(U,Np)O₂嬗变燃料芯块及靶件的制备工艺

摘要

本发明公开了一种快堆嬗变燃料(U,Np)O₂芯块和靶件的制备工艺。该工艺包括UO₂粉末的还原、球磨、UO₂粉末的单独造粒处理、已造粒UO₂粉末与未造粒NpO₂粉末两步法均匀混合、芯块压制及高温烧结、芯块装管、管口α去污、靶件焊接、靶件去污、无损检验等步骤。粉末混合时，第一步先将全部NpO₂与部分UO₂均匀混合，比例是1:(1～4)；第二步将剩余UO₂粉末与第一步混合粉末进行均匀混合。芯块在压力300～350MPa压制成型后，先在1700～1750℃、＜10Pa真空烧结2～4h，待降温至1000℃时再通入5%H₂-Ar₂混合气氛保温2小时，可制得相对密度为95±1%、O/U比1.96～1.99、晶粒尺寸10～20µm、Np分布均匀的(U_0.95Np_0.05)O₂嬗变燃料芯块。将芯块装入316Ti不锈钢包壳管内，采用TIG焊接方法制成快堆嬗变燃料靶件。

主权项

一种(U,Np)O₂嬗变燃料芯块及靶件的制备工艺，包括如下步骤：(1)将O/U原子比大于2.10的超化学计量UO_2+x原料粉末放入电阻炉中，x＝0～1，通入纯度99.99％H₂气、加热至600℃保温4小时进行还原处理，使O/U比控制在2.04～2.08范围内；(2)对还原处理后的接近化学计量UO₂粉末进行球磨细化，将UO₂粉末中位粒度控制在小于1μm；(3)对球磨细化后的UO₂粉末进行机械预压、破碎过筛和滚圆造粒处理，使粉末的松装密度大于20％TD；(4)在密封屏蔽手套箱内采用三维运动混料器对已造粒UO₂粉末和未造粒NpO₂粉末进行两步法均匀混合，UO₂与NpO₂的总质量比为95:5；第一步先将全部NpO₂与部分UO₂按照质量比1:(1～4)的比例混合5～20小时，第二步将剩余UO₂粉末与第一步混合粉末进行混合5～10小时；(5)在手套箱内采用液压机对混合粉末进行冷压成型，成型压力300～350MPa，保压时间30～60秒，得到相对密度为50～55％的UO₂‑5％NpO₂生坯；(6)在手套箱内采用高温电阻炉对生坯进行无压烧结，先在1700～1750℃、＜10Pa真空烧结2～4小时，待降温至1000℃时再通入5％H₂‑Ar₂混合气氛保温2小时，得到相对密度为94～96％的(U_0.95Np_0.05)O₂陶瓷芯块；(7)在热室内将(U_0.95Np_0.05)O₂陶瓷芯块装入包壳管，经组装、焊接、充氦密封制成(U,Np)O₂靶件。