mox燃料研究在中國(guó)的進(jìn)展

mox燃料研究在中國(guó)的進(jìn)展

1mox燃料生產(chǎn)快速沉積是實(shí)現(xiàn)核電廠附加值、提高原油資源利用率和減少長(zhǎng)壽核素的最重要途徑。20世紀(jì)60年代,比利時(shí)、法國(guó)、美國(guó)、意大利、德國(guó)、日本和印度等國(guó)紛紛建立钚實(shí)驗(yàn)室,開發(fā)供增殖快堆使用的MOX燃料。1970—1985年國(guó)際上形成了快堆MOX燃料的研究高潮。截至80年代末,大多數(shù)建成的快中子堆(包括實(shí)驗(yàn)、原型和驗(yàn)證堆)都成功地使用了MOX燃料。目前,全世界有20多個(gè)快中子堆裝載了MOX燃料,最高燃耗已達(dá)到13%裂變消耗的原子分?jǐn)?shù),即相當(dāng)于120GWd/kgM),積累了300堆·年的快堆運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。當(dāng)前法國(guó)、俄羅斯、日本和印度的快堆仍在運(yùn)行之中。國(guó)際上共建造了24座MOX燃料廠,其中LWR-MOX燃料廠和FBR-MOX燃料廠各占一半。截至2004年,全世界累計(jì)生產(chǎn)了1840t重金屬(HM)。目前MOX燃料的生產(chǎn)能力己達(dá)213t/a。美國(guó)早期曾建造了5個(gè)小規(guī)模的MOX燃料廠,生產(chǎn)總量為50~70t/a。但運(yùn)行至1976年時(shí),由于后處理廠被美國(guó)政府無(wú)限期關(guān)閉并最終被拆除,MOX燃料生產(chǎn)也被迫停止下來(lái)。目前,美國(guó)雖然選擇核廢物直接永久處置的“一次通過(guò)”循環(huán),但其乏燃料累計(jì)已達(dá)5萬(wàn)多噸,每年產(chǎn)生乏燃料2000t,尤卡山乏燃料填埋場(chǎng)將很快被塞滿,面臨再花巨額資金建設(shè)一個(gè)新的填埋場(chǎng)的壓力。進(jìn)入21世紀(jì)后,美國(guó)對(duì)乏燃料采取“一次通過(guò)”的政策受到挑戰(zhàn),意識(shí)到要大規(guī)模發(fā)展核電和降低核燃料成本,必須提高鈾資源利用率和減少核廢物產(chǎn)生率。2006年美國(guó)啟動(dòng)了“全球核能合作伙伴計(jì)劃”(GNEP),并計(jì)劃建立統(tǒng)一的核燃料處理中心(CFTC)和建造一座600MW先進(jìn)鈉冷快堆(ABR),用于焚燒和嬗變含有钚和其他次錒系元素的新型MOX燃料。1962年,法國(guó)CFCa燃料工廠開始小規(guī)模研制快堆MOX燃料,先后建造了兩條FBR-MOX燃料研制生產(chǎn)線。80年代中,法國(guó)電力公司(EDF)決定將MOX燃料應(yīng)用于壓水堆中,以消耗因發(fā)展快堆MOX燃料而貯存的大量钚,于是將其中一條FBR-MOX燃料生產(chǎn)線改造成PWR-MOX燃料生產(chǎn)線,并于1990年投產(chǎn)。2004年,法國(guó)MOX乏燃料后處理廠投入運(yùn)行,已回收了10tMOX乏燃料,并克服了完全溶解PuO2技術(shù)難題。目前法國(guó)正在考慮發(fā)展第四代快堆設(shè)計(jì)的后處理方案,預(yù)計(jì)于2020年建成符合第四代核電站指標(biāo)的原型快堆。20世紀(jì)70年代,俄羅斯建成了3個(gè)FBR-MOX燃料制造廠。目前俄羅斯已決定在商業(yè)快堆中循環(huán)利用钚,并計(jì)劃再建3座類似的商業(yè)快堆。