钨层:高性能核热推进燃料的制备秘诀

为了提高核热推进燃料的性能和使用寿命,通常需要在二氧化铀(UO2)外涂上钨层,以提高与钨基体的相容性和耐腐蚀性能。

钨层是高性能核热推进燃料的制备秘诀图片

热核推进是指利用核裂变能加热工质,再将加热后的高温高压工质定向喷出而获得推力,具有功率高、寿命长、比冲大、不受外界环境影响等特点,特别是随着工作时间的增加,热核推进的质量优势更加明显,既不需要太阳能等外部能量,也对外太空星球表面的辐射带不敏感,因此广泛应用于核电站、核动力舰船和航天器中。

作为热核推进的“血液”,核燃料的性能和使用寿命将直接影响整个系统的实用性能。据中钨在线了解,金属陶瓷燃料(CERMET)是目前最具有发展潜力的热核推进的燃料之一。

金属陶瓷核燃料是一种两相合金,即把陶瓷燃料颗粒均匀弥散于金属基体中,如UO2-W等,因此综合了陶瓷与金属钨的优点,如高熔点、高强度、低膨胀系数、良好辐照稳定性和塑性等。然而,由于裂变碎片所引起的辐照损伤基本上集中在燃料颗粒内,所以将严重下降燃料的性能和寿命。

为了解决上述的问题,中国科学院上海应用物理研究所林俊研究者表示可以在UO2外涂上钨包覆层,以在减小燃料的辐照损伤程度的同时,可以增强与钨基体相容性。

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研究者通过喷动床化学气相沉积法在燃料颗粒表面制备了纯相、厚度均匀、表面光滑、致密的钨层。经过检测发现,过快的沉积速率会增加孔隙的尺寸和比例,不利于生长致密的钨包覆层;在1173K的沉积温度下制备的钨包覆层具有较高的硬度、杨氏模量和热导率。

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