[科普中国]-弥散体燃料

研究发展

铝基弥散燃料应用广泛，最早采用铸造铀铝合金，主要是和颗粒弥散在铝基体中；20世纪60年代开始采用粉末冶金法制备的弥散燃料，这样可以把铀含量提高到30-50%，但铀富集度仍降不下来；到20世纪80年代为解决制造上对燃料体积分数的限制，用含有一定量铀铝固溶体的粉末代替或改用和陶瓷，不仅可以提高铀密度，而且可以将铀的富集度降低到防治核扩散所要求的20%以下，而仍满足研究试验堆的极高中子通量要求。到20世纪末，由于-AL弥散燃料不能经济合理地回收，高铀密度U-Mo合金等新一代核燃料被广泛研究。

组成结构弥散体燃料芯体由燃料相和基体相组成，采用粉末冶金技术制造，燃料相均匀地分布在基体材料中。

燃料相理想的燃料相应有以下特征：（1）235U含量高；(2)有足够的强度，在加工过程中能保持燃料颗粒的形状和大小；（3）在加工和运行温度下，与基体的相容性好；（4）非裂变中子吸收截面低；（5）抗辐照能力强。目前常用作燃料相的又铀月铝、铍的金属间化合物，铀的氧化物、碳化物、氮化物、硅化物等。

基体相理想的基体相应具备以下特征：（1）在运行温度范围内，有足够的蠕变强度和韧性；（2）中子吸收截面低，抗辐照能力强；（3）热导率高；（4）热膨胀系数低，并与燃料相的热膨胀系数相当；（5）包壳和冷却剂材料的相容性好；（6）在加工和使用温度下，不产生析出相。常用作基体相的材料有AL、Mg、Be、Zr、Nb、石墨以及不锈钢等。

应用弥散燃料广泛应用于世界各国的生产堆、试验堆和动力堆，但主要用于试验堆。其中铝基弥散燃料主要用于生产堆和研究试验队，弥散在BeO中主要应用于一些特殊目的的堆，弥散在Mg中应用在游泳池堆。

尽管可用作弥散型燃料相的铀化合物有很多种，但实际上常用语制造研究试验堆弥散型燃料元件的燃料相主要是、和等。由于研究试验堆元件要求235U的富集度比较高，临界安全的要求也高，而且生产的数量较少，所以很少采用工业规模的连续化大生产的形式。往往是在实验室规模的基础上组织生产，具有批量小、灵活性好、工艺稳定、不联系、易操作等特点。1