二氧化铀芯块密度和开口孔隙度的测定 液体浸渍法 编制说明.docx

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二氧化铀芯块密度和开口孔隙度的测定液体浸渍法

一、工作概况

1.任务来源

本标准修订任务由国家标准化管理委员会文件《国家标准化管理委员会关于开展推荐性国家标准复审工作的通知》(国标委发〔2022〕10号)下达,项目编号为T-469,标准计划名称为《二氧化铀芯块密度和开口孔隙度的测定液体浸渍法》,主要起草单位为中国核动力研究设计院、核工业标准化研究所,归口单位为全国核能标准化技术委员会,项目周期16个月。

2.修订背景

二氧化铀芯块是目前商用水堆核电厂所使用的主要核燃料。其传统的制造工艺是将二氧化铀粉末通过混粉、制粒、压坯,然后在氢气氛中于2023-2073K甚至更高温度在卧式推舟炉中烧结6-9h进行制备。

密度和开口孔隙度是二氧化铀芯块极其重要的基础数据,它对芯块物理和机械性能、热导等影响极大。因此,反应堆工程对UO2芯块密度和开口孔隙度的控制要求非常严格,准确测定密度和开口孔隙度对燃料生产极其重要。目前,国际上测定密度比较通用的方法为沸水法、真空液体浸渍法和几何计算法。其中,几何计算法并不是基于阿基米德定律进行样品测定,要求芯块的形状必需非常规则,测定的结果精度相对较差,且无法测定开口孔隙度。沸水法和真空液体浸渍法,可测定样品的表观体积和块体体积,因此可测定的密度为表观密度(apparentdensity)和体积密度(bulkdensity)。我国现行国家标准(GB11927-1989)采用的方法为沸水法和真空液体浸渍法测芯块的密度,

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标准内容中未明确说明密度的类型,但实际上就是测定体积密度。沸水法的液体介质为蒸馏水,真空液体浸渍法的液体介质为二甲苯。随着科研工作的深入开展,发现此两种方法存在以下不足:

(1)采用沸水法在对芯块煮沸过程中,芯块由于受到应力作用,常导致碎渣屑从芯块脱落,导致饱和质量和浸没质量称量不准,影响试验结果;

(2)二甲苯具有低毒性,为3类致癌物,对中枢神经系统有麻醉作用,对皮肤、粘膜有刺激作用,出于环境保护和职业健康的考虑,应予以替代;

(3)试验成本高。二甲苯存在邻二甲苯、间二甲苯和对二甲苯等三种异构体,以单一成分的二甲苯为浸渍液,与以蒸馏水为浸渍液相比,试验成本更高;

(4)二甲苯沸点较高(约140℃)且含有碳元素,在完成开口孔隙度测定后,不利于二氧化铀芯块回收利用(技术指标要求芯块中碳含量需低于100μg/g);

(5)二甲苯易燃,存在安全隐患。出于安全的考虑,应对其予以替代。

基于以上原因,申请复审修订“二氧化铀芯块密度和开口孔隙度的测定液体浸渍法”国家标准,为测定二氧化铀芯块密度和开口孔隙度提供指导和依据。

国际标准ISO92782008年版与其1992年版相比,新标准废止了沸水法,同时将真空浸渍法中的二甲苯更换为乙醇,所以避免了样品煮沸掉渣的情况,天平对样品饱和质量和浸没质量的称量更加准确,

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而且免除了二甲苯对环境与人员健康产生的危害。GB/T1966-1996《多孔陶瓷显气孔率、容重试验方法》第一章节中也明确指出,当煮沸法(即沸水法)和真空法(即真空浸渍法)两种试验结果有争议时,以真空法结果为准。可见,真空浸渍法得到的试验数据结果更加准确可靠,已得到其他行业证实。

国内核燃料元件生产公司在采用标准GB11927-1989测定二氧化铀芯块密度和开口孔隙度时,当开口孔隙度低于0.5%时,采用沸水法测定的开口孔隙度结果常为负值,采用二甲苯真空浸渍法开展试验时,挥发出的二甲苯蒸汽充斥整个实验室,气味需经过24h通风才能消散,试验人员深受二甲苯的毒害。

因此有必要在充分参考国际和国外先进标准的基础上,吸收国内外最新技术和核燃料生产行业反馈经验,基于我国生产需求,开展二氧化铀芯块密度和开口孔隙度相关的国家标准编制工作,更好地规范和指导核燃料生产活动。

3.修订过程

为完成本项标准修订,中国核动力研究设计院及相关编制单位共同成立了标准编制组。编制组由具有丰富设计或运行经验的技术人员组成,编制组成员具体名单及任务分工见表1。

表1标准编制组成员名单

序号

姓名

单位

职务/职称

分工

1.

王国华

中国核动力研究设计院

助理研究员

项目负责人/标准主编/标准编制

2.

唐文磊

中国核动力研究设计院

研究实习员

试验开展

3.

刘剑锋

中国核动力研究设计院

助理研究员

标准审核

4.

郭晋轩

中国核动力研究设计院

助理研究员

标准校核

5.

宁伟

中国核动力研究设计院

助理研究员

标准校核

6.

赵峰

中国核动力研究设计院

副研究员

标准审核

7.

焦丽玲

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