核材料基础
2024年核电基础知识考试题库及答案(最新版)
2024年核电基础知识考试题库及答案(最新版)一、单选题1.强度是指材料在外力的作用下()的能力。
A、抵抗变形和破坏B、产生塑性变形而不被破坏C、抵抗其它更硬物体压入其表面参考答案:A2.无论哪种照射,都应遵守辐射防护三原则,包括:?原则、防护最优化原则、个人剂量限值的应用原则。
A、正当性;B、ALARA;C、确定性参考答案:A3.在核电厂的所有工况下,包括全厂失电的情况下,要求不间断地连续供电的是______。
A、第一类用户B、第二类用户C、第三类用户参考答案:A4.反应性控制的类型不包括:A、液位控制B、功率控制C、补偿控制D、紧急停堆控制参考答案:A5.反应堆功率正比于反应堆的?A、热中子最大通量B、热中子平均通量C、热中子最小通量D、快中子平均通量密度参考答案:B6.拉伸实验时,试样拉断前所能承受的最大应力称为材料的()。
A、屈服强度B、抗拉强度C、弹性极限参考答案:B7.压水堆核电厂,链式裂变反应是由维持的。
A、热中子B、快中子C、γ射线参考答案:A8._____是压力容器用以储存物料或完成化学反应所需要的主要空间,是压力容器的最主要的受压元件之一。
A、封头B、筒体C、密封装置参考答案:B9.当主保护或断路器拒动时,用来切除故障的保护为。
A、后备保护B、辅助保护C、异常运行保护参考答案:A10.技术规格书不适用于异常或事故工况,在这种工况下的安全保证是通过来实现的。
A、事故程序B、正常运行规程C、操作单参考答案:A11.g射线束强度减弱为入射强度一半时,吸收材料厚度称为半吸收厚度,或半值层,关于g射线的减弱系数,以下描述正确的是?A、水的减弱系数最大;B、石蜡是g射线理想的屏蔽材料;C、铅对g射线的减弱系数大于水和石蜡参考答案:C12.核反应堆的反应性ρ=0,则表示该反应堆?A、临界B、超临界C、次临界D、无法判断参考答案:A13.安全阀是一种自动阀门,它不需要借助外力而是利用介质本身的压力来排除额定数量的流体,它能够防止锅炉、压力容器或压力管道等承压装置和设备因_____而破坏。
混凝土在核电站建设中的应用
混凝土在核电站建设中的应用混凝土是一种常用于建筑和基础工程的材料,其在核电站建设中具有重要的应用。
本文将从混凝土在核电站中的角色、混凝土的特性以及混凝土在核电站建设中的应用等方面进行探讨。
一、混凝土在核电站中的角色混凝土在核电站建设中起到承重和保护的关键作用。
首先,核电站的各种设备和建筑结构都需要坚固的基础来支撑。
混凝土作为一种强度高、耐久性好的建筑材料,能够提供稳定的承重能力,保证核电站的结构安全。
其次,混凝土还能提供辐射防护。
核电站中放射性物质的存在对人员和设备都会带来一定的风险,而混凝土具有较好的辐射吸收和屏蔽能力,可以有效减少辐射对周围环境的影响。
二、混凝土的特性混凝土的主要成分是水泥、骨料和粉煤灰等材料的混合物。
具有以下几个显著的特性:1. 高强度:混凝土经过充分的搅拌、振捣和硬化后,能够获得很高的抗压强度,能够承受大部分核电站的载荷;2. 耐久性:混凝土能够抵御化学和物理的侵蚀,能够长期保持结构的强度和稳定性;3. 密封性:混凝土可有效防止水、气体、辐射等的渗透,避免对核电站的设备和材料带来损害;4. 成型性:混凝土在施工过程中可根据需要进行灌注、浇筑等加工,能够适应各种形状和结构要求。
三、1. 核反应堆厂房:核反应堆厂房是核电站最核心的部分,也是放射性物质最集中的区域。
混凝土在核反应堆厂房的建设中扮演着关键的角色。
首先,混凝土用于建造核反应堆厂房的厚重墙体,提供辐射防护和物理支撑。
其次,混凝土还用于制作厂房地板、天花板等,为设备的安装和运行提供支撑和保护。
2. 辅助设施建筑:核电站的辅助设施建筑包括办公楼、仓库、维修车间等。
这些建筑对于核电站的正常运行至关重要。
混凝土在这些建筑中的应用主要体现在地基、墙体和屋顶等方面,为辅助设施的稳固和耐久性提供保障。
3. 隔离防护设施:核电站中需要建设一些隔离区域,以确保放射性物质不会泄漏到环境中。
混凝土在隔离防护设施的构建中发挥着重要作用。
据悉,在核电站的废物处置区域以及重要设备的维护区域,混凝土可用于建造隔离给排水系统、隔音隔震设备等。
核工业基础知识
第三章 核电站动力装置
核工业基础知识
