板状核燃料元件和制造其的方法与流程

本发明涉及核燃料元件的，特别是涉及例如用作初级靶或用作研究堆的核燃料的板状核燃料元件。

背景技术：

1、板状核燃料元件例如可被放入到核反应堆中进行辐照，以获得裂变产物，例如以用于核医学的设备校准或生物学应用，或者提供用于研究应用的中子。

2、包含铀的板状核燃料元件可用于回收钼99(下文称为“mo99”)，其又可用作作为常规的β发射体并因此例如用于设备校准的锝99的来源，特别地，锝99的亚稳态核异构体(tc99m)在核医学和生物学中被用作放射性示踪剂。

3、能够提供一种板状核燃料元件，其包括被密封在包壳中的易裂变材料的板状芯块，该包壳覆盖芯块的边缘和表面。易裂变材料可包括铀合金并且包壳可由铝或铝合金制成。

4、能够通过使用“相框(picture-in-frame)”技术来制造这种板状核燃料元件。在这种技术中，将由均匀厚度的易裂变材料的矩形板制成的芯块固定到框架的孔中，并且将盖板放置在框架的相对的表面上，以将包含有芯块的框架夹在盖板之间。随后轧制该夹心件，特别是进行热轧。在轧制工序中，盖板与框架粘合，因此密封芯块并且形成板状核燃料元件。

5、轧制减小了核燃料元件的厚度并且增大了核燃料元件的长度。轧制可产生所谓的“狗骨(dog-bone)”效应，其在芯块的端部处增大了芯块的厚度并且相应地减小了盖板的厚度。

6、然而，期望具有最小厚度的包壳来在处理和辐照期间防止易裂变材料的释放。如果包壳特别是由于狗骨效应而在局部上过薄，则必须弃用该核燃料元件。

7、已经提出了限制狗骨效应的提案。

8、gb1094505提出了在芯块的端部处在易裂变芯块与盖板之间提供插入件。

9、fr1210887提出了将易裂变芯块提供为额外具有从包含硅(si)、钛(ti)、锗(ge)、锆(zr)和锡(sn)的组合中选择的一种元素的铀铝合金。

技术实现思路

1、本发明的一个目的是提出一种允许降低狗骨效应的风险的板状核燃料元件。

2、为此，本发明提出了一种板状核燃料元件，其包括由易裂变材料制成的芯块以及包壳，包壳包括限定接收芯块的中心孔的框架以及将框架和芯块夹在中间的两片盖板，其中框架由金属的第一包壳材料制成并且盖板由金属的第二包壳材料制成，第一包壳材料的硬度严格大于第二包壳材料的硬度。

3、由呈现出比盖板的第二包壳材料更高的硬度的第一包壳材料制成的框架比盖板更能抵抗变形。因此，在核燃料元件的轧制期间，核燃料元件在芯块的端部的区域中将具有更少的变形，因此限制了狗骨效应的出现。

4、在具体的实施方式中，核燃料元件包括单独地或以任何技术上可行的组合考虑的一个或多个以下的可选特征：

5、第一包壳材料的所述硬度严格小于芯块的硬度；

6、第一包壳材料是铝合金或锆合金；

7、第一包壳材料是铝镁合金；

8、第一包壳材料是ag4或ag5铝镁合金；

9、第二包壳材料是铝合金或锆合金；

10、第二包壳材料是铝镁合金；

11、第二包壳材料是ag3铝镁合金；

12、易裂变材料包含至少一种铀合金；

13、易裂变材料包含铀硅合金、铀钼合金、铀铝合金、铀锆合金或它们的组合；

14、易裂变材料由u3si2制成；

15、易裂变材料的铀含量等于或大于2.5gu/cm3，特别是严格大于4.8gu/cm3；

16、易裂变材料的铀含量小于6.5gu/cm3，特别是小于5.3gu/cm3。

17、本发明还涉及一种制造上面限定的板状核燃料元件的方法，该方法包括以下步骤：

18、提供芯块、具有孔的框架和盖板；

19、将芯块插入到框架的孔中；

20、用两片盖板覆盖包含有芯块的框架，使得盖板将框架和芯块夹在中间；

21、轧制夹心件使得盖板与框架粘合，将芯块密封在由框架和盖板限定的包壳中。

技术特征：

1.一种板状核燃料元件(2)，其包括由易裂变材料制成的芯块(4)以及包壳(6)，所述包壳包括限定接收所述芯块(4)的中心孔(10)的框架(8)以及将所述框架(8)和所述芯块(4)夹在中间的两片盖板(12)，其中所述框架(8)由金属的第一包壳材料制成并且所述盖板(12)由金属的第二包壳材料制成，所述第一包壳材料的硬度严格大于所述第二包壳材料的硬度。

2.根据权利要求1所述的核燃料元件，其中，所述第一包壳材料的硬度严格小于所述芯块(4)的硬度。

3.根据权利要求1或2所述的核燃料元件，其中，所述第一包壳材料是铝合金或锆合金。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的核燃料元件，其中，所述第一包壳材料是铝镁合金。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的核燃料元件，其中，所述第一包壳材料是ag4或ag5铝镁合金。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的核燃料元件，其中，所述第二包壳材料是铝合金或锆合金。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的核燃料元件，其中，所述第二包壳材料是铝镁合金。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的核燃料元件，其中，所述第二包壳材料是ag3铝镁合金。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的核燃料元件，其中，所述易裂变材料包含至少一种铀合金。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的核燃料元件，其中，所述易裂变材料包含铀硅合金、铀钼合金、铀铝合金、铀锆合金或它们的组合。

11.根据权利要求1-10中任一项所述的核燃料元件，其中，所述易裂变材料由u3si2制成。

12.根据权利要求1-11中任一项所述的核燃料元件，其中，所述易裂变材料的铀含量等于或大于2.5gu/cm3，特别是严格大于4.8gu/cm3。

13.根据权利要求1-12中任一项所述的核燃料元件，其中，所述易裂变材料的铀含量小于6.5gu/cm3，特别是小于5.3gu/cm3。

14.一种制造根据权利要求1-13中任一项所述的板状核燃料元件的方法，所述方法包括：

技术总结板状核燃料元件(2)包括由易裂变材料制成的芯块(4)以及包壳(6)，包壳包括限定接收芯块(4)的中心孔(10)的框架(8)以及将框架(8)和芯块(4)夹在中间的两片盖板(12)，其中框架(8)由金属的第一包壳材料制成并且盖板(12)由金属的第二包壳材料制成，第一包壳材料的硬度严格大于第二包壳材料的硬度。技术研发人员：贝特朗·斯特普尼克,米歇尔·格拉斯受保护的技术使用者：法玛通公司技术研发日：技术公布日：2024/6/2