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通过改善湿氢制备密度均匀的(U,Gd)O 芯块 2 彭海青 杨伟 熊德明 魏涛等 宜宾核燃料元件厂 摘要 本文主要通过分析宜宾核燃料元件厂（YFP）前期试验过程中(U,Gd)O2 芯块密 度均匀性较差的原因，认为主要是由于湿氢露点和流量不稳定造成的；通过对湿 氢控制系统的改造，减小湿氢温度波动，使露点和流量更为稳定；利用稳定的湿 氢气氛进行(U,Gd)O2 芯块烧结，制备密度均匀的(U,Gd)O2 芯块。 关键词：(U,Gd)O2 芯块、密度均匀性、湿氢烧结、露点 1.引言 在(U,Gd)O 芯块生产中，由于混合粉末中添加了 Gd O 粉末，大大降低了粉 2 2 3 末的烧结性能，为促进烧结过程中芯块的致密化，又促进铀和钆的固溶，减少游 离钆，并在较短的时间内达到 O/M 的平衡，在工艺上采用湿氢烧结。YFP 利用该 工艺，经过近三年的努力，于 2002 年通过法国专家监督下的(U,Gd)O2 芯块的产品 合格性鉴定，完成了(U,Gd)O2 芯块的国产化研究。但是，与世界先进国家相比， YFP 研制的(U,Gd)O2 芯块的密度波动较大，标准偏差较大，在线控制时,有的甚至 超出了密度控制线以外而不得不加严取样，增加了检验的工作量。对此，我们进 行了认真的分析研究，认为主要是由于湿氢露点不稳定造成的，因此通过对湿氢 控制系统的改造，得到稳定露点的湿氢气氛，应用于 YFP (U,Gd)O2 芯块的生产， 芯块密度的均匀性已有改善，取得了很好的效果。 对比其它工厂采用的(U,Gd)O2 芯块湿氢烧结工艺，有的只有在烧结炉升温前 才能进行露点测量，无法在生产中进行连续稳定的露点测量和控制；有的只测量 湿氢温度和露点，没有露点的反馈系统。这些都是造成湿氢气氛不稳定，从而使 芯块密度波动较大的原因，通过对湿氢控制系统的改造，YFP 在国内首次实现连 续、可控的稳定的湿氢烧结制造(U,Gd)O2 芯块，实践证明，这种方法对改善芯块 密度分布有较好的效果。 2.影响(U,Gd)O2 芯块密度均匀性的原因 在 YFP (U,Gd)O2 芯块的研制中，制备的(U,Gd)O2 芯块的密度均匀性较差，标 准偏差较大，有的甚至超出了密度控制线以外，导致部分芯块报废。图 1 为 (U,Gd)O2 芯块产品鉴定时 00G0201+批芯块密度在线控制图。从图中可看出，虽 然芯块密度平均值在技术条件要求的密度中值附近，但 00G0201+004 舟芯块密度 由于标准偏差较大而超出控制线外，最后进行了加严取样，证明该舟芯块密度符 合技术条件的要求，才使产品合格性鉴定得以顺利通过，其控制图见图 2 。 在(U,Gd)O2 芯块制备中，影响芯块密度均匀性的主要因素有生坯密度均匀性、 Gd2O3 含量的均匀性、烧结温度、烧结推舟时间和烧结气氛的稳定性。生坯密度 均匀性取决于成型压机的精度，烧结温度和烧结推舟时间的稳定性取决于烧结炉 的稳定性，YFP 使用的压机和烧结炉与国外如 FBFC DESSEL 等使用的压机和 3 烧结炉基本相同。由于 Gd2O3 的理论密度（8.33g/cm ）远小于 UO2 的理论密度 3 ），易导致混料的不均匀，芯块中