(四)稳压器 现代大功率压水堆核电站都采用电热式稳压器。 电热式稳压器一般采用立式圆柱形结构。用来 抑制压力升高的喷雾器安置在稳压器上部蒸汽空间 的顶端。限制压力降低的电加热元件安置在稳压器 下部水空间内。
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第三章 核电站动力装置
核工业基础知识
三、一回路辅助系统 (一)化学和容积控制系统 核电站的化学容积控制系统的作用是调节一回 路系统中稳压器的液位,以保持一回路冷却剂容积; 调节冷却剂中的硼浓度,以补偿反应堆在运行过程 中反应性的缓慢变化;通过净化冷却剂及添加化学 药剂,保持一回路的水质。 (二)主循环泵轴密封水系统 (三)硼回收系统 (四)补给水系统 (五)取样系统及分析室
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核工业基础知识
第二章 核反应堆
反应堆本体的组成和结构
第三节
反应堆总体结构均可分为反应堆本体和回路系统 两部分。 反应堆本体通常由反应堆(压力)容器、堆芯 (活性区)、堆内构件及控制棒驱动机构等几部分组 成,如图3所示。
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核工业基础知识
第二章 核反应堆
图 3 反 应 堆 的 构 成
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核工业基础知识
核工业基础知识核工业基础知识前言第一章核燃料循环第二章核反应堆第三章核电站动力装置第四章核燃料的开采冶炼和浓缩第五章核燃料元件的制造第六章乏燃料后处理第七章带电粒子加速器第八章核聚变装置第九章核设施退役第十章放射性废物的贮存处理和处置核工业基础知识核工业基础知识简要介绍核燃料循环体系核反应堆核动力堆装置核燃料开采冶炼和浓缩核燃料元件制造核燃料后处理带电粒子加速器核聚变装置核设施退役及放射性三废处理处置等
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第三章 核电站动力装置
核工业基础知识
二、一回路系统及主要设备 压水堆核电站的一回路系统除了反应堆之外的 主要设备有:蒸汽发生器、冷却剂主循环泵、稳压 器及主管道等。 (一)反应堆压力容器 压力容器是压水堆核电站中最关键的高温高压 设备。
核工程材料
二、再结晶
冷变形金属被加热到适当温度时,在变形组织 内部新的无畸变的等轴晶粒逐渐取代变形晶粒,而 使形变强化效应完全消除的过程。
第六章 合金相与二元合金相图
一、合金相结构 合金:在—种金属元素其他一种或多种金属或非金
属元素组成的具有金属特性的材料。
相是合金中具有相同成分、结构和性能的均匀部分 并和其它相有明显的分界面者称为相。
这些钢这些钢尤其是尤其是奥氏体不锈钢因具有良好的耐蚀性和焊接性奥氏体不锈钢因具有良好的耐蚀性和焊接性优良的热强性和冷优良的热强性和冷热加热加工性能以及冷形变后又具有强度工性能以及冷形变后又具有强度塑性和韧性的良好综合性能塑性和韧性的良好综合性能所以在所以在石油石油化工化工宇航和核工业等领域中被广泛应用宇航和核工业等领域中被广泛应用
5.辐照性能
辐照效应和PCI(芯块与包壳的相互作用)小;杂 质和气体含量少,纯洁度高以及晶粒、沉淀相和 偏析小。辐照期间组织、结构应稳定,尤其Cu、P、 S含量应尽量少。
6.化学性能
抗腐蚀、抗高温氧化能力强;点腐蚀、晶间腐蚀 和应力腐蚀倾向性小。
7.物理性能
导热率大,热膨胀系数小;
在满足上述要求基础上,应优先选用工艺成熟, 使用经验丰富的材料。
• 1.固溶体:固溶体是溶质原子固溶在溶剂晶格内 的均一结晶相,其晶体结构和溶剂晶格相同。
• 按照溶质原子在溶剂晶格中位置的不同分为置换
固溶体和间隙固溶体两种
– 在置换固溶体中,溶质原子置换了一部分溶剂原子而 占据了溶剂晶格中的某些结点位置。
– 在间隙固溶体中.溶质原子不占据溶剂晶格的结点位 置而位于溶剂晶格的间隙中
4)堆垛层错 :晶体中原子排列既然是周期的、有规律的, 因此由晶格原子组成的晶面,彼此之间必然也是按一定顺 序呈周期排列;但由于空位扩散和位错环的崩塌等,往往 使晶面堆垛顺序发生混乱。所以当晶面次序发生了错排, 称此现象为堆垛层错.
