U_(3)Si_(2)核燃料孔隙演化的三维相场模拟

作     者：马聪 张静 信天缘 潘荣剑 王青青 赵民 覃检涛 毛建军 吴璐 MA Cong;ZHANG Jing;XIN Tianyuan;PAN Rongjian;WANG Qingqing;ZHAO Min;QIN Jiantao;MAO Jianjun;WU Lu

作者机构：中国核动力研究设计院第一研究所四川成都610041 西北工业大学凝固技术国家重点实验室陕西西安710072 

出 版 物：《原子能科学技术》 (Atomic Energy Science and Technology)

年 卷 期：2023年第57卷第S1期

页      面：166-173页

核心收录：

学科分类：082703[工学-核技术及应用] 08[工学] 0837[工学-安全科学与工程] 0827[工学-核科学与技术] 0703[理学-化学] 0714[理学-统计学（可授理学、经济学学位）] 0701[理学-数学] 

基　　金：国家自然科学基金联合基金(U2167217) 中核集团“青年英才”项目 

主　　题：相场模拟 U_(3)Si_(2)燃料 孔隙 肿胀 裂变密度 

摘      要：U_(3)Si_(2)较UO_(2)具有更高的热导率和铀密度,故被考虑用作UO_(2)的耐事故替代燃料。然而U_(3)Si_(2)燃料在辐照过程中产生大量的点缺陷易簇聚成孔隙或气泡导致肿胀,影响燃料的服役性能和寿命。本文采用三维相场方法研究了裂变密度对U_(3)Si_(2)燃料孔隙演化的影响。结果表明:孔隙平均半径〈R〉与裂变密度F_(D)幂律相关,满足关系式〈R〉∝F^(z)_(D),幂指数z为0.45;孔隙尺寸分布呈对数正态分布,与裂变密度无关。孔隙平均尺寸随裂变密度的增加而变大,大致在2~20 nm范围内。空位数量、孔隙率、肿胀率和裂变密度呈正相关,孔隙浓度随裂变密度迅速增加后缓慢减少至稳定值。当裂变密度为14×10^(20)cm^(-3)时,孔隙浓度约为1.6×10^(16)cm^(-3),孔隙率约为0.1,燃料体积的肿胀率不超过3%。模拟结果与实验值吻合较好。