1972年,日本建造了含有兩條MOX燃料生產(chǎn)線的PFFF工廠,其中一條是生產(chǎn)先進(jìn)熱堆ATR-MOX燃料,另一條是生產(chǎn)FBR-MOX燃料,1988年,日本又建成了一條全自動(dòng)化的PFPF燃料工廠,其MOX燃料生產(chǎn)能力足以供應(yīng)Joyo和Monju兩個(gè)快堆。日本確認(rèn)快堆是能源戰(zhàn)略的重要內(nèi)容,在建成一座實(shí)驗(yàn)快堆和一座原型快堆的基礎(chǔ)上,目前正在加快商用快堆和MOX燃料的研發(fā)。印度于1985年建成了實(shí)驗(yàn)快堆(FBTR)。2002年決定建造一座500MW原型快堆(PFBR),計(jì)劃2010年建成。為此,印度提前幾年就開始建造一座100t/a的快堆MOX燃料工廠。該工廠可為計(jì)劃2020年前即將建造運(yùn)行的5座快堆電站提供MOX燃料。2推動(dòng)我國(guó)快堆發(fā)展的“三步走”戰(zhàn)略MOX燃料廠是位于后處理廠和核電站之間的重要中間環(huán)節(jié),開展MOX燃料研究是實(shí)施核燃料閉式循環(huán)戰(zhàn)略的必然要求。鈾是不可再生的有限寶貴資源,而核能長(zhǎng)期發(fā)展對(duì)鈾資源提出了巨大和持續(xù)的需求。我國(guó)已探明鈾儲(chǔ)量與核電發(fā)展對(duì)鈾資源的需求存在較大差距,如果我國(guó)只發(fā)展UO2燃料,鈾資源的供應(yīng)緊張將成為我國(guó)核電可持續(xù)發(fā)展的主要制約因素之一,發(fā)展MOX燃料有利于提高鈾資源利用率。Pu是制造核武器的主要原料,庫(kù)存Pu的累積增加加大了核擴(kuò)散風(fēng)險(xiǎn),發(fā)展MOX燃料有利于保護(hù)環(huán)境和防止核擴(kuò)散。國(guó)際上熱堆的鈾資源利用率只有1%左右,而通過(guò)快堆及其燃料循環(huán)可以將鈾資源利用率提高60~70倍;快堆具有獨(dú)特的燃料增殖和核廢物嬗變功能。開展MOX燃料研究有利于推動(dòng)我國(guó)快堆發(fā)展。我國(guó)核電發(fā)展遵循“近期發(fā)展壓水堆、中期發(fā)展快堆、遠(yuǎn)期發(fā)展聚變堆”三步走的技術(shù)路線。由于鈾資源的限制,我國(guó)今后要大規(guī)模發(fā)展核能,必須依靠壓水堆和快堆匹配發(fā)展的核燃料閉式循環(huán)路線。專家預(yù)計(jì)2020—2030年左右MOX燃料在我國(guó)PWR核電站商用是有可能的,但目前中國(guó)實(shí)驗(yàn)快堆(CEFR)對(duì)MOX燃料的需求更為急迫。最近,我國(guó)正在抓緊制定實(shí)驗(yàn)快堆→示范快堆→商用快堆的“三步走”戰(zhàn)略發(fā)展路線。計(jì)劃2010年建成一座電功率為20MW的中國(guó)實(shí)驗(yàn)快堆,CEFR是按MOX燃料設(shè)計(jì)的,需要MOX燃料芯塊500kg/a。但由于目前沒(méi)有國(guó)產(chǎn)MOX燃料,也幾乎不可能從國(guó)外進(jìn)口MOX燃料,CEFR首爐及以后兩爐燃料不得不暫時(shí)用從俄羅斯進(jìn)口的富集度為64.4%的高濃UO2燃料。從快堆發(fā)展角度來(lái)看,不應(yīng)長(zhǎng)期使用高富集度UO2燃料,而應(yīng)裝載MOX燃料,才能發(fā)揮其獨(dú)特的燃料增殖作用。