Spark plasma sintering of (U,Ce)O2 as a MOx nuclear fuel surrogate
Spark plasma sintering of (U,Ce)O2 as a MOx nuclear fuel surrogate
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火花等离子体烧结 (U,Ce)O2 作为 MOx 核燃料替代品
DOI：
10.1016/j.jnucmat.2021.153302
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发表时间：
2021
影响因子：
3.1
通讯作者：
Harrison R
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Harrison R
混合铀钚氧化物（MOx）目前被用作热裂变反应堆的核燃料，并且由于研究和原型系统的大量辐照数据，它是固体燃料快堆的主要候选物。火花等离子体烧结（SPS）已被证明可以降低制造UO 2燃料芯块所需的烧结温度和时间，并且可以通过在这些燃料的制造中更有效地保留挥发性次要锕系元素（MA）（例如AmO 2）来有利于MOx生产。在这项研究中，我们已经研究了SPS作为替代场辅助烧结路线的UO 2和MOx燃料制造的替代品（U 0. 93，Ce 0. 07）O 2制备的微粉化主混合物（MIMAS）型过程。SPS已经显示出在1573 K的烧结温度和5分钟的保持时间下生产高密度的球团，> 95%TD，与通过在1973 K下持续5小时的常规烧结生产的等效球团相当。富Ce区域的形成已被测量，显示SPS Ce-MOx中的富Ce颗粒的尺寸分布类似于常规烧结的Ce-MOx，并且适合于MOx燃料规格。然而，在富Ce颗粒的Ce含量中观察到显著差异，所述富Ce颗粒保持接近其主要共混物组成，并且在富Ce区域内具有高度的不均匀性。缩短烧结温度和时间对其他显微组织性能的影响也被揭示。
Mixed uranium plutonium oxides (MOx) are currently used as nuclear fuel in thermal fission reactors and are the leading candidate for use in solid fuelled fast reactors given a wealth of irradiation data from research and prototype systems. Spark plasma sintering (SPS) has been shown to reduce the sintering temperature and time required to manufacture UO2fuel pellets and may benefit MOx production through the more efficient retention of volatile minor actinides (MAs) such as AmO2in the manufacture of these fuels. In this study we have examined SPS as an alternative field assisted sintering route to UO2and MOx fuel manufacture on surrogate (U0.93,Ce0.07)O2prepared by a micronized master blend (MIMAS) type process. SPS has been shown to produce pellets of high density, > 95% TD at sintering temperatures of 1573 K and hold time of 5 min, comparable to equivalent pellets produced through conventional sintering at 1973 K for 5 h. The formation of Ce-rich regions has been measured showing the size distribution of Ce-rich particles in SPS Ce-MOx is similar to conventionally sintered Ce-MOx and are appropriate for MOx fuel specifications. However, a significant difference is observed in the Ce content of the Ce-rich particles which remain close to their primary blend composition, as well as having a high degree of heterogeneity within the Ce-rich regions. The effect of the shortened sintering temperatures and times on other microstructural properties are also revealed.
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