材料科学基础材料结构的基本知识
负性很强的原子之间形成一个桥梁,把 两者结合起来,形成氢键。所以氢键可 表达为:
X–H——Y 三、混合键
实际材料中单一结合键并不多,大 部分材料的内部原子结合键往往是各种 键的混合。例如: (1)ⅣA族的Si、Ge、Sn元素的结合
材料科学基础材料结构的基本知识
是共价键与金属键的混合。 (2)陶瓷化合物中出现离子键与共价键 混合的情况。
四、结合键的本质与原子间距
固体原子中存在两种力:吸引力 和排斥力。它们随原子间距的增大而 减小。当距离很远时,排斥力很小, 只有当原子间接近至电子轨道互相重
材料科学基础材料结构的基本知识
叠时斥力才明显增大,并超过了吸引力。
在某一距离下引力和斥力相等,这一距
离r0相当于原子的平衡距离,称原子间距。 力(F)核能量(E)之间的转换关
键的形成——在凝聚状态下,原子间距 离十分接近,便产生了原子间的作用力, 使原子结合在一起,就形成了键。 键分为一次键和二次键: 一次键——结合力较强,包括离子键、 共价键和金属键。 二次键——结合力较弱,包括范德瓦耳 斯键和氢键。
材料科学基础材料结构的基本知识
一、一次键
离子键——当两类原子结合时,金属原 子的外层电子很可能转移到非金属原子 外壳层上,使两者都得到稳定的电子结 构,从而降低体系的能量,此时金属原 子和非金属原子分别形成正离子和负离 子,正负离子间相互吸引,使原子结合 在一起,这就是离子键。(如NaCl)
原子核外电子的分部与四个量子数 有关,且服从下述两个基本原理: (1)泡利不相容原理 一个原子中不 可能存在有四个量子数完全相同的两个 电子。 (2)最低能量原理 电子总是优先占 据能量低的轨道,使系统处于最低的能 量状态。
材料科学基础108个重要知识点
材料科学基础108个重要知识点1.晶体--原子按一定方式在三维空间内周期性地规则重复排列,有固定熔点、各向异性。
2.中间相--两组元A 和B 组成合金时,除了形成以A 为基或以B 为基的固溶体外,还可能形成晶体结构与A,B 两组元均不相同的新相。
由于它们在二元相图上的位置总是位于中间,故通常把这些相称为中间相。
3.亚稳相--亚稳相指的是热力学上不能稳定存在,但在快速冷却成加热过程中,由于热力学能垒或动力学的因素造成其未能转变为稳定相而暂时稳定存在的一种相。
4.配位数--晶体结构中任一原子周围最近邻且等距离的原子数。
5.再结晶--冷变形后的金属加热到一定温度之后,在原变形组织中重新产生了无畸变的新晶粒,而性能也发生了明显的变化并恢复到变形前的状态,这个过程称为再结晶。
(指出现无畸变的等轴新晶粒逐步取代变形晶粒的过程)6.伪共晶--非平衡凝固条件下,某些亚共晶或过共晶成分的合金也能得到全部的共晶组织,这种由非共晶成分的合金得到的共晶组织称为伪共晶。
7.交滑移--当某一螺型位错在原滑移面上运动受阻时,有可能从原滑移面转移到与之相交的另一滑移面上去继续滑移,这一过程称为交滑移。
8.过时效--铝合金经固溶处理后,在加热保温过程中将先后析出GP 区,θ”,θ’,和θ。
在开始保温阶段,随保温时间延长,硬度强度上升,当保温时间过长,将析出θ’,这时材料的硬度强度将下降,这种现象称为过时效。
9.形变强化--金属经冷塑性变形后,其强度和硬度上升,塑性和韧性下降,这种现象称为形变强化。
10.固溶强化--由于合金元素(杂质)的加入,导致的以金属为基体的合金的强度得到加强的现象。
11.弥散强化--许多材料由两相或多相构成,如果其中一相为细小的颗粒并弥散分布在材料内,则这种材料的强度往往会增加,称为弥散强化。
12.不全位错--柏氏矢量不等于点阵矢量整数倍的位错称为不全位错。
13.扩展位错--通常指一个全位错分解为两个不全位错,中间夹着一个堆垛层错的整个位错形态。
核安全知识总结
核安全是指保护和确保核设施、核材料和核活动的安全,以防止核事故和核扩散的发生。
下面是核安全知识的总结:
1.核能基础知识:了解核能的定义、特性以及核裂变和核聚变的原理。
掌握核
能在发电、医疗和工业等领域的应用。
2.核事故与防范:了解核事故的类型、原因和后果,例如切尔诺贝利核事故和
福岛核事故。
熟悉核事故防范措施,包括设施设计、操作规程、安全培训和事故应急措施。
