碳化硅基新型包覆燃料颗粒的设计及制备.pdfVIP

第50卷第7期 原 子 能 科 学 技 术 Vo1．50，NO．7 2016年7月 AtomicEnergyScienceandTechnology Ju1．2016 碳化硅基新型包覆燃料颗粒的设计及制备 刘荣正，刘马林 ，刘 兵，邵友林 (清华大学 核能与新能源技术研究院，先进核能技术协同创新中心 ，北京 100084) 摘要：TRISO型包覆燃料颗粒可将核裂变产生的气体、固体裂变产物束缚在燃料颗粒 内部 ，是高温气冷 堆安全性的重要保障。为满足未来超高温气冷堆在更高温度及更高燃耗条件下对燃料元件的要求，需 对传统 TRISO颗粒进行优化和改进 。基于包覆颗粒 的破损机制 ，设计 了两种 SiC基新型包覆颗粒 ，一 种采用疏松 SiC层替代疏松热解炭层 ，包覆层 由内而外依次为疏松 SiC层、内致密热解炭层、致密 SiC 层、外致密热解炭层 ；另一种为全 SiC包覆结构，包覆层 由内而外依次为内层疏松 SiC层、SiC过渡层、外 层致密 SiC层 。根据结构设计 ，采用流化床化学气相沉积法实验探索了疏松 SiC的形成机制及包覆工 艺条件 ，并利用 SEM、XRD等进行材料分析 ，最终成功实现了两种新型包覆颗粒 的大规模制备 。更进一 步，提出了全 SiC基燃料元件的概念，并制备了球形和柱形全 SiC基模拟燃料元件。 关键词 ：包覆燃料颗粒 ；碳化硅 ；燃料元件 ；高温气冷堆 ；元件设计 中图分类号 ：TL352 文献标志码 ：A 文章编号 ：1000—6931(2016)07—1264—06 doi：10．7538／yzk．2O16．50．07．1264 Designand Preparation ofSiC—basedNovelCoatedFuelParticle LIU Rong—zheng，LIU Ma—lin ，LIU Bing，SHAO You—lin (InstituteofNuclearandNew EnergyTechnology，CollaborativeInnovationCenter ofAdvancedNuclearEnergyTechnology，TsinghuaUniversity，Beijing100084，China) Abstract：Tristructural—isotropic (TRISO)coated fuelparticlewhich can containmost gasandsolidfissionproductswithinthecoatinglayersprovidesthecrucialsafetyofhigh temperaturegas—cooledreactor (HTGR)．Tomeettherequirementsofveryhightem— peraturegas—cooledreactor (VHTR)，whichwillbeoperated in highertemperatures withdeeperburnups，twonoveltypesofSiC—based coatedfuelparticlesweredesigned． TheporoussiliconcarbidelayerisusedtoreplacethePyC bufferlayerinthefirsttype． Thecoatinglayersfrom insidetooutsideareinnerporousSiC layer，innerdensePyC layer，denseSiC layerandouterdensePyC layer，respectively．Thesecond typeisthe coatedparticlewith differentSiC coating layers．andthecoating layersequencesfrom 收稿Et期 ：2015-08—17；修回 日期 ：2015-09—25 基金项 目：国家 自然科学基金