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        UO2芯塊熱穩(wěn)定性試驗(yàn)密度測定比對

        2016-03-17 06:00:10海身份證號460035198104280716四川宜賓644000
        科技傳播 2016年2期
        關(guān)鍵詞:芯塊熱穩(wěn)定性試樣

        黃 海身份證號:460035198104280716,四川宜賓 644000

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        UO2芯塊熱穩(wěn)定性試驗(yàn)密度測定比對

        黃海
        身份證號:460035198104280716,四川宜賓644000

        摘要二氧化鈾芯塊在規(guī)定的氣氛(氫氣或氬氫混合氣)和溫度條件下,進(jìn)行一定時間的再燒結(jié)。通過測量芯塊的密度變化值或直徑變化值,評價芯塊的熱穩(wěn)定性,以預(yù)測燃料芯塊在堆內(nèi)的密實(shí)化程度。AFA3G燃料組件二氧化鈾芯塊通常在熱穩(wěn)定性試驗(yàn)時,測定芯塊的密度時采用浸漬液方法,未采用幾何密度法,幾何密度法更快速、簡便和實(shí)用性。

        關(guān)鍵詞AFA3G燃料組件二氧化鈾芯塊;熱穩(wěn)定性;浸漬液方法;幾何密度法

        燒結(jié)二氧化鈾芯塊熱穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果作為判定芯塊質(zhì)量指標(biāo)之一。目前對UO2芯塊密度測定方法有三種,分別為生產(chǎn)線上采用幾何密度法、實(shí)驗(yàn)室依據(jù)國標(biāo)GB11927-89《二氧化鈾芯塊密度和開口孔隙度的測定液體浸漬法》中煮沸法(簡稱國標(biāo)煮沸法)和依據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)ISO9278:2008《Nuclear energy - Uranium dioxide pellets-Determination of density and volume fraction of open and closed porosity》(簡稱ISO法)建立的檢測方法。由于國標(biāo)煮沸法耗時長且用到二甲苯對人體有毒害試劑,多數(shù)實(shí)驗(yàn)室早已采用ISO法進(jìn)行替代,本次試驗(yàn)采用幾何密度方法和ISO法對同一批芯塊進(jìn)行密度檢測,并對檢測結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)分析比對,驗(yàn)證幾何密度法與ISO法對于芯塊密度的測量是否具有等效。

        1 方法簡介

        1.1幾何密度測量法

        幾何密度法,采用芯塊幾何尺寸及密度檢測系統(tǒng),首先測定芯塊的端部幾何尺寸(包括碟深、碟寬、倒角高、倒角寬)計(jì)算出芯塊的空腔體積,然后測定芯塊直徑、高度和質(zhì)量,扣除空腔體積后,根據(jù)密度等于質(zhì)量除以體積的原理,可計(jì)算出芯塊的密度。

        空腔體積的計(jì)算公式如下:

        式中:

        ——芯塊的空腔體積,mm3;

        ——芯塊a端、b端的碟深,mm;

        ——芯塊a端、b端的碟寬,mm;

        ——芯塊a端、b端的倒角高,mm;

        ——芯塊a端、b端的倒角寬,mm。

        芯塊密度計(jì)算公式如下:

        式中:

        ——芯塊的幾何密度,g/cm3;——芯塊的質(zhì)量,g;

        ——芯塊的直徑,mm;

        ——芯塊的高度,mm;

        1 .2液體浸漬法(ISO法)

        采用ISO方法中的液體浸漬法,依據(jù)阿基米德原理,通過測量芯塊的干燥質(zhì)量和懸浮質(zhì)量來確定芯塊排開液體的體積,再由浸漬液體的密度計(jì)算出芯塊的密度,檢測步驟如下:

