碳化铀和硼化铀陶瓷粉末的制备及性质研究

发布时间：2022-08-12 14:35

　　为了实现闭式核燃料循环,中国科学院提出了“加速器驱动先进核能系统（ADANES）”创新性概念。作为其重要组成部分,乏燃料再生循环系统（ADRUF）主要采用先进的干法首端工艺去除乏燃料中的部分裂变产物及中子毒物,再将剩余乏燃料（含U、Pu、MAs等）制成再生核燃料。目前,UO₂燃料是最常用的压水堆核燃料,但是它存在热导率低以及易脆化等缺点。而新型核燃料UC的热导率、密度和铀含量均高于UO₂,并与Pu、MAs具有良好的共熔性,是第四代反应堆的理想候选燃料,尤其是ADS嬗变堆。再者,为了降低UO₂燃料元件的更换成本,选用UB₄作为可燃中子毒物制备含可燃中子吸收剂的核燃料,提高反应堆燃料装载量和延长其运行周期。此外,UB₄具有良好的耐水性和抗辐照稳定性,亦可作为候选的乏燃料地质处置形式。本论文主要开展了两部分的研究工作:一是在传统碳热还原法的基础上,针对多元组分复合材料组分偏析及Pu、Am高温易挥发等问题,以有机物作为碳源,选用Pechini型原位聚合螯合法开展了低温制备UC陶瓷粉末的... 

【文章页数】：127 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 前言
    1.1 核能
        1.1.1 核能发展的必要性
        1.1.2 核能的产生原理
        1.1.3 核能的优点
        1.1.4 核能的发展与现状
    1.2 核燃料循环
        1.2.1 核燃料循环路线
        1.2.2 加速器驱动先进核能系统
    1.3 核燃料
        1.3.1 核燃料种类
        1.3.2 核燃料类型
    1.4 碳化铀
        1.4.1 UC的制备方法
        1.4.2 Pechini型原位聚合螯合法制备UC粉末
    1.5 四硼化铀
        1.5.1 UB_4 用作可燃中子毒物
        1.5.2 元素直接化合法制备UB
        1.5.3 金属硼化物的合成方法
    1.6 论文选题依据、创新之处与研究内容
        1.6.1 选题依据及创新之处
        1.6.2 研究内容
第2章 碳热还原法制备UC粉末
    2.1 引言
    2.2 实验部分
        2.2.1 实验试剂和仪器
        2.2.2 实验过程
        2.2.3 样品表征
    2.3 实验结果与讨论
        2.3.1 原料表征
        2.3.2 热力学分析
        2.3.3 压片压力对反应产物相组分的影响
        2.3.4 原料比例对反应产物相组分的影响
        2.3.5 Ar流速对反应产物相组分的影响
        2.3.6 保温时间对反应产物相组分的影响
        2.3.7 热重分析
        2.3.8 UC样品的微观形貌
        2.3.9 UC样品的反应活性分析
        2.3.10 Al掺杂的U-Al-C三元组分材料的合成
    2.4 本章小结
第3章 Pechini型原位聚合螯合法制备UC粉末
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 实验试剂与仪器
        3.2.2 实验过程
        3.2.3 样品表征
    3.3 实验结果与讨论
        3.3.1 原料摩尔比对反应产物相组成的影响
        3.3.2 过程温度对反应产物相组分的影响
        3.3.3 UO_2/C纳米复合材料中摩尔比的测定
        3.3.4 前驱体材料的热行为研究
        3.3.5 水相过程中前驱体的形成机制
        3.3.6 样品的微观形貌
        3.3.7 BET比表面积
        3.3.8 粒径分析
        3.3.9 拉曼分析
        3.3.10 氧化研究
    3.4 本章小结
第4章 硼碳热还原法制备UB_4粉末
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 实验试剂和仪器
        4.2.2 实验过程
        4.2.3 样品表征
    4.3 实验结果与讨论
        4.3.1 原料表征
        4.3.2 热力学分析
        4.3.3 温度对反应产物相组分的影响
        4.3.4 原料摩尔比例对反应产物相组分的影响
        4.3.5 热重分析
        4.3.6 UB_4 样品的微观形貌
        4.3.7 粒径分析
        4.3.8 BET比表面积分析
        4.3.9 氧化性研究
        4.3.10 抗腐蚀性研究
    4.4 本章小结
第5章 碳化硼还原法制备UB_4粉末
    5.1 引言
    5.2 实验部分
        5.2.1 实验试剂和仪器
        5.2.2 实验过程
        5.2.3 样品表征
    5.3 实验结果与讨论
        5.3.1 热力学分析
        5.3.2 温度对反应产物相组分的影响
        5.3.3 原料初始比例对反应产物相组分的影响
        5.3.4 热重分析
        5.3.5 样品的微观形貌
        5.3.6 纯度分析
        5.3.7 粒径分析
    5.4 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]我国能源资源现状与发展趋势[J]. 方圆,张万益,曹佳文,朱龙伟.  矿产保护与利用. 2018(04)
[2]碳化铀核燃料缺陷结构的研究现状[J]. 王德君,何淼,秦芝,黄庆,都时禹.  核技术. 2017(07)
[3]核能开发和应用指引人类未来生活[J]. 王一浒.  黑龙江科学. 2017(04)
[4]加速器驱动次临界系统——先进核燃料循环的选择[J]. 骆鹏,王思成,胡正国,徐瑚珊,詹文龙.  物理. 2016(09)
[5]国际核能应用及我国核电的发展[J]. 范中华.  科技视界. 2016(21)
[6]关于我国核燃料后处理/再循环的一些思考（英文）[J]. 顾忠茂,柴之芳.  化学进展. 2011(07)
[7]核子平均质量曲线与比结合能曲线的比较[J]. 司德平.  物理教学. 2011(04)
[8]可燃毒物现状[J]. 黄华伟,王晓敏,杨静,许奎,谷晓非,张良.  材料开发与应用. 2010(04)
[9]氮化铀粉末合成工艺研究[J]. 易伟,代胜平,沈保罗,左国平,谈先球,彭倩,王莹.  核动力工程. 2007(05)
[10]核电站乏燃料对生物圈的影响及ADS对策[J]. 史永谦.  原子核物理评论. 2007(02)



本文编号：3676054