UO2芯块热稳定性试验密度测定比对

黄　海身份证号：460035198104280716，四川宜宾　644000



UO2芯块热稳定性试验密度测定比对

黄海
身份证号：460035198104280716，四川宜宾644000

摘要二氧化铀芯块在规定的气氛（氢气或氩氢混合气）和温度条件下，进行一定时间的再烧结。通过测量芯块的密度变化值或直径变化值，评价芯块的热稳定性，以预测燃料芯块在堆内的密实化程度。AFA3G燃料组件二氧化铀芯块通常在热稳定性试验时，测定芯块的密度时采用浸渍液方法，未采用几何密度法，几何密度法更快速、简便和实用性。

关键词AFA3G燃料组件二氧化铀芯块；热稳定性；浸渍液方法；几何密度法

烧结二氧化铀芯块热稳定性试验结果作为判定芯块质量指标之一。目前对UO2芯块密度测定方法有三种，分别为生产线上采用几何密度法、实验室依据国标GB11927-89《二氧化铀芯块密度和开口孔隙度的测定液体浸渍法》中煮沸法（简称国标煮沸法）和依据国际标准ISO9278：2008《Nuclear energy - Uranium dioxide pellets-Determination of density and volume fraction of open and closed porosity》（简称ISO法）建立的检测方法。由于国标煮沸法耗时长且用到二甲苯对人体有毒害试剂，多数实验室早已采用ISO法进行替代，本次试验采用几何密度方法和ISO法对同一批芯块进行密度检测，并对检测结果进行数据分析比对，验证几何密度法与ISO法对于芯块密度的测量是否具有等效。

1　方法简介

1.1几何密度测量法

几何密度法，采用芯块几何尺寸及密度检测系统，首先测定芯块的端部几何尺寸（包括碟深、碟宽、倒角高、倒角宽）计算出芯块的空腔体积，然后测定芯块直径、高度和质量，扣除空腔体积后，根据密度等于质量除以体积的原理，可计算出芯块的密度。

空腔体积的计算公式如下：

式中：

——芯块的空腔体积，mm3；

——芯块a端、b端的碟深，mm；

——芯块a端、b端的碟宽，mm；

——芯块a端、b端的倒角高，mm；

——芯块a端、b端的倒角宽，mm。

芯块密度计算公式如下：

式中：

——芯块的几何密度，g/cm3；——芯块的质量，g；

——芯块的直径，mm；

——芯块的高度，mm；

1 .2液体浸渍法（ISO法）

采用ISO方法中的液体浸渍法，依据阿基米德原理，通过测量芯块的干燥质量和悬浮质量来确定芯块排开液体的体积，再由浸渍液体的密度计算出芯块的密度，检测步骤如下：

在空气中称出试样质量m，准确至0.0001g。

将试样放入真空处理装置中，抽真空，使真空度低于7.0Pa，持续抽真空时间不少于10min，然后将试样充分渗水并浸泡10min。

用温度计测量出水的温度。

4）将试样放入吊篮里，在水中称出悬浮质量m2，准确至0.0001g。

5）从水中取出试样，先用定性滤纸将试样表面水擦干（用定性滤纸将试样两端表面水擦干，在滤纸上前后滚动试样擦干试样圆柱表面水），然后在空气中称出饱和质量m1，准确至0.0001g，这一过程要求1min内完成。

芯块密度按公式（3）计算：

式中：

ρ——芯块水测密度，g/cm3；

m ——干样品在空气中的质量，g；

m1——充分渗水并擦干表面水的样品在空气中的质量，g；

m2——充分渗水后的样品在水中的质量，g；

ρ1——为在不同温度条件下水的密度，g/cm3；

2　比对样品

为保证比对结果客观性，所使用UO2芯块来自同一批次，密度在其技术要求范围内随机分布。数量共24块，分为两组每组12块，编号为样品1和样品2。

3　比对过程

分别将样品1和样品2装入高温复烧炉开展芯块热稳定性试验（2炉）。采用几何密度法和ISO法，测量芯块的烧前、烧后的密度。

4　比对结果

4.1密度测量结果

表1　样品1密度测量结果（g/cm3）

表2　样品2密度测量结果（g/cm3）

表3　样品密度变化量（g/cm3）

图1　样品1密度测量结果比较

图2　样品2密度测量结果比较

表1和表2分别给出了样品1（炉1）和样品2（炉2），采用几何密度法与ISO法进行密度测定的结果，将测量结果绘制成折线图1和图2。采用几何密度法和ISO法测量结果大小及趋势较为一致，样品1和样品2采用ISO法测量结果均略高于几何密度法测量结果。应是采用ISO法测量的芯块体积去除了开口孔隙所占体积，因此测量结果略高。

4.2比对样品密度变化量

样品1和样品2来自于同一批样品，试验的控制过程、条件也是一样的。采用两种方法，对样品密度变化量进行统一比对。

样品变化量如表3，在α=0.05，F=3.83，由于F crit=4.05，因为F＜F crit，检测结果应无显著差异。

5　结论

本次试验，对于同一样品采用几何密度法和液体（ISO）浸渍法测量结果大小及趋势较为一致，变化结果通过F检验无显著差异。因此，对于芯块密度的测量，几何密度法、ISO法两者应该可以等效使用。几何密度法或ISO法都可以应用于UO2芯块热稳定性试验密度测定及判定。

参考文献

[1]标准物质及其应用技术.中国标准出版社.

[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.

中图分类号O6

文献标识码A

文章编号1674-6708（2015）155-0065-02