外胶凝法制备ThxZr1-xO2惰性基质燃料胶凝行为及微结构研究

惰性基质燃料(Inert Matrix Fuel,IMF)可有效转化钚和长寿命次锕系核素,可以防止核武器扩散和提高乏燃料管理能力,是近年来的一个研究热点.溶胶凝胶法具有产品元素分布均匀、湿法操作流程不易产生放射性粉尘等优点,因此,在研究中被用于制备锆基IMF.采用外胶凝工艺制备ThxZr1-xO2惰性基质燃料,以溶黏度为主要的胶凝指征,研究了不同金属离子浓度、不同温度下溶胶黏度随c(NH4+)/c(NO3-)的变化规律,归纳了不同工艺参数条件下的溶胶胶凝行为类型,绘制了胶凝化场图,可为成功制备相应的凝胶湿球提供量化依据.采用X射线衍射(X-ray Diffraction,XRD)研究了经过不同温度热处理之后的核芯结构,结果表明:经过1 350℃烧结退火后的微球生成了两相金属氧化物相,ZrO2在氧化钍基底中未生成固溶体,X射线成像结果表明,微球具有良好的球形度且内部没有裂纹.扫描式电子显微镜(Scanning Electron Microscope,SEM)和能量弥散X射线谱(Energy Dispersive Spectrometer,EDS)结果表明,微球内部孔洞致密且元素分布达到分子级均匀.