因此,預(yù)計(jì)2010年后CEFR必須裝載部分FBR-MOX燃料進(jìn)行換料運(yùn)行試驗(yàn);國(guó)產(chǎn)MOX燃料也必須借助CEFR這個(gè)研究平臺(tái),才能完成一定燃耗深度的輻照考驗(yàn)。我國(guó)還計(jì)劃2020年建成一座電功率800~900MW的中國(guó)示范快堆電站。示范快堆也是按MOX燃料設(shè)計(jì)的,每座示范快堆電站的換料量約為10t/a。3快速堆棧條件下的mox燃料制造技術(shù)的特點(diǎn)和困難3.1燃料棒的設(shè)計(jì)快堆MOX燃料的特殊性在于其材料要承受遠(yuǎn)高于熱中子堆的負(fù)荷,突出表現(xiàn)在快中子堆的中子注量率高約30倍,快中子注量率高約50倍,燃耗深度高2~3倍,比功率高3~5倍,功率密度高5倍多,包殼工作溫度比壓水堆UO2燃料高約300℃。而與PWR-MOX燃料相比,FBR-MOX燃料具有以下特點(diǎn):(1)PuO2含量高達(dá)25%,具有高能量中子譜(PWR-MOX燃料中PuO2含量一般為5%);(2)低密度實(shí)心圓柱體燃料芯塊(≤90%TD),或高密度(95%TD)中空環(huán)形圓柱體燃料芯塊,以降低燃料中心溫度和減輕芯塊-包殼相互作用,抑制高燃耗下燃料腫脹而導(dǎo)致燃料棒外徑增大;(3)采用軸向轉(zhuǎn)換區(qū)貧UO2芯塊,以實(shí)現(xiàn)钚的增殖;(4)燃料棒設(shè)計(jì)了與活性高度相當(dāng)?shù)臍馇?0.4~1m),以容納更多的在高燃耗和高溫下產(chǎn)生的裂變氣體;(5)為了保證燃料中心溫度低于熔點(diǎn)和更高的能量密度,燃料棒必須設(shè)計(jì)得很細(xì),燃料芯塊外徑為?5~7mm,可設(shè)計(jì)內(nèi)徑為?1.6mm的中心孔;芯塊表面不需加工和干燥(PWR-MOX燃料芯塊為實(shí)心圓柱體,外徑為?8.43mm,需研磨加工,并在350℃以上溫度進(jìn)行真空干燥,以防止包殼產(chǎn)生氫脆);(6)燃料棒束以三角形柵元緊密排列在不銹鋼制的六角形組件盒內(nèi),以盡量減小冷卻劑的慢化作用;棒表面螺旋繞制的繞絲提供了間隙約為1mm的鈉冷卻劑通道(PWR-MOX燃料棒以格柵定位,表面無(wú)螺旋繞絲,棒間隙較大);(7)采用316Ti奧氏體鋼作為包殼結(jié)構(gòu)材料,與芯塊和鈉在高溫下具有良好的相容性,包殼外徑6~8mm、厚度0.4mm(PWR-MOX燃料為鋯合金包殼,尺寸稍大)。3.2mox燃料的制備MOX燃料是一種新型燃料。MOX燃料組件制造技術(shù)的主要研究?jī)?nèi)容包括:MOX燃料元件和組件設(shè)計(jì)、MOX燃料堆芯設(shè)計(jì)和安全評(píng)估分析、MOX燃料組件制造廠房設(shè)計(jì)施工、專用工藝設(shè)備研制、專用手套箱研制、MOX燃料組件制造工藝(見圖1)和性能檢測(cè)、堆外性能檢驗(yàn)、堆內(nèi)輻照考驗(yàn)和輻照后檢驗(yàn)等一系列不同于傳統(tǒng)UO2燃料的科研開發(fā)工作。MOX燃料是含有劇毒、強(qiáng)放射性钚的燃料,它發(fā)射γ射線和中子。燒結(jié)的MOX芯塊如果長(zhǎng)期放置空氣中,由于α粒子的反沖作用,表面會(huì)產(chǎn)生含钚微粒和氣溶膠,存在被人體吸入的危險(xiǎn)。因此,從安全防護(hù)考慮,要求MOX燃料芯塊、單棒和組件的制造過(guò)程全部在帶屏蔽的厚重密封手套箱或熱室內(nèi)進(jìn)行,有些制造工藝和性能檢測(cè)必須實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化或遠(yuǎn)距離操作,這給MOX燃料組件制造廠房設(shè)計(jì)施工、工藝設(shè)備研制和維修、工藝操作、燃料運(yùn)送、堆內(nèi)外性能檢測(cè)、堆內(nèi)輻照考驗(yàn)和輻照后檢驗(yàn)帶來(lái)很多困難。