龍舟-CNSC乏燃料運輸容器用碳化硼鋁中子吸收板及容器原型樣機
龍舟-CNSC乏燃料運輸容器原型樣機驗收會
中子吸收材料又稱中子毒物材料, 通過其含有的大的中子吸收截面物質 (如硼, 鎘, 釓等) 吸收熱中子, 從而抑制核裂變鏈式反應, 主要用於核燃料與乏燃料貯存和運輸中, 以保證貯運的次臨界安全. 碳化硼增強鋁 (B4C/Al) 中子吸收材料是由B4C顆粒添加到鋁基體中形成的一種新型鋁基複合材料, 因其硼含量高, 密度低, 熱導率高等優點, 近年來在國外已替代傳統的硼不鏽鋼等中子吸收材料大量應用於核燃料/乏燃料高密度貯存和運輸. 我國由於核電商業化較晚, 中子吸收材料研發明顯滯後, B4C/Al中子吸收材料長期依賴進口, 嚴重製約了我國核電自主化與走出去的發展戰略.
近年來, 中國科學院金屬研究所研究員馬宗義領導的課題組, 與中國核電工程有限公司合作, 在B4C/Al中子吸收材料製備, 類比環境服役性能考核以及全尺寸工程件研製等方面開展了攻關研究. 攻克了大尺寸坯錠製備過程中界面調控難題, 突破了高含量B4C/Al薄板的高效, 高成品率軋製成型瓶頸, 開發出適用於複合材料焊接的焊接工具與焊接工藝, 打通了從材料研製到器件成型的全鏈條技術途徑, 為該材料的工程化應用奠定了堅實基礎. 現已研製出B4C含量為15~35wt%的系列中子吸收板材, 並完成了加速腐蝕, 高溫老化, 加速輻照及硼均勻性測試 (中子吸收法) 等實驗考核, 材料性能全面達到或 (如耐腐蝕性等) 明顯優於國外同類產品.
2014年以來, 金屬所先後為核電重大專項《核燃料組件運輸容器設計製造技術項目》, 《高溫氣冷堆核燃料元件運輸, 貯存容器設計與製造技術及運輸過程技術研究項目》兩個項目的樣機提供了多批次B4C/Al板材, 率先實現了B4C/Al中子吸收材料的國產化供貨. 2014年5月供貨的中子吸收板用於國家科技重大專項及中核集團科技專項 '龍舟-CNSC 乏燃料運輸容器研製' 項目中原型樣機, 近日該樣機在西安核設備有限公司通過了驗收. 這標誌著我國自主研製了大型乏燃料運輸容器, 填補了國內空白, 這對我國乏燃料運輸具有裡程碑意義. 作為乏燃料運輸容器關鍵材料國產化的關鍵一環, 金屬所研製的B4C/Al中子吸收材料為容器全面國產化提供了重要支援, 也為該材料的更廣泛應用奠定了基礎.
同時, 金屬所針對全球首台高溫氣冷堆新燃料元件運輸, 貯存容器對中子吸收材料筒狀結構的需求, 在國內首次實現中子吸收材料的卷板操作和攪拌摩擦焊接, 實現了中子吸收材料由板狀結構向筒狀結構的突破. 目前華能山東石島灣核電廠高溫氣冷堆核電站示範工程新燃料元件運輸, 貯存容器已正式進入批量生產階段, 金屬所承接了該容器所有中子吸收板的供貨任務.
目前該課題組正致力於為下一代乏燃料乾式貯運容器開發耐高溫結構功能一體化B4C/Al中子吸收材料. 研究工作得到了NSFC-遼寧省聯合基金, 面上基金, 中科院青年創新促進會項目等的支援.
