一种热管微堆中子吸收体材料及控制转鼓的制作方法

本发明属于核电领域，具体涉及一种热管微堆中子吸收体材料及控制转鼓。

背景技术：

1、核电作为清洁可靠的非化石能源，在能源结构中正起到越来越重要的作用。搭载中子吸收体材料的反应控制部件是反应堆功率调节的核心部件，能够通过对反应堆中的快中子进行部分吸收达到降低反应功率的作用。目前，常规中子吸收体材料为高丰度10b碳化硼(b4c)，其原理为通过10b(n,α)7li反应，俘获快中子以达到反应性控制的目的。然而，一方面碳化硼高温下会腐蚀不锈钢等金属包壳，造成其壁厚减薄承载应力增大从而发生结构失效；另一方面碳化硼作为中子吸收体，俘获快中子后会发生嬗变产生氦气，导致反应性控制部件内压升高，同时其自身随着燃耗加深导热率下降显著，随着服役时间延长会发生辐照肿胀等，这些缺陷影响了碳化硼中子吸收体的安全性。在热管微堆等结构紧凑的新型核反应堆中，碳化硼中子吸收体不能满足在高功率下的安全性与使用寿命的设计要求。因此，提供一种适用于高功率热管微堆的更加安全可靠的中子吸收体材料具有积极意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种热管微堆中子吸收体材料，在热管微堆内部长期服役具有良好的寿命与稳定性。本发明还提供一种热管微堆控制转鼓。

2、根据本发明一个方面的实施例，提供一种热管微堆中子吸收体材料，该材料包括快中子慢化体与热中子吸收体，所述快中子慢化体通过中子散射将快中子慢化为热中子，所述热中子吸收体吸收至少部分所述热中子，所述快中子慢化体配置为颗粒，所述热中子吸收体配置为平均热中子吸收截面不低于12b的金属，以所述热中子吸收体为基体所述快中子慢化体弥散分布于所述热中子吸收体中。

3、以对热中子具有高吸收截面的金属材料作为基体能够有效提高中子吸收体材料的化学稳定性与强度，避免碳化硼中子吸收体与金属包壳在高温下会发生反应的问题。利用快中子慢化体通过中子散射的方式将快中子慢化为热中子，再利用热中子吸收体进行吸收，能够有效降低对材料中子吸收截面的要求，从而实现对易发生嬗变的10b材料的替代。

4、进一步地，在部分实施例中，所述快中子慢化体配置为氢化钇颗粒。氢化钇具有高中子慢化能力，在高温下化学性质稳定，因此在热管微堆服役条件下能够长期稳定服役。

5、进一步地，在部分实施例中，所述氢化钇颗粒配置为直径150μm-200μm的球体。微球体有利于氢化钇在基体中的分散，提高热管微堆中子吸收体材料的均匀性。

6、进一步地，在部分实施例中，所述氢化钇颗粒表面包覆有氧化铝涂层。氧化铝涂层能够防止高温下氢化钇中的h发生分解扩散，提高中子吸收体材料的稳定性。

7、进一步地，在部分实施例中，所述氢化钇颗粒通过溶胶凝胶法制造，其中氢钇比为1.7-2.2，所制得的所述氢化钇颗粒密度不低于95％理论密度。

8、进一步地，在部分实施例中，所述热中子吸收体配置为钨合金，其中w含量不低于99.9％。w的热中子吸收截面高达约19.2b，具有良好的热中子吸收性能。同时，钨合金基体在1800℃以下能够保持良好的力学性能，从而有效提高热管微堆中子吸收体材料的安全性、稳定性和长期服役条件下的导热性。

9、进一步地，在部分实施例中，所述热中子吸收体配置为w含量不低于99.9％的钨合金，在所述热管微堆中子吸收体材料中，所述快中子慢化体所占体积比为45％-55％。

10、根据本发明另一个方面的实施例，提供一种热管微堆控制转鼓，包括柱形的转鼓基体与吸收瓦，所述吸收瓦沿周向覆盖所述转鼓基体的部分表面。其中，所述吸收瓦中包括前述任一实施例中所提供的所述的热管微堆中子吸收体材料。