在UO2燃料制造廠較簡(jiǎn)單的操作,在MOX燃料制造廠卻變得異常復(fù)雜,設(shè)備去污和維修特別困難,代價(jià)非常高,使研制難度增大,研制周期延長(zhǎng),制造成本提高。MOX燃料生產(chǎn)對(duì)輻射屏蔽防護(hù)和設(shè)備可靠性提出了非常嚴(yán)格的要求。在MOX燃料芯塊和單棒的制造過(guò)程中,由于存在操作人員接觸強(qiáng)放射性钚料、吸入钚粉塵的風(fēng)險(xiǎn),以及專用裝置被玷污后難清洗,部件損壞后難維修。因此,從MOX粉末到芯塊、單棒均是污染最嚴(yán)重的工序,芯塊和單棒制造工藝設(shè)備和相關(guān)工藝是MOX燃料的關(guān)鍵技術(shù)。對(duì)廠房建筑設(shè)計(jì)、室內(nèi)設(shè)施布局設(shè)計(jì),設(shè)備的可靠性、操作方便性、可維修性,以及工人的輻射劑量監(jiān)控和屏蔽防護(hù)都提出了非常嚴(yán)格的要求。MOX燃料組件設(shè)計(jì)對(duì)制造工藝也提出了很高的技術(shù)要求。與UO2燃料相比,MOX燃料是UO2和PuO2的混合氧化物,而Pu具有不同于U的中子物理特性,要求U和Pu的同位素在MOX燃料芯塊中分布非常均勻。而且,同位素分布不均勻的MOX乏燃料在后處理過(guò)程中,要使硝酸溶解率達(dá)到99%有較大難度。這些都對(duì)MOX粉末混合工藝技術(shù)和芯塊同位素分布均勻性檢測(cè)技術(shù)提出了新的挑戰(zhàn)。CEFR-MOX燃料的PuO2含量為25%~30%左右,混合技術(shù)難度小于PWR-MOX燃料,可以采用簡(jiǎn)單的一次性直接混合工藝,但其放射性和臨界安全問(wèn)題更突出;芯塊中心孔內(nèi)徑僅為1.6mm,自動(dòng)成型壓制時(shí)模具芯桿易斷裂;燃料棒包殼細(xì)小(?外約6mm,厚度0.4mm),芯塊裝管易污染,燃料運(yùn)行工況極嚴(yán),這些使得不銹鋼包殼制造技術(shù)復(fù)雜,難度增大。MOX燃料粉末制備工藝可分為機(jī)械混合法(俗稱干法)和化學(xué)共沉淀法(俗稱濕法)。濕法可獲得較好的產(chǎn)品均勻度,并形成固溶體粉末,被德國(guó)、日本、俄羅斯等國(guó)致力開發(fā)并用于LWR-MOX燃料的試制生產(chǎn),但因產(chǎn)生較多廢液而難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。機(jī)械混合法最早被用于制造PuO2含量較高、均勻混合較易的FBR-MOX燃料,后來(lái)經(jīng)過(guò)改進(jìn),形成兩步混合法即微細(xì)化主混合(MIMAS)工藝,又用于生產(chǎn)PuO2含量較低、均勻混合難度大的LWR-MOX燃料。其工藝比較成熟,已達(dá)到工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模。為了獲得MOX燃料中钚同位素和晶粒組織雙重的均勻度,以避免使用中產(chǎn)生局部功率峰,同時(shí)為了提高M(jìn)OX乏燃料在后處理時(shí)的硝酸溶解度,許多國(guó)家相繼研究了如何提高機(jī)械混合法MOX粉末的鈾钚分布均勻度。制備钚分布均勻的LWR-MOX燃料的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)很值得快堆MOX燃料借鑒。