3.核材料安全:了解核材料的种类、用途和特点,如铀、钚等。
掌握核材料的
储存、运输和处理方法,以及防止核材料被盗或非法使用的措施。
4.核设施安全:了解核电站、核实验室和核废料处理设施等核设施的设计、建
造和运营标准。
了解设施安全控制系统、辐射防护以及事故预防和应急响应措施。
5.核扩散防止:了解核不扩散条约和其他国际核安全合作机制的内容和目标。
了解核材料的国际监管和安全保护机制,以及控制核技术和设备转移和使用的国际准则。
6.核安全文化:培养核安全意识和文化,强调安全第一的理念。
重视培训和教
育,提高人员对核安全的认识和知识水平。
建立和落实核安全管理制度和监督机制。
7.国际合作与信息共享:加强国际间在核安全领域的合作与交流,分享经验和
最佳实践。
建立信息共享机制,提高对核安全风险的预警和应对能力。
总的来说,核安全是关乎人类生存和发展的重要领域。
掌握核安全知识,增强核安全意识,是每个人应尽的责任和义务。
通过合作和共同努力,我们可以确保核能的和平利用,并最大程度地保护人类及环境的安全。
材料科学基础知识点
材料科学基础知识点
1. 结晶学:研究晶体的形成、结构和性质。
包括晶体生长、晶体结构分析、晶体缺陷等。
2. 材料力学:研究材料的力学性质,包括材料的强度、韧性、塑性、蠕变等。
3. 材料热学:研究材料的热传导、热膨胀、热稳定性等热学性质。
4. 材料电学:研究材料的电导率、介电性质、磁性等电学性质。
5. 材料化学:研究材料的化学成分、结构和化学反应。
包括材料的合成方法、表面改性、材料的腐蚀与防护等。
6. 材料物理学:研究材料的物理性质,包括光学性质、磁性、声学性质等。
7. 材料加工:研究材料的加工方法、工艺和性能改善。
包括材料的铸造、焊接、锻造、热处理等。
8. 材料性能测试:研究材料的各种性能指标的检测和测试方法。
9. 材料选择:根据工程要求和材料性能,选择最合适的材料。
10. 材料应用:研究材料在各种实际应用中的性能和适用范围,包括材料的耐久性、可靠性等。
材料科学基础第一节晶核的形成和成长
即T Gk形核功小,易于形核。
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rk
2
GV
Ak(rk)2
16GV22
Gk
163Tm2
3(LmT)2
1Ak
3
说明
L-S的体积自由能差可补偿临界 晶核所需表面能的2/3,而另外1/3 则依靠液体中存在的能量起伏来 补偿
才能生长沿着台阶侧向生长的方向。当原子
铺满了这一单原子层时生长即暂时停止,等
到表面再产生新台阶再继续生长;但当晶体
表面存在有螺型位错便能源源不断地提供生
长台阶。
(3)
ΔHƒ kTe
≈10
生长速度很慢只能靠在液固界面上不断地
二维形成才得以生长,这类材料的凝固过程, 很大程度地取决于形核速度而不是生长速度。
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铸态组织,提高金属制品的性能有重要 的指导作用,而且也有助于理解金属及 合金的固态相变过程。
合金在极快冷速下可呈非晶态; 玻璃的凝固为非晶态;热固性塑料、橡 胶冷凝后为非晶态;热塑性塑料有些为 非晶态,有些为部分晶态。材料的凝固 与气相沉积是目前制备材料的两种主要 类型。
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●纯金属的凝固
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保持平面状而会形成许多伸向液 体的结晶轴。
(1)对于粗糙界面结构的金属 晶体,以树枝状方式生长。
(2)对于光滑界面结构的晶体, 仍以平面生长为主,某些具有小 平面的树枝状结晶特征。
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第三节 固溶体合金的凝固
一、合金凝固的三种典型情况 1、平衡凝固
平衡分配系数:
K0
CS CL
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●所有原子集团都处于瞬息万变状态,时 聚时散,此起彼伏。
材料科学基础复习.