11、进一步地，在部分实施例中，所述吸收瓦配置为单层或多层所述热管微堆中子吸收体材料，当所述热管微堆中子吸收体材料配置为多层时，所述热管微堆中子吸收体材料中的所述快中子慢化体所占体积比由内层向外层递增。

12、进一步地，在部分实施例中，所述吸收瓦配置为多层结构，所述多层结构中包括至少两层吸收层和至少一层基体层，所述吸收层采用所述热管微堆中子吸收体材料制造，所述基体层采用所述热中子吸收体相同的材料制造，所述吸收层与所述基体层成间隔分布，所述吸收层的厚度由内层向外层递增。

技术特征：

1.一种热管微堆中子吸收体材料，其特征在于，包括快中子慢化体与热中子吸收体，所述快中子慢化体通过中子散射将快中子慢化为热中子，所述热中子吸收体吸收至少部分所述热中子，所述快中子慢化体配置为颗粒，所述热中子吸收体配置为平均热中子吸收截面不低于12b的金属，以所述热中子吸收体为基体所述快中子慢化体弥散分布于所述热中子吸收体中。

2.根据权利要求1所述的热管微堆中子吸收体材料，其特征在于，所述快中子慢化体配置为氢化钇颗粒。

3.根据权利要求2所述的热管微堆中子吸收体材料，其特征在于，所述氢化钇颗粒配置为直径150μm-200μm的球体。

4.根据权利要求2所述的热管微堆中子吸收体材料，其特征在于，所述氢化钇颗粒表面包覆有氧化铝涂层。

5.根据权利要求2所述的热管微堆中子吸收体材料，其特征在于，所述氢化钇颗粒通过溶胶凝胶法制造，其中氢钇比为1.7-2.2，所制得的所述氢化钇颗粒密度不低于95％理论密度。

6.根据权利要求1所述的热管微堆中子吸收体材料，其特征在于，所述热中子吸收体配置为钨合金，其中w含量不低于99.9％。

7.根据权利要求2至5中任一项所述的热管微堆中子吸收体材料，其特征在于，所述热中子吸收体配置为w含量不低于99.9％的钨合金，在所述热管微堆中子吸收体材料中，所述快中子慢化体所占体积比为45％-55％。

8.一种热管微堆控制转鼓，包括柱形的转鼓基体与吸收瓦，所述吸收瓦沿周向覆盖所述转鼓基体的部分表面，其特征在于，所述吸收瓦中包括如权利要求1至7中任一项所述的热管微堆中子吸收体材料。

9.根据权利要求8所述的热管微堆控制转鼓，其特征在于，所述吸收瓦配置为单层或多层所述热管微堆中子吸收体材料，当所述热管微堆中子吸收体材料配置为多层时，所述热管微堆中子吸收体材料中的所述快中子慢化体所占体积比由内层向外层递增。

10.根据权利要求8所述的热管微堆控制转鼓，其特征在于，所述吸收瓦配置为多层结构，所述多层结构中包括至少两层吸收层和至少一层基体层，所述吸收层采用所述热管微堆中子吸收体材料制造，所述基体层采用所述热中子吸收体相同的材料制造，所述吸收层与所述基体层成间隔分布，所述吸收层的厚度由内层向外层递增。

技术总结一种热管微堆中子吸收体材料，包括快中子慢化体与热中子吸收体，其中快中子慢化体通过中子散射将快中子慢化为热中子，热中子吸收体吸收至少部分热中子。快中子慢化体配置为颗粒，弥散分布于热中子吸收体基体中；热中子吸收体配置为平均热中子吸收截面不低于12b的金属。该热管微堆中子吸收材料中子吸收性能好，辐照稳定性高，化学稳定性好，在热管微堆堆芯长期服役具有良好的可靠性与稳定性。本发明还提供一种热管微堆控制转鼓。技术研发人员：林基伟,陈智东,卢洪早,郑轶雄,卢俊强受保护的技术使用者：上海核工程研究设计院股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/12/2