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核用反应堆燃料控制棒材料的研发及产业化

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成果主要完成人

陈怀浩,魏洁,顾群群,刘尊慈,施一鸣,陈园园

项目概况

自然界中,金属铪是与锆伴生的,没有单独的铪矿,制备工艺非常复杂,产量较少。铪具有高熔点、高抗氧化性、良好的导电导热性、优良的加工性以及较低的电子逸出功,可应用于等离子切割、半导体和光学镀膜、航空航天、大功率LED以及硬质合金等领域,但铪最为重要的特性是具有较强的中子吸收能力,其热中子俘获截面可达115b,且在超热中子吸收范围内有良好的共振吸收,发生裂变反应后的每一代产物仍是铪,银-铟-镉合金在辐照后会产生半衰期很长的γ射线,而铪则无此现象,因此,高纯铪是理想的核用反应堆燃料控制棒材料。目前,全球具备高纯铪生产技术和量产能力的企业只有美国华昌和法国赛佐斯,经过多年经验积累,其生产工艺成熟,设备先进,产品分别供应西方国家的军工核领域、航空航天领域及高端制造领域,目前的年产量为100吨左右,处于供不应求的状态,且美国和法国都对高纯铪严格控制,限制其出口。我国国内高纯铪仅有实验室级生产,直径小,单炉产量低,虽然国家曾投入巨资尝试工业化生产,但均以失败告终。目前,批量生产仍为空白,全部依赖进口。 为了打破国外两家企业的产品垄断和技术垄断,实现高纯铪的国产化和量产化,佑天承担了江苏省科技成果转化专项资金项目“核用反应堆燃料控制棒材料的研发及产业化”,完成了高纯铪工业量产化过程中关键装备的优化设计和关键工艺的优化改进,对其控制电源进行自动化升级改造,建设从海绵铪到铪制品的产业链,成功实现了高纯铪及其下游制品的工业量产化目标,所得高纯铪直径达30mm以上,纯度(铪+锆)可达99.99%,氧含量远小于100ppm,优于国外同类产品,同时还根据客户要求对高纯铪制品生产工艺进行优化改进,完成了铪棒力学性能测试和高温水腐蚀试验,所得铪棒无论是力学还是高温水腐蚀都表现出优异的性能,在高温去离子水中进行试验,增重基本在2~4mg/dm2之间,有的增重甚至<2mg/dm2,远超相关标准要求。通过项目实施,佑天实现了高纯铪及其下游制品的工业量产化,一方面为公司在全球铪材市场的占有率奠定基础,另一方面也打破了国际上美国华昌和法国赛佐斯的垄断,实现了核用铪材的国产化,为加快我国核电能源自主创新和自主化建设提供了有力的支撑,对提高我国高端制造业整体工艺、材料和加工水平将发挥重要作用,必将为国家带来丰厚的经济利益,同时也将有效地解决资源及环境问题,产生良好的社会效益。

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