积
第三章 典型金属晶体结构
基本参数
点阵常数
fcc
2 R a 4
bcc
3 R a 4
1/ 8 8 1 2
hcp
R 1 a 2
晶胞内原子数 1 / 8 8 1 / 2 6 4 配位数 致密度 最近原子间距
12 0.74 8
1 / 6 12 1 / 2 2 3 6
材料科学基础复习
2019/4/14
第一章 原子结构与键合
◆ 原子的电子结构 核外电子排布规律:能量最低原理、泡利( Pauli )不 相容原理、洪德( Hund )法则。 要求: 熟悉且能写出一般 元素的核外电子排布式。如C、O、N、Na、Mg、Al等。 ◆ 原子间的键合
物理键:范德华力、氢键
主要依靠原子间的偶极吸引力结合 化学键:金属键、离子键、共价键(极性和非极性)
2
2
2
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第四章 晶体缺陷
例:
b1 a[100]
a b 2 [101] 2
b1 a
a b2 2
1 0 0 a
1
2
2
2
2
0
2
1
2
2 a 2
a b 2 [101] 2
b1 a[100]
第四章 晶体缺陷
根据位错理论的提出背景,当位错受到力的作用时,会 发生运动。
扩散的热力学理论
第五章 固体材料中的扩散
诱发原因:
1)弹性应力场的作用:应力梯度抵消了浓度梯度。 2)电场、磁场的作用:电场、磁场对带电粒子的运动产生影响。
3)晶界内吸附作用:溶质原子向晶界偏聚。
4)调 幅 分 解:典型的化学位梯度与浓度梯度方向相反。
材料科学基础知识点
材料科学基础知识点第一章1.1原子的结合有哪些?1.2工程材料可分为哪几类?1.3晶向指数、晶面指数能画图,给图能写出。
1.4金属常见的晶格类型、配位数、致密度、原子密排面、密排晶向、结构中的间隙。
1.5晶体中缺陷的种类。
1.6位错的种类、位错方向与柏氏矢量的关系、位错的运动方式。
1.7位错反应条件及计算。
1.8晶界的种类,界面能与晶界的关系。
第二章2.1影响置换固溶体溶解度有哪些因素?有何规律?1、原子尺寸因素:溶质和溶剂的尺寸差别越小越容易形成置换固溶体2、晶体结构因素:同一种间隙原子在fcc的固熔度大于bcc的3、负电性因素;负电性相差很大时,即亲和力很大,往往比较容易形成比较稳定的化合物; 负电性差不大时,随负电性值增加,有利于增大固溶度4、电子浓度因素:溶质元素的原子价越高,形成固溶体的极限固溶度越小。
2.2间隙固溶体与间隙相之间的关系。
间隙固熔体式固熔体的一种,间隙相是一种金属间化合物两者的晶体结构也各不相同。
2.3金属间化合物的种类及特点金属间化合物分为正常价化合物,电子价化合物和间隙化合物;正常价化合物:电负性差值越大,稳定性越高;电子价化合物:间隙化合物:主要受组元的原子尺寸因素控制。
通常是由渡族金属与原子半径很小的非金属元素组成,分为简单间隙化合物与复杂间隙化合物,非金属元素处于化合物晶格的间隙中。
第三章3.1金属结晶的热力学条件是什么?热力学第二定律:在等温等压条件下物质系统总是自发地从自由能较高的状态向自由能较低的状态转变,就是说只有伴随着自由能降低的过程才能自发的进行。
3.2金属结晶的能量条件是什么?能量起伏详细看书P85-86固态金属自由能低于液态金属自由能。
当温度低于Tm时液态的自由能Gl高于固态的自由能,由液态转为固态时,将释放出那份能量而是系统自由能降低,所以过程才能够自动进行。
凝固过程一定要在低于熔点温度时才能进行。
3.3金属结晶的结构条件是什么?结构起伏详细看书P86-873.4金属结晶时的形核有哪些方式?均匀形核、非均匀形核3.5根据凝固理论,如何细化晶粒?单位体积中的晶粒数取决于两个因素:形核率N和长大速度V;增加过冷度;小制件:增加冷却速度,大制件:采用形核剂;振动。
材料科学基础第一章材料结构的基本知识
1、对物理性能的影响 1) 熔点:共价键、离子键的最高
,高分子材料
的最低. 2) 密度:金属键的25 最高,共价键
2、对力学性能的影响 (1) 强度:结合键强,则强度
也高,但还受组织的影响. (2) 塑韧性:金属键最好,共
价键、离子键最低. (3) 弹性模量:共价键、离子
键最高,金属键次之,二次键 最低
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第三节 原子排列方式
• 晶体与非晶体 • 原子排列的研究方法 一、晶体与非晶体 1、晶体
原子(原子团或分子)在空间有规则的周期 性重复排列的固体。
一般情况下,金属、大多数陶瓷、少 数高分子材料为晶体。
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• 非晶体:
排列无序,不存在长程的周期 规则排列。
二氧化硅结构示意图 28
• 材料最终得到什么结构,必须综合考虑 结构形成的热力学条件和动力学条件。
1、热力学条件 结构形成时必须沿着36 能量降低的方向进
• 等温等容过程:
亥姆过霍程兹自由能变化A,T, V 0
自发
•吉布等斯温自等由压能过变程化:G,T, P 0
程
自发过
2、动力学条件
反应速度。
化学反应动力学的Arhennius方程:
一、一次键 1、离子键 • 通过正负离子间相互吸引力
使原子结合的结10 合键.