例如,比利時(shí)、法國(guó)創(chuàng)造了兩步混合的微細(xì)化主混合(MIMAS)工藝,取代了原來(lái)一步混合的COCA工藝;德國(guó)發(fā)明了優(yōu)化共磨(OCOM)工藝。為了減小富钚顆粒尺寸,并盡量縮短制造流程以利于操作者的劑量防護(hù),降低成本,英國(guó)研制成功了簡(jiǎn)短無(wú)黏結(jié)劑(SBR)工藝。俄羅斯則發(fā)明了ABC-150高效磁力混合機(jī),只需混合幾分鐘就可以獲得非常均勻的MOX燃料粉末。日本則重點(diǎn)研究(U、Pu)硝酸溶液的微波加熱脫硝工藝,快速制備出MOX固溶體粉末。德國(guó)獨(dú)創(chuàng)了三碳酸鈾钚酰銨共沉淀(AUPuC)法,制備出均勻、高活性的MOX固溶體粉末。印度仍然使用常規(guī)的機(jī)械混合法。原則上,上述方法都可以制造出滿足設(shè)計(jì)技術(shù)要求的LWR-MOX燃料,但一般認(rèn)為共沉淀法具有混料均勻,壓制前無(wú)需造粒,可燒結(jié)成均勻單相固溶體,以及乏燃料溶解性好等優(yōu)點(diǎn)。而機(jī)械混合法的工藝簡(jiǎn)短,廢液量少,經(jīng)過(guò)努力也可制得性能與共沉淀法相當(dāng)?shù)腗OX燃料芯塊。因此,英國(guó)、法國(guó)、比利時(shí)建成的40t/a中等規(guī)模和120t/a大型MOX燃料制造廠仍采用機(jī)械混合法。最初法國(guó)GOGEMA公司是采用直接混合(COCA)工藝生產(chǎn)輕水堆MOX芯塊,由于輻照后裂變氣體釋放率高而被淘汰。后來(lái)法國(guó)發(fā)明了微細(xì)化主混合(MIMAS)工藝,第一步是用球磨機(jī)將UO2+30%PuO2粉末進(jìn)行球磨,球磨時(shí)間一般為5h。第二步是用高效混合器將第一步得到的主混合粉末與剩余的UO2粉末進(jìn)行混合。傳統(tǒng)MIMAS工藝是用AUC-UO2粉末,但后來(lái)法國(guó)MELOX工廠的批量生產(chǎn)改用ADU-UO2粉末。如表1所示,MIMAS工藝規(guī)定最大富钚顆粒尺寸不超過(guò)150μm。MIMAS-ADU工藝制造的MOX芯塊中一般含有3種不同成分的相,即富鈾相(基體相)、富钚相和UO2表面包覆一層钚的涂層相。英國(guó)發(fā)明的SBR工藝是將干法IDR-UO2和PuO2粉末直接進(jìn)行高能球磨,球磨時(shí)間一般為30min。與MIMAS工藝一樣,SBR工藝也用硬脂酸鋅作成型潤(rùn)滑劑。并加入了一種名叫CONPOR的造孔劑,以保證芯塊的熱穩(wěn)定性。燒結(jié)溫度一般為1700℃。SBR-MOX芯塊的燒結(jié)密度為95%TD,O/M(氧與金屬的原子比)=2.00,晶粒尺寸為7.8μm。形成的氣孔呈雙峰分布,主峰分別為1μm和10~20μm,與IDR-UO2芯塊的氣孔分布相似。SBR-MOX芯塊的富钚顆粒最大僅為35μm,比MIMAS和OCOM工藝的富钚顆粒尺寸都要小得多,因此钚分布均勻性要更好,如圖2所示。在同樣輻照燃耗下,SBR-MOX燃料的裂變氣體釋放率小于MIMAS-MOX燃料。1997年美國(guó)LosAlamos國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(LANL)利用武器級(jí)钚和貧鈾(ADU-UO2)研制出了11個(gè)PWR-MOX燃料輻照考驗(yàn)棒。MOX芯塊成分為UO2-5%PuO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%,采用兩步混合工藝。