第５７卷增刊原子能科学技术Ｖｏｌ．５７，Ｓｕｐｐｌ．２０２３年７月ＡｔｏｍｉｃＥｎｅｒｇｙＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＪｕｌ．２０２３Ｕ３Ｓｉ２核燃料孔隙演化的三维相场模拟马聪１，张静２，信天缘１，潘荣剑１，王青青１，赵民１，覃检涛１，毛建军１，吴璐１，＊（１．中国核动力研究设计院第一研究所，四川成都６１００４１；２．西北工业大学凝固技术国家重点实验室，陕西西安７１００７２）摘要：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２～２０ｎｍ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１４×１０２０ｃｍ－３时，孔隙浓度约为１．６×１０１６ｃｍ－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。关键词：相场模拟；Ｕ３Ｓｉ２燃料；孔隙；肿胀；裂变密度中图分类号：ＴＬ９９文献标志码：Ａ文章编号：１０００－６９３１（２０２３）Ｓ１－０１６６－０８收稿日期：２０２３－０２－２３；修回日期：２０２３－０６－０９基金项目：国家自然科学基金联合基金（Ｕ２１６７２１７）；中核集团“青年英才”项目＊通信作者：吴璐ｄｏｉ：１０．７５３８／ｙｚｋ．２０２３．ｙｏｕｘｉａｎ．００７６Ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌＰｈａｓｅ－ｆｉｅｌｄＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＶｏｉｄＥｖｏｌｕｔｉｏｎｉｎＵ３Ｓｉ２ＮｕｃｌｅａｒＦｕｅｌＭＡＣｏｎｇ１，ＺＨＡＮＧＪｉｎｇ２，ＸＩＮＴｉａｎｙｕａｎ１，ＰＡＮＲｏｎｇｊｉａｎ１，ＷＡＮＧＱｉｎｇｑｉｎｇ１，ＺＨＡＯＭｉｎ１，ＱＩＮＪｉａｎｔａｏ１，ＭＡＯＪｉａｎｊｕｎ，ＷＵＬｕ１，＊（１．ＴｈｅＦｉｒｓｔＳｕｂ－ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＮｕｃｌｅａｒＰｏｗｅｒＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＣｈｉｎａ，Ｃｈｅｎｇｄｕ６１００４１，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＳｏｌｉｄ...
