张鹏卷，钟鹏鹤

(中核建中核燃料元件有限公司，四川 宜宾 644000)

核燃料元件研制向长周期、高燃耗方向改进，如新型压水堆AP1000和EPR，其元件燃耗高达60～70 GWd/tU。高燃耗下，由于裂变气体释放(FGR)增多导致燃料棒内的压力升高，芯块肿胀使燃料包壳相互作用(PCI)效应增强，进而影响核燃料的安全运行[1]。根据相关堆型设计要求，UO2芯块的晶粒尺寸及气孔分布是燃料设计中重点考量指标。大晶粒芯块更抗密实化，增加了辐照条件下裂变气体由晶粒内部到晶粒边界扩散的平均路程，延缓了裂变气体在晶界的析出。同时，随晶粒的增大，单位晶界面积减少，进而可降低裂变气体的释放量；而且适当增加芯块晶粒尺寸可提高辐照条件下的抗蠕变能力。为此，设计制造性能优良的大晶粒UO2燃料芯块是解决这一问题的有效途径。

通常，制备大晶粒UO2芯块的主要途径包括[2]：1)提高粉末活性；2)控制烧结条件；3)使用助烧剂。通过控制粉末活性制备的芯块晶粒尺寸增大不理想；通过控制烧结条件，提高烧结温度和延长时间必然会增加成本，而且还会因为芯块后期的“暴晒”作用而使芯块密度降低；使用助烧剂制备大晶粒UO2芯块，是报道最多的一个研究方向，特别是掺杂一些金属氧化物助烧剂。

1 助烧剂对UO2晶粒尺寸的影响

助烧剂在粉末冶金行业应用甚广，特别是在基体粉末烧结性能较差的情况下。助烧剂的添加可使晶粒尺寸达到一定要求，如俄罗斯平均燃耗43 GWd/tU的VVER-1000燃料要求晶粒为10～25 μm，TVS-2M芯块晶粒则要求25 μm以上；……