原設(shè)計(jì)要求任何一個(gè)橫截面上富钚顆粒尺寸大于400μm的百分比不超過(guò)1.5%。后來(lái)為了進(jìn)一步減少裂變氣體釋放,改進(jìn)了球磨工藝,將最大富钚顆粒尺寸減少至100μm,使钚分布更均勻。2005年,日本核燃料循環(huán)研究院用三種方法制備了快堆MOX燃料芯塊,芯塊最高考驗(yàn)燃耗為144GWd/kgM。芯塊1:用ADU-UO2粉末和草酸钚煅燒PuO2粉末進(jìn)行混合、壓制和燒結(jié),不加造孔劑。燒結(jié)后只產(chǎn)生少量不均勻的氣孔,密度92%~94%TD。最大富钚顆粒尺寸小于90μm。微觀組織如圖3所示。芯塊1在燃耗為20GWd/kgM時(shí)就有明顯的裂變氣體釋放,并且隨著燃耗增加而增大,幾乎與線功率無(wú)關(guān)。芯塊2:用微波脫硝UO2-PuO2(Pu∶U=20∶1)粉末和ADU-UO2粉末進(jìn)行混合、壓制和燒結(jié),該粉末燒結(jié)活性高,加入0.3%~0.8%造孔劑。燒結(jié)后產(chǎn)生大量中小氣孔,密度94%TD。最大富钚顆粒尺寸小于138μm。芯塊2在燃耗為40GWd/kgM時(shí)開始釋放裂變氣體,而且釋放率隨著線功率增大而增加。芯塊3:用ADU-UO2粉末和草酸钚煅燒PuO2粉末進(jìn)行混合、壓制和燒結(jié),加入1.3%~1.5%造孔劑。燒結(jié)后產(chǎn)生大量大氣孔,密度僅為85%TD。最大富钚顆粒尺寸小于60μm。芯塊3的裂變氣體釋放率最高,是因?yàn)樵撔緣K的密度偏低,芯塊的熱導(dǎo)率隨之降低,局部溫度偏高加速了裂變氣體的擴(kuò)散遷移。研究指出,當(dāng)燃耗小于70GWd/kgM時(shí),隨著燃耗增大,裂變氣體釋放率逐漸增加;裂變氣體主要是儲(chǔ)存在大的氣孔內(nèi),因此改進(jìn)芯塊的微觀組織,可以減少裂變氣體釋放。當(dāng)燃耗接近100GWd/kgM時(shí),裂變氣體釋放率高達(dá)80%,而與燃耗、芯塊制造工藝和微觀組織等因素?zé)o關(guān),說(shuō)明此時(shí)裂變氣體儲(chǔ)存能力很低,這一點(diǎn)要引起快堆設(shè)計(jì)者的考慮?？傊?MOX燃料的制造和應(yīng)用要比UO2燃料復(fù)雜得多,研制周期長(zhǎng),投入高,需要培養(yǎng)從事MOX燃料研究開發(fā)的專門人才,以及長(zhǎng)期積累相關(guān)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)。MOX燃料元件和組件設(shè)計(jì)、MOX燃料芯塊、單棒和組件制造及相關(guān)性能檢測(cè)、MOX燃料元件和組件的輻照考驗(yàn)技術(shù)等存在大量的關(guān)鍵技術(shù)需要攻克。MOX燃料必須在密封性能很好、屏蔽性能符合要求的手套箱內(nèi)進(jìn)行,這給工藝設(shè)備的安全性、可靠性和可操作性提出了特殊的要求,給工藝和測(cè)試設(shè)備的研制帶來(lái)了極大困難,西方國(guó)家在MOX燃料的研制過(guò)程中也走了不少?gòu)澛贰０凑諊?guó)外發(fā)展經(jīng)驗(yàn),在科研條件得到保障的條件下,MOX燃料元件從實(shí)驗(yàn)室研究到工業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用至少需要15a的時(shí)間。4mox燃料芯塊的機(jī)械裝料設(shè)計(jì)我國(guó)已選擇核燃料閉式循環(huán)戰(zhàn)略路線,并且堅(jiān)持走核電自主化建設(shè)道路。