P0LL02計(jì)算代碼建模核燃料的不同17x17組件的中子性能。
[0196] i.所伸用概念的原理和宙義
[0197] -Kss:中子在無限介質(zhì)中的倍增系數(shù)（不考慮逃逸）；
[0198] -KE$:中子在有限（真實(shí)）介質(zhì)中的倍增系數(shù)。
[0199] !(^^和之間的差異因此與逃逸反應(yīng)堆的中子的數(shù)量有關(guān)，不倍增，換句話說：
[0201 ] 所述"系數(shù);主要取決于核的幾何結(jié)構(gòu)也取決于材料的性質(zhì)。
[0202]-反應(yīng)性P，表示為pcm(每百千），是另一種數(shù)學(xué)上表達(dá)倍增系數(shù)（無限或真實(shí)） 的方式，
[0204] 因此，方程1可表述為：
[0206] -臨界反應(yīng)堆
[0207] "臨界"反應(yīng)堆是指中子數(shù)量為常數(shù)且不同于0 (不考慮外部來源）的反應(yīng)堆，也就 是說KE$= 1.00,或，以反應(yīng)性表達(dá)，通過使用方程2，P =Opcm的反應(yīng)堆。
[0208] 用上述計(jì)算代碼實(shí)施的計(jì)算給出了 K55k。對(duì)于虛構(gòu)的反應(yīng)堆，發(fā)現(xiàn)術(shù)語Pjai4約 為 _2500pcm。
[0209] 因此，在實(shí)施的建模的含義內(nèi)，"臨界"反應(yīng)堆表示：P真$ = Opcm和P無限= 2500pcm，這在倍增系數(shù)方面反映為：K真實(shí)=L 00和K無限=L 025 (圖4中的曲線7)。
[0210] -例如，圖4表示對(duì)于由富集235U至4. 9 %的均相UfVS塊組成的組件，具有1/4 (4 個(gè)操作周期，換句話說，在每個(gè)操作周期中，四分之一的組件（最經(jīng)常使用的那些）被換為 新組件）管理的虛構(gòu)反應(yīng)堆的倍增系數(shù)（K ss )的變化，使用計(jì)算代碼建模（曲線1)。
[0211] 與使用硼（曲線5)作為中子毒物（2000ppm在熱交換流體的水中稀釋的硼）的相 同反應(yīng)堆的反應(yīng)性相比。在使用硼的情況下，通過降低硼在熱交換流體中的濃度（"臨界 硼"操作方法）所述反應(yīng)堆可保持從操作點(diǎn)（6)開始的臨界。
[0212] 理想反應(yīng)堆的倍增系數(shù)
[0213] 圖4的曲線圖上的曲線2表示"理想"反應(yīng)堆的無限倍增系數(shù)的變化。所述"理想" 核是不具有中子虧損（neutron penalty)，初始超反應(yīng)性為2000pcm (因此K無限=1.050)且 在周期的整個(gè)長(zhǎng)度上不具有虧損（操作點(diǎn)（4))的反應(yīng)堆。
[0214] 因此，正如在圖4中所示，在實(shí)施的建模含義內(nèi)，"理想"反應(yīng)堆是具有真實(shí)反應(yīng)性 P*； $為+2000pcm直至操作點(diǎn)（3)的反應(yīng)堆。該超反應(yīng)性使可能操作所述反應(yīng)堆（例如為 了增加功率）。
[0215] 理想組件的倍增系數(shù)
[0216] 圖5顯示了在熱條件下（即，考慮溫度的影響）基于1]〇2的虛構(gòu)燃料組件在無限 介質(zhì)中的倍增系數(shù)K ss作為組件的平均燃耗的函數(shù)的變化，對(duì)于17x17組件。
[0217] 下面大致給出組件的K55k的變化
哺反應(yīng)堆的K55k的變化
之間的 關(guān)系，具有N個(gè)周期的管理：
[0219] 其中：
[0220] X :在第一周期中組件的燃耗，
[0221] N :在反應(yīng)堆中組件使用的總周期數(shù)，
反應(yīng)堆的Kss，具有在N周期處的管理，作為燃耗X的函數(shù)，
組件的，作為燃耗的函數(shù)，
[0224] Lg :周期的長(zhǎng)度（以燃耗單位）。特別地，
，以使 反應(yīng)堆在周期結(jié)束時(shí)為臨界。
[0225] 通過使用方程4,可能繪出"理想"組件和"臨界"組件的Kss的變化（圖6)，以使， 在反應(yīng)堆（具有四分之一的管理，因此N = 4)中使用時(shí)，它們分別給出如上所定義的"理想 反應(yīng)堆"行為和"臨界反應(yīng)堆"行為。
