U3Si2—Al弥散型燃料的辐照肿胀研究

介绍了U3Si2-Al弥散型燃料的辐照肿胀机理。将弥散型燃料的芯体视为连续基体中的微型燃料元件,应用裂变气体的行为机理描述燃料相中的气泡形成过程。研究结果表明：燃料相的肿胀引起燃料颗粒和金属基体之间的力学相互作用,金属基体能抑制燃料颗粒的辐照肿胀。在一定辐照条件下,本模型对燃料元件辐照肿胀的预测值与测量值相符。     

U_3Si_2-Al燃料肿胀特性研究

基于扩散动力学建立了辐照条件下U_3Si_2-Al反应层生长模型和燃料肿胀模型,并结合中国工程试验堆(CENTER)燃料辐照试验数据,验证了上述模型的有效性和适用性。结果表明,反应层生长模型与现有辐照后测量数据的符合程度较好,可用于U_3Si_2-Al弥散燃料肿胀特性计算;燃料肿胀模型对于预测CENTER燃料元件的肿胀率具有保守性。     

U_3Si_2-AI 弥散型燃料元件

U_3Si_2-Al 弥散型板状燃料元件是新发展的高铀密度的研究堆燃料.辐照和全堆芯试用表明:元件外形尺寸稳定;无裂变产物泄漏;直到燃耗达98%时,U_3Si_2颗粒肿胀都是裂变密度的线性函数;U_3Si_2与铝基体和铝包壳在制造和辐照中都是相容的。芯体铀密度最高达4.8g(U)/cm~3的 U_3Si_2-Al 燃料都是适合研究堆使用的低浓铀燃料.     

弥散型燃料板辐照肿胀行为的有限元分析

采用颗粒复合材料的细观力学研究思路,针对弥散型燃料板,选择一种代表性单元作为研究对象,用与裂变密度和燃耗相对应的、不断增大的裂变压力模拟燃料颗粒裂变对铝基体所产生的力学贡献,对研究对象进行了热力耦合分析.考察了裂变压力、温度应变和燃料颗粒沿厚度非均布对颗粒肿胀的影响,并对弥散型燃料板基体的米塞斯应力分布情况进行了分析.研究结果表明,颗粒百分比含量越高,颗粒肿胀的速度相对越快;随着裂变压力增大,颗粒肿胀的速率急剧增大,且颗粒不再是圆形;在正常工作和选取的参数条件下,温度应变对总变形的影响不大;当裂变压力不大时,非均匀分布对颗粒肿胀几乎没有影响,随着裂变压力的增大,非均匀分布的颗粒肿胀明显高于均布情况,而且越来越明显;基体的应力非球对称分布.     

U_3Si_2-Al弥散型燃料单板质量微观分析述评

利用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射分析、X射线能谱和图像分析仪等方法、手段,综合分析了U_3Si_2-Al弥散板型燃料板和主要质量问题,即燃料相的微观组织结构、燃料相和Al基体的相容性,燃料相的分析情况、狗骨形态、单板包壳厚度和芯体与包覆材料的结合质量等,以及它们对产品质量的影响。分析结果表明,U-7.7％Si铸态合金中,主要是     

弥散核燃料等效辐照肿胀计算模拟

本文将弥散核燃料芯体看作一种特殊的颗粒复合材料,利用细观计算力学的方法,假设燃料颗粒在芯体中周期性分布,建立了对芯体等效辐照肿胀进行计算模拟的有限元模型。考虑颗粒的辐照肿胀和基体材料的辐照硬化效应,分别建立了燃料颗粒和基体材料的应力更新算法,编制了用户材料子程序,在Abaqus软件中实现了芯体等效辐照肿胀的有限元模拟。计算分析了颗粒大小和体积含量对芯体等效辐照肿胀的影响,并得到了等效辐照肿胀的拟合公式。研究结果表明,影响芯体等效辐照肿胀的主要因素是颗粒的辐照肿胀和体积含量。     

UMo/Al弥散燃料板内裂变气体肿胀的静压效应研究

将核燃料的裂变气体肿胀与静水压力计算相耦合,并考虑重要的辐照蠕变,编制了定义其复杂力学本构关系的子程序。将定义各部分材料热-力学本构关系的用户子程序引入ABAQUS软件,获得了燃料板细观尺度下辐照-热-力耦合行为的计算模拟方法,并计算分析了核燃料裂变气体肿胀的静压效应。与不考虑裂变气体肿胀静压相关性的计算结果对比发现,在裂变气体肿胀计算中引入静压的影响,将使得核燃料颗粒内的辐照肿胀应变显著减小,引起板内最高温度降低,并减弱燃料颗粒和基体间的力学相互作用,减小燃料颗粒内的等效蠕变应变,致使基体内最大Mises应力和第一主应力减小。     