• 例如:NaCl, MgO 对于 NaCl: Na:1S22S22P63S1 Cl: 1S22S22P63S23P5 Na 原子失去一个外层电子,变成
正离子,带正电 Cl 原子得到一个外层电子,变成
负离子,带负电
11
12
第一章 材料结构的基本知识
结构分4个层次: • 原子结构 • 结合键 • 原子的排列 • 显微组织
材料科学基础重点知识
第5章纯金属的凝固1、金属结晶的必要条件:过冷度-理论结晶温度与实际结晶温度的差;结构起伏-大小不一的近程有序排列的此起彼伏;能量起伏-温度不变时原子的平均能量一定,但原子的热振动能量高低起伏的现象;成分起伏-材料内微区中因原子的热运动引起瞬时偏离熔液的平均成分,出现此起彼伏的现象。
结晶过程:形核和长大过程交替重叠在一起进行2、过冷度与液态金属结晶的关系:液态金属结晶的过程是形核与晶核的长大过程。
从热力学看,没有过冷度结晶就没有趋动力。
根据R k 1T可知当过冷度T=0时临界晶核半径R为无穷大,临界形核功(G 1T2)也为无穷大,无法形核,所以液态金属不能结晶。
晶体的长大也需要过冷度,所以液态金属结晶需要过冷度。
孕育期:过冷至实际结晶温度,晶核并未立即产生,结晶开始前的这段停留时间3、均匀形核和非均匀形核均匀形核:以液态金属本身具有的能够稳定存在的晶胚为结晶核心直接成核的过程。
非均匀形核:液态金属原子依附于固态杂质颗粒上形核的方式。
临界晶核半径:△ G达到最大值时的晶核半径r*=-2 丫/ △ Gv物理意义:r<rc时,△ Gs占优势,故△ G>0晶核不能自动形成。
r>rc时,△ Gv占优势,故△ G<0晶核可以自动形成,并可以稳定生长。
临界形核功:△ GV=16ny 3/3 △ Gv形核率:在单位时间单位体积母相中形成的晶核数目。
受形核功因子和原子扩散机率因子控制。
4、正的温度梯度:靠近型壁处温度最低,凝固最早发生,越靠近熔液中心温度越高。
在凝固结晶前沿的过冷度随离界面距离的增加而减小。
纯金属结晶平面生长。
负的温度梯度:过冷度随离界面距离的增加而增加。
纯金属结晶树枝状生长。
5、光滑界面即小平面界面:液固两相截然分开,固相表面为基本完整的原子密排面,微观上看界面光滑,宏观上看由不同位向的小平面组成故呈折线状的界面。
粗糙界面即非小平面界面:固液两相间界面微观上看高低不平,存在很薄的过渡层,故从宏观上看界面反而平直,不出现曲折小平面的界面。
辐射屏蔽材料调研报告
《核材料科学基础》课程考查辐射屏蔽材料调研报告辐射屏蔽材料调研报告摘要:辐射防护材料的研究制备成为科研领域最为重要的课题之一,对国防和民用有着极其重要的意义。
本报告先对按照射线的种类调研,X、γ射线,中子的屏蔽材料进行了调研,对于X射线,分高、低能量调研了现有的屏蔽材料、防护服等;对于γ射线,一般用铅及含铅的化合物进行辐射防护;对于中子,用含氢量较高的屏蔽材料进行防护,或者含硼的化合物进行屏蔽。
然后按照屏蔽材料种类调研,分别从非金属屏蔽材料、金属屏蔽材料及混凝土三个粗略的方面分析总结了一些屏蔽材料。
最后分别分析了屏蔽每种射线现有屏蔽材料的优缺点,并调研了现有研究成果,为给出屏蔽优化结果,总结了屏蔽材料的发展趋势。
关键字:屏蔽材料;X、γ、中子;含硼化合物;屏蔽优化引言在核反应堆和其他辐射源中通常因裂变和衰变而释放出带能力的中子和α、β粒子及γ射线,统称为辐射。
由于辐射对环境造成污染,对操作人员带来伤害,对装置、材料致发热、活化及性能降级是十分必要的,由于α、β粒子在空气中和固体中的射程很短,无需特殊的屏蔽。
相反,中子和γ射线的穿透能力很强,必须重视对它们的屏蔽。
屏蔽材料是根据其在不同核反应中特殊应用而设计制备的,材料的屏蔽效果或慢化特征显然是最重要的因素。
