耐事故核燃料UN抗氧化机制与性能增强的研究进展

摘要

氮化铀具有高铀密度、高热导率和高熔点等优点，被认为是最有潜力的耐事故核燃料之一.尽管氮化铀在核能安全等方面展现出极高的应用价值，但高温抗氧化性能和腐蚀性能不佳是其作为候选耐事故核燃料亟需解决的问题.针对氮化铀基核燃料在堆内服役条件下的低抗氧化性能，本文总结了氮化铀在空气中的氧化反应过程和提升氮化铀核燃料抗氧化性能的方法，具体包括采用高耐腐蚀陶瓷烧结形成保护屏障、添加合适的金属元素合金化、表面涂层技术等方法.重点讨论了氮化铀与各种陶瓷抗氧化相包括二氧化铀，二硅化三铀和其他陶瓷抗氧化相烧结形成复合燃料的抗氧化性能.其中，氮化铀–二氧化铀型复合燃料相比于氮化铀在高温和高压蒸汽环境下具有更高的氧化起始温度，显示出较高的抗氧化性能.因此重点探索了氮化铀–二氧化铀型复合燃料成分和微观结构对抗氧化性能影响的微观机制以及改进措施.三氮化二铀相的生成在提高氮化铀–二氧化铀抗氧化性能方面起到关键作用，但其高温稳定性仍存在争议.另外，本文还归纳了当前氮化铀基新型燃料在抗氧化性能提升研究方面亟需解决的科学问题.

关键词

耐事故燃料 / 氮化铀 / 抗氧化性能 / 二氧化铀 / 三氮化二铀

基金资助

国家自然基金资助面上项目（52371091）; 2024年度科技智库青年人才计划资助项目（XMSB20240710064）; 2024年度人工智能赋能研究生教育探索项目（2024JGAI06）