增加。在700°C对其进行退火处理，这些空位和间隙会相互结合，从而导致缺陷闭簇消失。辐照会导致燃料的力学性能发生改变，这对于理解燃料的服役行为至关重要。

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李晓林 - 教授 - 西南大学