随着国防科研、放射医学和原子能工业的迅速发展,辐射屏蔽材料在越来越多的领域得到广泛应用,对辐射屏蔽材料的性能要求也越来越高,材料的物理学性能、抗辐照性能、热稳定性等也必须加以综合考虑,传统的辐射屏蔽材料如混凝土、不锈钢、铁等很难满足现有应用要求,比如说现有的一些屏蔽材料强韧性难以满足作为结构屏蔽材料的要求、耐热性不好、综合屏蔽效果不良、体积大难于移动及抗辐照能力较差等。
因此,对各种新型辐射屏蔽材料的研究便成为一项十分重要和迫切的课题。
中子与屏蔽材料的各原子核发生相互作用的结果,既可以改变中子的能量和运动方向,中子也可能被原子核吸收。
中子的散射分弹性散射和非弹性散射,除弹性散射外,所有的中子与屏蔽材料相互作用都能造成次级辐射。
材料科学基础习题答案
材料科学基础习题答案《材料科学基础》习题参考答案第一章原子结构与键合★考前复习范围概念:4个量子数、3个准则、金属键、离子键、共价键1.原子中一个电子的空间位置和能量可用哪四个量子数来决定?在多电子的原子中,核外电子的排布应遵循哪些原则?答:1).主量子数n=1、2、3、4(K、L、M、N)决定原子中电子能量以及与核的平均距离,即电子所处的量子壳层。
2).轨道角量子数li=0~(n-1),(s,p,d,f,g)给出电子在同一量子壳层内所处的能级。
(亚层)3).磁量子数mi,给出每个轨道角动量量子数的轨道数或能级数,每个li下的磁量子总数为2li+1。
(能级)4).自旋角量子数si=±1/2, 反映电子不同的自旋方向。
(电子数)Pauli不相容原理:在同一个原子中没有四个量子数完全相同的电子。
能量最低原理:电子在原子中所处的状态,总是尽可能分布到能量最低的轨道上。
Hund规则:电子分布到能量相同的等价轨道上时,总是尽先以自旋相同的方向,单独占据能量相同的轨道。
2.在元素周期表中,同一周期或同一主族元素原子结构有什么共同特点?从左到右或从上到下元素结构有什么区别?性质如何递变?答:同一周期元素具有相同原子核外电子层数,但从左到右,核电荷依次增多,原子半径逐渐减小,电离能增加,失电子能力降低,得电子能力增加,金属性减弱,非金属性增强;同一主族元素核外电子数相同,但从上到下,电子层数增多,原子半径增大,电离能降低,失电子能力增加,得电子能力降低,金属性增加,非金属性降低。
3.何谓同位素?为什么元素的相对原子质量不总为正整数?答:在元素周期表中占据同一位置,尽管它们的质量不同,然它们的化学性质相同的物质称为同位素。
由于各同位素的含中子量不同(质子数相同),故具有不同含量同位素的元素总的相对原子质量不为正整数。
4.铬的原子序数为24,它共有四种同位素:4.31%的Cr原子含有26个中子,83.76%含28个中子,9.55%含有29个中子,且2.38%含有30个中子。
核科学材料基础资料
核科学材料基础资料
首先,核反应是核科学研究的核心内容之一、核反应是指原子核之间发生的转化过程。
核反应有两种类型:裂变和聚变。
裂变是指重核裂变成轻核,释放出大量能量和中子;聚变是指轻核聚变成重核,同样也释放出巨大的能量。
核反应是核能利用的基础,通过控制核反应,可以实现核能发电和核武器的制造。
此外,核材料也是核科学研究的重要内容之一、核材料是指用于核反应和核能利用的材料。
常见的核材料包括铀、钚等重核材料和氚等轻核材料。
核材料有特殊的物理和化学性质,通过合适的处理和控制,可以实现核能的利用和应用。
最后,核工程是核科学研究的应用方向之一、核工程是指利用核能进行能源、医疗、农业、工业等领域的工程应用。
核工程包括核电站建设、核燃料循环、辐射治疗等方面的知识。
核工程的发展和应用,旨在利用核能解决人类面临的能源和疾病治疗等问题。
总而言之,核科学材料是核科学研究的基础资料。
通过学习核反应、辐射与辐射防护、核材料以及核工程等方面的知识,可以更好地理解和应用核能和核技术,推动核能的可持续发展和利用。
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辐射屏蔽材料调研报告摘要:辐射防护材料的研究制备成为科研领域最为重要的课题之一,对国防和民用有着极其重要的意义。