U_3Si_2-AI 弥散型燃料板在高纯沸水中的耐腐蚀性能

本文介绍了局部芯体人为裸露的 U_3Si_2-Al 弥散型燃料板水煮腐蚀试验。结果表明,不仅水中没有发现铀,而且裸露芯体的显微结构也无明显变化。     

U_3Si_2-Al弥散型燃料单板质量微观分析述评(英文)

利用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射分析、X射线能谱和图像分析仪等方法、手段,综合分析了U_3Si_2-Al弥散板型燃料板和主要质量问题,即燃料相的微观组织结构、燃料相和Al基体的相容性,燃料相的分析情况、狗骨形态、单板包壳厚度和芯体与包覆材料的结合质量等,以及它们对产品质量的影响。分析结果表明,U-7.7％Si铸态合金中,主要是U_3Si_2相,还含有约12％USi相,用正常轧制工艺生产的单板中,燃料相与铝基体发生轻微反应;芯体与包壳、框架与包壳的冶金结合质量差的主要原因是残留气体被封闭在板内;通过解剖检测结果证明涡流法与超声法检测结果是可靠的。     

燃耗深度对U_3Si_2-Al弥散型燃料元件芯体中气孔的影响研究

辐照过程中,燃料颗粒内部会产生裂变气体形成气孔,将对其热/力学性能造成显著影响。采用带屏蔽的金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)对辐照后U_3Si_2-Al弥散型燃料中U_3Si_2燃料颗粒的显微组织进行了观察,统计分析了燃料颗粒内气孔的形貌、尺寸及分布,获得气孔平均尺寸及孔隙率随燃耗深度的变化规律。结果表明,裂变密度在2.34×10~(27)~3.74×10~(27)m~(-3)范围内时,U_3Si_2-Al燃料颗粒中的裂变气体气孔的形貌未发生较大改变,均呈球状。而裂变气体气孔平均尺寸以及孔隙率均随着裂变密度的增加而增大,存在两个阶段:裂变密度在2.34×10~(27)~3.19×10~(27)m~(-3)范围内,稳态增长;裂变密度在3.19×10~(27)~3.74×10~(27)m~(-3)范围内,加速增长。     

U3Si2燃料芯块的制备与显微组织研究

使用电弧熔炼破碎制备U₃Si₂粉末，通过粉末冶金工艺制备获得U₃Si₂燃料芯块，研究了芯块制备过程中U₃Si₂芯块成型能力以及烧结工艺对密度和显微组织的影响。结果表明，加入质量分数为0.5%的聚乙二醇（PEG）成型剂，在260~300?MPa压力下压制成型，在1550℃烧结2~4?h后，U₃Si₂芯块密度最高达到11.4?g/cm3，达到理论密度的的93%以上；芯块晶粒大小均匀，约为60 μm，局部区域存在着少量U相或UO₂相夹杂；芯块的热导率明显优于UO₂，且随温度的升高，其热导率呈线性升高趋势。      

热处理对U_3Si_2－Al燃料板包壳显微组织及其厚度测量的影响

研究了ＬＴ２４铝合金的显微组织与热处理制度间的关系。模拟燃料板轧制加工时的热处理条件，研究了合金元素固溶或以第二相析出后对燃料板包壳的涡流测厚的影响。证明燃料板的最终退火温度波动或沿燃料板长度方向温度不均匀是造成燃料板包天测厚误差的主要原因。建议燃料板最终退火的温度为３８０℃。     

基于多物理场耦合的U3Si2燃料与双层SiC包壳组合的轻水堆燃料性能分析

基于COMSOL平台开发了一套基于多物理场全耦合的燃料性能分析程序,并通过径向功率分布模型对比验证了该程序的正确性与准确性;然后进一步分析了U₃Si₂燃料与双层SiC包壳组合、U₃Si₂燃料与锆合金包壳组合在反应堆正常运行工况下的性能,并与UO₂燃料与锆合金的组合进行了对比分析。计算结果发现U₃Si₂燃料与锆合金包壳组合相比UO₂燃料与锆合金的组合具有更低的燃料中心温度、裂变气体释放量及内压,但气隙闭合时间会提前;而U₃Si₂燃料与双层SiC包壳的组合相比U₃Si₂燃料与锆合金的组合具有更高的燃料中心温度、更大的裂变气体释放量及内压,且随着燃耗的增加,其燃料中心温度大幅增加,与锆合金包壳相比,双层SiC包壳能够有效延迟气隙闭合,缓解燃料与包壳的力学相互作用。