1987年國(guó)家科委曾批準(zhǔn)了“863”計(jì)劃能源技術(shù)領(lǐng)域快堆燃料研究課題。由中國(guó)原子能科學(xué)研究院、核工業(yè)第一研究設(shè)計(jì)院和404廠合作開展了MOX芯塊研制、金屬型含钚燃料預(yù)先研究、低密度UO2芯塊制備、重結(jié)構(gòu)輻照實(shí)驗(yàn)及MOX乏燃料后處理研究等工作。經(jīng)過(guò)3年努力,課題組用化學(xué)共沉淀法(AUPuC)在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模制備出81塊MOX芯塊,并完成芯塊部分性能指標(biāo)的測(cè)量?！熬盼濉逼陂g國(guó)家支持了MOX燃料領(lǐng)域的一些軟課題研究,中國(guó)原子能科學(xué)研究院初步開展了CEFR采用MOX燃料的堆芯設(shè)計(jì)和隨堆輻照考驗(yàn)的可行性研究,核工業(yè)第五研究設(shè)計(jì)院進(jìn)行了年產(chǎn)500kgMOX燃料制造廠的工程初步設(shè)計(jì),404廠開展了MOX燃料制造工藝流程的初步設(shè)計(jì)。2001年12月,原國(guó)防科工委批準(zhǔn)了“十五”核能開發(fā)科研項(xiàng)目——“MOX燃料元件技術(shù)研究”。該項(xiàng)目由中國(guó)原子能科學(xué)研究院、核工業(yè)第五研究設(shè)計(jì)院和404廠共同承擔(dān),發(fā)揮廠院結(jié)合的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行聯(lián)合攻關(guān)。通過(guò)“十五”科研攻關(guān),開展了MOX燃料元件堆芯轉(zhuǎn)換用CIATTION程序、RICP程序、FMP程序包、NVI-TAMIN-C截面數(shù)據(jù)庫(kù)、WINMS新數(shù)據(jù)庫(kù)的應(yīng)用開發(fā),提交了堆芯物理計(jì)算設(shè)計(jì)報(bào)告。開展了MOX燃料元件設(shè)計(jì)用BEHAVE-SST和METERO-1.5程序的應(yīng)用開發(fā),提交了CEFR-MOX輻照考驗(yàn)組件的設(shè)計(jì)報(bào)告。CEFR堆芯的設(shè)計(jì)有相當(dāng)?shù)撵`活性。CEFR-MOX燃料芯塊尺寸初步按?外5.10mm、?內(nèi)1.60mm、高度6.50~9.00mm進(jìn)行設(shè)計(jì),單個(gè)芯塊重量為1.25~1.73g。根據(jù)堆芯初步設(shè)計(jì)計(jì)算,如果CEFR采用MOX燃料,則MOX燃料的初步成分設(shè)計(jì)為:235U富集度為36%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的中濃鈾,PuO2為29.4%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。由于CEFR堆芯可以擴(kuò)充一排燃料組件,因此也可采用235U富集度為19.6%、而工業(yè)PuO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為31.8%的MOX燃料;按此裝料方案,一爐CEFR-MOX燃料需289.2kgUO2和134.8kgPuO2;一爐料是80個(gè)組件,每個(gè)組件含61根單棒,則每個(gè)組件含1.6854k