化学成分分析
- 铀含量测定：通过滴定法（如重铬酸钾滴定）或X射线荧光光谱（XRF）分析铀含量，确保铀纯度≥99.5%。
- 杂质元素检测：使用电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）或原子发射光谱（AES）检测Al、Fe、Cr等金属杂质，控制总量低于200ppm。
- 氧铀比（O/U）：采用热重分析（TGA）或X射线衍射（XRD）测定化学计量比（目标值2.00±0.02），偏离标准会导致热稳定性下降。
物理性能测试
- 粒度分布：激光粒度仪分析粉末粒径（通常要求D50在10-50μm），影响烧结密度和芯块均匀性。
- 比表面积：BET氮气吸附法测定（范围2-5 m²/g），与烧结活性密切相关。
- 振实密度与松装密度：通过标准振实仪测试，评估粉末流动性和压制性能。
- 形貌分析：扫描电镜（SEM）观察颗粒形貌，避免团聚或异常结晶。
放射性检测
- 总α活度：液闪计数器检测α放射性，确保符合IAEA标准（通常＜1 Bq/g）。
- 铀同位素丰度：质谱法验证²³⁵U富集度（天然铀为0.72%，轻水堆燃料通常3-5%）。
化学稳定性测试
- 水解敏感性：在湿度控制环境中观察粉末水解反应，防止储存中生成U₃O₈。
- 氧化性评估：差示扫描量热法（DSC）测定氧化起始温度（需＞300℃）。

几何特性检测
- 尺寸精度：千分尺或三坐标测量机（CMM）检测直径（±0.05mm）、高度（±0.1mm）及倒角角度。
- 密度测定：阿基米德排水法测量烧结密度，要求达到理论密度（TD）的92-97%（约10.4-10.9 g/cm³）。
微观结构分析
- 孔隙率：金相显微镜观察孔隙分布，孔隙尺寸需＜10μm且均匀分布。
- 晶粒尺寸：电子背散射衍射（EBSD）分析晶粒（目标50-100μm），晶粒过大易导致辐照肿胀。
机械性能测试
- 抗压强度：万能材料试验机检测（标准＞200 MPa），防止堆内受力破碎。
- 维氏硬度：载荷500g下测试，典型值10-15 GPa。
热物理性能
- 热导率：激光闪射法测定（室温下约8 W/m·K），影响燃料中心温度。
- 热膨胀系数：热膨胀仪测试（20-1000℃范围，约10×10⁻⁶/℃），需与包壳材料匹配。
缺陷检测
- X射线探伤：检测内部裂纹、夹杂物（ASTM E94标准）。
- 超声波检测：识别微米级分层缺陷。
辐照前预检
- 氢含量：惰性气体熔融法测定（限值＜1 ppm），防止辐照脆化。
- 表面污染：α/β表面污染仪检测，确保表面剂量率＜0.4 Bq/cm²。

严格检测可避免燃料棒出现“热点”、包壳破损等风险。例如，O/U比超标会导致芯块在堆内发生相变膨胀；孔隙率不均可能引发局部辐照肿胀。通过全流程检测，可将燃料失效概率控制在＜10⁻⁶/年。

通过上述系统性检测，可确保二氧化铀材料满足核电站长达18-24个月燃料周期的严苛要求，为反应堆安全运行奠定基础。

推荐检测