​核燃料用炭和石（shí）墨製品

​核燃料用炭和石墨製品

核燃料用炭和石（shí）墨製品（pǐn）

概述

燃料元件必須具有由核燃料分裂（liè）的（de）生成物不向外泄漏（lòu）的結構和材料。特別（bié）是防止放（fàng）射性氣體從冷（lěng）卻材料中泄漏，對核燃料要進行氣密性包覆，核反應堆溫度低的場合采用耐腐蝕性合金（例如：鎂合金（jīn）、鋯合金、不鏽鋼等)製的筒內封裝的（de）方法。在高溫氣冷堆中耐熱性好的石墨製品材料是作為包覆材料的唯一材料。耐熱不透性（xìng）石墨、玻璃炭以及熱解（jiě）炭（tàn）塗層等都是為這些燃料開發的燃料筒。在（zài）石墨減速氣冷（lěng）堆的第一代（dài）鎂諾克斯爐，燃（rán）料采用（yòng）天然金屬鈾，燃料包覆材料使用中（zhōng）子吸（xī）收小的（de）鎂合金，所以（yǐ）隻能在400℃以下溫度運行。在第二代改良型的AGR爐，燃料采用氧化鈾，包覆材料使用不鏽鋼。在第三代的高溫氣冷堆（duī），開發了多個核燃料顆粒（UO2)、包覆熱（rè）解石墨(PG)或碳化矽(SiC）的方法。這是在以（yǐ）1250～1500℃高溫包覆帶來的效果。

不含（hán）中子（zǐ）吸收截麵小的金屬。因為核燃（rán）料顆（kē）粒的包覆是2~4層，氣密性極好，並且以球狀包覆（fù）核燃料顆粒（lì），所以即使是對高溫氣體狀的核分裂生（shēng）成物的（de）高內壓也保證十分結實。這種包覆燃料顆粒，是完全基於（yú）高溫氣冷堆的設計，在前節所述的“顆粒”型和“塊狀”型的高（gāo）溫氣冷堆也采用這種方法的（de）核燃料（liào）顆粒（lì）。顆粒型的典型燃（rán）料元件是直徑（jìng）為60mm的石墨球，內藏一（yī）定（dìng）量的（de）包覆核燃料顆粒(濃縮鈾、釷）。而在“塊狀”型爐芯，在垂（chuí）直堆積的石墨角柱(通常是六角柱）的集合體，配備燃料和冷卻材料的通路等等。包覆的燃料顆粒分散在碳母體中，壓（yā）成燃料的壓製坯塊，將燃料塊裝入石墨製品筒，組裝（zhuāng）成無實（shí）心的（de）中空燃料（liào）棒後，以減速材料石墨製品以及石墨筒支持，或直接插入石墨塊（kuài）的孔（kǒng）中。另外，石墨塊或石墨筒由於是在離核燃料最近（jìn）的地方使用，中子照（zhào）射條件極其（qí）苛刻（kè），而且（qiě）高溫下的（de）強度梯度很大，所以需要采用耐上述條件好的（de）材（cái）料。對於具體特性（xìng）要求，如上節（jiē）所述。

主要高（gāo）溫氣冷（lěng）堆的燃料元（yuán）件（jiàn）特（tè）征，以（yǐ）上介紹以HTTR為主要代（dài）表的（de）爐（lú）型燃料元件。