耐事故燃料芯块的制备方法与研究进展

张 翔，潘小强，陆永洪，张瑞谦

中国核动力研究设计院反应堆燃料与材料国家重点实验室, 成都 610213

福岛核事故发生以后，对于燃料研究者来说，希望研制出一种更能扛得住事故、显著降低堆芯熔毁概率、避免或延缓氢气产生和放射性物质泄漏的燃料系统，替代现役的UO2–Zr合金燃料系统。耐事故燃料（accident tolerant fuel，ATF）逐渐成为研究热点。耐事故燃料系统是为提高燃料元件抵御严重事故能力而开发的新一代燃料系统。与现有核燃料系统相比，这种新型燃料系统能够在较长时间内抵抗严重事故工况，同时保持或提高其在正常运行工况下的性能。耐事故燃料的特性能延缓事态恶化的速度，为人们采取应急措施争取到更多宝贵时间，大大降低放射性原料突破安全屏障泄漏到环境中的风险[1‒2]。耐事故燃料的研究方向可分为先进包壳材料和先进燃料芯块技术，其中耐事故燃料芯块的发展主要聚焦在热导增强型UO2燃料芯块、高铀密度高热导燃料芯块和全陶瓷微封装燃料 （fully ceramic microencapsulated fuel，FCM）芯块等方面。

1 增强型UO2燃料芯块

UO2是现阶段商业应用燃料芯块广泛选择的材料，具备熔点高、各向同性、辐照稳定性好，粉末冶金制造工艺成熟等优点，其不足之处在于热导率不太理想，传热效率低会导致芯块内部温度梯度陡峭，导致芯块内部应力增大，引起裂变气体释放，造成安全隐患。如果能够提高UO2燃料芯块的热导率，就可以大大提高芯块的安全性和耐事故能力。目前在UO2芯块中加入第二相，例如BeO、SiC或者金刚石等，在不影响芯块中子特性的前提下提高其热导率。……