U3Si2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^*

来源：原子能科学技术, 2023, 57(S1): 166-173.

• 相场模拟
• U3Si2燃料
• 孔隙
• 肿胀
• 裂变密度

U3Si2较UO2具有更高的热导率和铀密度，故被考虑用作UO2的耐事故替代燃料。然而U3Si2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U3Si2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FD幂律相关，满足关系式〈R〉∝FzD,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14×1020 cm-3时，孔隙浓度约为1.6×1016 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。

• 单位
  凝固技术国家重点实验室; 西北工业大学; 中国核动力研究设计院