氮化物燃料芯塊的製造,氮化物燃料的性質,
氮化物曾經也是快中子增殖堆的候選燃料。早在20世紀60年代就開始在實驗室研製氮化物燃料，經過70年代一段時間的停頓以後，到了80年代中期又恢復了開發氮化物燃料的興趣。90年代以後，美國國家航空和航天局（NASA）在SP-100空間反應堆計畫中，擬採用He結合的UN作為其鋰冷卻快中子堆的核燃料，以滿足小型、緊湊和輕便的幾兆瓦熱功率能源的需要。
氮化物燃料芯塊的製造
碳化物燃料芯塊的製造主要包括制粉、壓制和燒結三步。
1）制粉。在工業上生產UC和MC採用標準的碳熱還原法，在高溫（1600～1930℃）流動N2中完成以下氮化反應：
UO2+2C+(1/2)N2→UN+2CO
MN的製備是將UO2和PuO2粉末與炭黑一起混合、預壓成坯塊，然後在惰性氣體N2+H2氣流中，加熱到1500℃保溫7～8小時，最後在Ar+H2中冷卻至少4小時，製得MN。
2)芯塊製造。在MN粉末中加粘結劑和助燒劑，經均勻混合、制粒後，在170MPa壓力下壓製成形，然後在低溫下用惰性氣體除去粘結劑和潤滑劑，再升溫到1500℃，燒結2～3小時即可。需要時可用無心磨床磨削，經尺寸檢查合格後裝棒。
氮化物燃料的性質
1）晶格缺陷和擴散。UN的化學鍵性質和晶體結構類型都與UC的相類似。該結構中最重要的本徵缺陷是分子空位，其半徑約為0.1746nm；非本徵缺陷主要是碳和氧及裂變產物。他們能否固溶是決定燃料堆內行為的關鍵，這與雜質原子的直徑有關。與碳化物燃料一樣，氣態裂變產物Xe、Kr、Cs都不能進入分子空位，Ba和Sr會形成獨立的固相。
2）力學性質。多晶UN和（U0.85Pu0.15）N的室溫絕熱彈性模量（E）和泊松比（ν）與孔隙度（P）的關係如下表所示。
多晶UN和MN的室溫彈性模量（E）和泊松比（ν）與孔隙度（P）的關係
氮化物 | E/GPa | ν |
UN | 260.4(1-P) | 0.2808(1-P) |
(U0.85,Pu0.15)N | 280(1-2.57P) | 0.27 |
3)氮化物燃料的堆內行為
①輻照腫脹。在溫度≤1000℃時，由固態裂變產物和穩定的及揮發性裂變產物所造成的體積腫脹小於1%/%（原子分數）燃耗。
在1250℃以上，碳化物腫脹見下表。
MN在高溫輻照下的腫脹
溫度/℃ | 總（Δv/v）%/%(原子分數)燃耗 | 裂變氣體腫脹 |
1350 | 2.0 | 1.1 |
1450 | 2.5 | 1.6 |
1550 | 3.8 | 2.9 |
1660 | 5.5 | 4.6 |
②裂變氣體釋放。UN和MN的裂變氣體釋放機理與碳化物燃料相同。在低於1260℃溫度下，低密度（<85%T.D.）和高密度（約95%T.D.）UC的裂變氣體釋放率分別為2.5%～10%和0.1%～0.9%；但在1700℃時達到20%和1%～5%。此外，燃耗也影響釋放率，即使在1250℃左右，當燃耗超過9%（原子分數）時，釋放率明顯增加，到16%（原子分數）燃耗時，釋放率可達到9%。
③氮化物燃料的（n,p）、（n,α）反應。氮化物燃料在中子作用下生成氫氣和氦氣，生成量可占總裂變氣體的5%～11%。
④燃料棒堆內行為。He結合的和帶套管Na結合的燃料棒都未發生破損，只有無套管Na結合的才發生了破損。