        在空氣中稱出試樣質(zhì)量m,準(zhǔn)確至0.0001g。

        將試樣放入真空處理裝置中,抽真空,使真空度低于7.0Pa,持續(xù)抽真空時間不少于10min,然后將試樣充分滲水并浸泡10min。

        用溫度計(jì)測量出水的溫度。

        4)將試樣放入吊籃里,在水中稱出懸浮質(zhì)量m2,準(zhǔn)確至0.0001g。

        5)從水中取出試樣,先用定性濾紙將試樣表面水擦干(用定性濾紙將試樣兩端表面水擦干,在濾紙上前后滾動試樣擦干試樣圓柱表面水),然后在空氣中稱出飽和質(zhì)量m1,準(zhǔn)確至0.0001g,這一過程要求1min內(nèi)完成。

        芯塊密度按公式(3)計(jì)算:

        式中:

        ρ——芯塊水測密度,g/cm3;

        m ——干樣品在空氣中的質(zhì)量,g;

        m1——充分滲水并擦干表面水的樣品在空氣中的質(zhì)量,g;

        m2——充分滲水后的樣品在水中的質(zhì)量,g;

        ρ1——為在不同溫度條件下水的密度,g/cm3;

        2 比對樣品

        為保證比對結(jié)果客觀性,所使用UO2芯塊來自同一批次,密度在其技術(shù)要求范圍內(nèi)隨機(jī)分布。數(shù)量共24塊,分為兩組每組12塊,編號為樣品1和樣品2。

        3 比對過程

        分別將樣品1和樣品2裝入高溫復(fù)燒爐開展芯塊熱穩(wěn)定性試驗(yàn)(2爐)。采用幾何密度法和ISO法,測量芯塊的燒前、燒后的密度。

        4 比對結(jié)果

        4.1密度測量結(jié)果

        表1 樣品1密度測量結(jié)果(g/cm3)

        表2 樣品2密度測量結(jié)果(g/cm3)

        表3 樣品密度變化量(g/cm3)

        圖1 樣品1密度測量結(jié)果比較

        圖2 樣品2密度測量結(jié)果比較

        表1和表2分別給出了樣品1(爐1)和樣品2(爐2),采用幾何密度法與ISO法進(jìn)行密度測定的結(jié)果,將測量結(jié)果繪制成折線圖1和圖2。采用幾何密度法和ISO法測量結(jié)果大小及趨勢較為一致,樣品1和樣品2采用ISO法測量結(jié)果均略高于幾何密度法測量結(jié)果。應(yīng)是采用ISO法測量的芯塊體積去除了開口孔隙所占體積,因此測量結(jié)果略高。

        4.2比對樣品密度變化量

        樣品1和樣品2來自于同一批樣品,試驗(yàn)的控制過程、條件也是一樣的。采用兩種方法,對樣品密度變化量進(jìn)行統(tǒng)一比對。

        樣品變化量如表3,在α=0.05,F(xiàn)=3.83,由于F crit=4.05,因?yàn)镕<F crit,檢測結(jié)果應(yīng)無顯著差異。

        5 結(jié)論

        本次試驗(yàn),對于同一樣品采用幾何密度法和液體(ISO)浸漬法測量結(jié)果大小及趨勢較為一致,變化結(jié)果通過F檢驗(yàn)無顯著差異。因此,對于芯塊密度的測量,幾何密度法、ISO法兩者應(yīng)該可以等效使用。幾何密度法或ISO法都可以應(yīng)用于UO2芯塊熱穩(wěn)定性試驗(yàn)密度測定及判定。

        參考文獻(xiàn)

        [1]標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)及其應(yīng)用技術(shù).中國標(biāo)準(zhǔn)出版社.

        [2]ISO 9278Nuclear energy-Uranium dioxide pellets-Determination of density and volume fraction of open and closed porosity.

        [3]ISO 15646Re-sintering test for UO2, (U,Gd)O2 and (U,Pu)O2 pellets.

        中圖分類號O6

        文獻(xiàn)標(biāo)識碼A

        文章編號1674-6708(2015)155-0065-02

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