[0226] i i·用不同組件得到的中子效果
[0227] 圖7. a中示出了對(duì)于不同17x17組件的K無限的變化：
[0228] -基于UO2的虛構(gòu)燃料反應(yīng)堆（曲線1);
[0229] -使用40或52個(gè)由根據(jù)本發(fā)明的異相芯塊形成的棒的組件，其環(huán)形涂層具有50、 60或150 μ m的厚度和不同的Gd同位素載體。組件的其他棒由富集235U至4. 9%的均相UO2 芯塊（曲線2-5)形成；和
[0230] -正如在前面點(diǎn)i中定義的"理想"和"臨界"組件（曲線6和7)。
[0231] 所有的這些曲線考慮無硼虛構(gòu)反應(yīng)堆，即，在熱交換流體/慢化劑中硼的濃度為 0.0 ppm0
[0232] 為了比較目的，圖7b中示出了結(jié)合了傳統(tǒng)均相芯塊的棒的組件獲得的中子效果， 所述傳統(tǒng)均相芯塊由含8wt % Gd2O3的（U，Gd) O2固溶體組成。
[0233] 從圖7a中可以看出，可能通過調(diào)節(jié)根據(jù)本發(fā)明的棒的數(shù)量、構(gòu)成它們的芯塊的可 燃毒物層的厚度和釓的同位素載體來控制反應(yīng)堆中反應(yīng)性的變化以接近最優(yōu)變化。
[0234] 同時(shí)，圖7a和7b的比較顯示，用根據(jù)本發(fā)明的芯塊比用傳統(tǒng)均相芯塊可更好地控 制組件反應(yīng)性的變化，因?yàn)楦鶕?jù)本發(fā)明的組件的反應(yīng)性曲線在周期結(jié)束時(shí)更接近于"理想" 曲線。
[0235] iii.反應(yīng)堆的反應(yīng)性
[0236] 圖8中示出了使用本發(fā)明的組件的反應(yīng)堆的行為。
[0237] 從圖8中可以看出，反應(yīng)性的效果使有可能降低，甚至抑制，硼在反應(yīng)堆中的使 用。
[0238] 參考文獻(xiàn)
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【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種材料，其基于軸扣)、禮（Ga)和氧（0)，顯示具有立方型晶體結(jié)構(gòu)的結(jié)晶相，Gd/ [Gd+U]原子比為0. 6-0. 93,其中存在的軸為+IV和/或+V氧化態(tài)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的材料，其顯示被稱為立方1相的結(jié)晶相，Gd/[Gd+U]原子比為 0. 79~0, 93〇3. 根據(jù)前一權(quán)利要求所述的材料，其中所述立方型晶體結(jié)構(gòu)具有10.8-10.9A的晶胞 參數(shù)（曰1)。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的材料，顯示被稱為立方2相的結(jié)晶相，Gd/[Gd+U]原子比為 0. 6-0. 71。5. 根據(jù)前一權(quán)利要求所述的材料，其中所述立方型晶體結(jié)構(gòu)具有53-5.5A的晶胞參 數(shù)（曰2)。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的材料，其具有兩相型，顯示根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的立方1 相和根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的立方2相。7. 根據(jù)前述權(quán)利要求的任一項(xiàng)所述的材料，其中所述軸是同位素富集235u的軸，同位 素貧化235U的軸或天然軸。8. 根據(jù)前述權(quán)利要求的任一項(xiàng)所述的材料，其中所述禮是天然禮或W它的I55GdAM全部 和/或I57GdAM全^比例被同位素修飾的禮。9. 