杨 烁，吕俊男，李 群,*

(1.西安交通大学 航天航空学院 机械结构强度与振动国家重点实验室，陕西 西安 710049； 2.中国核动力研究设计院 反应堆燃料及材料重点实验室，四川 成都 610213)

弥散型燃料元件[1-2]是将易裂变燃料相以小颗粒的形式均匀弥散在相对惰性的非裂变材料基体中的一种混合物核燃料。由于燃料颗粒被基体材料分隔开，使裂变产物损伤局限在燃料颗粒及其周围基体内，不受裂变产物损伤的基体能形成连续网络，这样有利于包容裂变产物、抑制燃料肿胀，且燃料元件芯部温度低，导热性好，从而允许燃料达到更高的燃耗和安全可靠性，因此被广泛用于研究试验堆和动力堆[3]。

相对于普通的颗粒增强复合材料，弥散燃料的特殊性在于中子辐照条件下，核燃料颗粒内的易裂变物质，如铀会发生裂变和嬗变，此过程中产生的裂变气体不断聚集形成气泡，并导致燃料颗粒辐照肿胀[2]。高燃耗状态下，气体肿胀致使燃料颗粒逐渐演变成多孔结构，颗粒内气孔的尺寸和位置的非均匀分布与孔间的应力干涉效应极易导致气孔开裂贯通。事故工况下，燃料芯体内部颗粒破裂的比例很高，大量微裂纹贯穿、连通扩展至基体，最终宏观表现为包壳表面起泡，可认为燃料颗粒的开裂失效是弥散燃料失效的根源[4-5]。

为研究弥散燃料的失效行为，需建立相应的理论模型，发展有效的数值模拟方法，学者们在这方面开展了许多有意义的工作。Rest等[6-8]研究了燃料内裂变气体肿胀模型的计算以及U-Mo合金中裂变气泡尺寸分布规律与高温成核机制。……