用于制備根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的材料的方法，包括在1200-2200°C溫度 下和還原性氣氛下燒結(jié)由成比例的氧化軸例如U〇2或更高的氧化物例如U3〇8和氧化禮Gd2化 的混合物形成的粉末的階段，所述比例使CW0. 6-0. 93的Gd/[Gd+U]原子比存在。10. 根據(jù)前一權(quán)利要求所述的方法，其中在添加5mol%氨氣的氣氣氣氛下實(shí)施燒結(jié)。11. 根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的方法，其中實(shí)施燒結(jié)大于或等于Ih的時(shí)間，特別地 3-她。12. 根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的材料作為核燃料元件的可燃中子毒物的用途。13. -種核燃料忍塊，包含根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的材料。14. 根據(jù)前一權(quán)利要求所述的忍塊，所述忍塊為異相忍塊（10)，其由至少一個(gè)內(nèi)部部 分形成，所述內(nèi)部部分特別地為圓柱形（1)，包含至少一種可裂變甚至增殖的材料，涂覆有 全部或部分由根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的材料形成的環(huán)形外部部分（2)。15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的忍塊，其中所述環(huán)形外部部分（2)的厚度（e)為所述忍塊 的半徑（R)的 0.05-7. 5%。16. 根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的忍塊，其中所述圓柱形內(nèi)部部分（1)全部或部分地由 氧化軸、氧化壞、氧化社或它們的混合物形成，特別地由氧化軸形成。17. -種用于制備根據(jù)權(quán)利要求14-16任一項(xiàng)所述的核燃料忍塊的方法，其包含至少 如下階段： (i) 獲得含根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的材料的粉末； 或獲得由成比例的氧化軸例如U〇2或更高的氧化物例如U3〇s和氧化禮Gd2〇3的混合物 形成的粉末，所述比例使CW0. 6-0. 93的Gd/[Gd+U]原子比存在； (ii) 由階段（i)的粉末制備片； (iii) 在含至少一種可裂變甚至增殖的材料的忍塊的表面上W片形式沉積所述粉末， 優(yōu)選被壓制的忍塊；和 (iv)在還原性氣氛下和1200-2200°c溫度下燒結(jié)階段（iii)得到的忍塊。18. 根據(jù)前一權(quán)利要求所述的方法，其中階段（iii)包括將沉積在忍塊表面上的片層 干燥。19. 一種核燃料棒，其包含根據(jù)權(quán)利要求13-16中任一項(xiàng)所述的燃料忍塊。20. -種核燃料組件，其包含權(quán)利要求19所述的燃料棒。21. -種板式幾何結(jié)構(gòu)的核燃料元件，其包含一個(gè)或多個(gè)至少部分地被權(quán)利要求1-8 中任一項(xiàng)所述的材料覆蓋的可裂變甚至增殖的區(qū)域。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種由鈾、釓和氧制備的新型材料，其具有立方晶體結(jié)構(gòu)的結(jié)晶相，Gd/[Gd+U]原子比為0.6-0.93，鈾以+IV和/或+V氧化態(tài)存在。本發(fā)明還涉及這樣的材料作為燃料元件的可消耗中子毒物的用途。
【IPC分類】G21C3/62, C01G43/00
【公開號(hào)】CN105377763
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201480037507
【發(fā)明人】達(dá)里奧·皮克, 萊昂內(nèi)爾·德格朗熱, 皮埃爾·馬特隆, 伊夫·蓬蒂隆
【申請(qǐng)人】原子能與替代能源委員會(huì)
【公開日】2016年3月2日
【申請(qǐng)日】2014年4月24日
【公告號(hào)】EP2991932A1, US20160104548, WO2014177980A1