本报告先对按照射线的种类调研,X、γ射线,中子的屏蔽材料进行了调研,对于X射线,分高、低能量调研了现有的屏蔽材料、防护服等;对于γ射线,一般用铅及含铅的化合物进行辐射防护;对于中子,用含氢量较高的屏蔽材料进行防护,或者含硼的化合物进行屏蔽。
然后按照屏蔽材料种类调研,分别从非金属屏蔽材料、金属屏蔽材料及混凝土三个粗略的方面分析总结了一些屏蔽材料。
最后分别分析了屏蔽每种射线现有屏蔽材料的优缺点,并调研了现有研究成果,为给出屏蔽优化结果,总结了屏蔽材料的发展趋势。
关键字:屏蔽材料;X、γ、中子;含硼化合物;屏蔽优化引言在核反应堆和其他辐射源中通常因裂变和衰变而释放出带能力的中子和α、β粒子及γ射线,统称为辐射。
由于辐射对环境造成污染,对操作人员带来伤害,对装置、材料致发热、活化及性能降级是十分必要的,由于α、β粒子在空气中和固体中的射程很短,无需特殊的屏蔽。
相反,中子和γ射线的穿透能力很强,必须重视对它们的屏蔽。
屏蔽材料是根据其在不同核反应中特殊应用而设计制备的,材料的屏蔽效果或慢化特征显然是最重要的因素。
随着国防科研、放射医学和原子能工业的迅速发展,辐射屏蔽材料在越来越多的领域得到广泛应用,对辐射屏蔽材料的性能要求也越来越高,材料的物理学性能、抗辐照性能、热稳定性等也必须加以综合考虑,传统的辐射屏蔽材料如混凝土、不锈钢、铁等很难满足现有应用要求,比如说现有的一些屏蔽材料强韧性难以满足作为结构屏蔽材料的要求、耐热性不好、综合屏蔽效果不良、体积大难于移动及抗辐照能力较差等。
因此,对各种新型辐射屏蔽材料的研究便成为一项十分重要和迫切的课题。
中子与屏蔽材料的各原子核发生相互作用的结果,既可以改变中子的能量和运动方向,中子也可能被原子核吸收。
中子的散射分弹性散射和非弹性散射,除弹性散射外,所有的中子与屏蔽材料相互作用都能造成次级辐射。
γ射线与X射线一样,是一种比紫外线波长短得多的电磁波,γ射线按其产生机理可分为裂变γ射线、裂变产物衰变射γ线、俘获γ射线、非弹性散射γ射线、活化产物γ射线等。
一般在动力堆中,穿过屏蔽层的最强的γ射线通常是由中子在热屏、压力壳或生物屏蔽层里发生相互作用而产生的。
选择材料时,不单单仅考虑屏蔽一种射线,应考虑其综合屏蔽性能。
一般来说,对γ射线具有良好减弱性能的重元素也会因发生中子非弹性散射和辐射俘获而产生二次γ射线。
针对不同的设计目的需要选择不同的屏蔽材料,如对固定式的动力堆,价格是首选因素,而对于可移动的堆系统,则屏蔽材料的总重量、单位效率及结构稳定性是考虑的重点。
虽然对中子和γ射线的减弱都有相应较为有效的材料,但没有哪一种单体材料能同时满足以上性能,所以在应用时必须对材料加以选择并采用一定的复合制备技术,以期复合材料在满足综合屏蔽效果的同时具有良好的物理力学性能,如强韧性、热稳定性及抗辐照性能等。
本文分析了一些针对不同射线的现有核辐射屏蔽材料的优点和不足之处、总结了一些现有屏蔽材料的研究进展,并且分析了以后屏蔽材料的要求和特点。
1. 辐射屏蔽的基础知识辐射屏蔽的基本原理是使辐射与屏蔽材料之间发生相互作用,从而减少辐射粒子数和降低辐射的能量。
通常依据作用方式不同,把该相互作用分成以下两类:a) 散射。
指散射与屏蔽材料发生相互作用后,其方向和能量都产生变化的过程。
b) 吸收。
指辐射屏蔽材料部分或全部吸收的过程。
此外,还有辐射与材料完全不发生任何相互作用而穿透材料的过程。
当然,作为屏蔽材料的先决条件是对辐射应具有散射或吸收作用。
2 .按照射线的种类调研2.1 X射线的辐射屏蔽X射线主要由原子内层轨道电子跃迁或高能电子减速时与物质的能量交换产生,是一种波长很短(介于紫外线和γ射线之间)的电磁辐射,约在0.01~10nm范围内。
由德国物理学家W.K.伦琴于1895年发现,故又称伦琴射线。
伦琴射线具有很高的穿透本领,能透过许多对可见光不透明的物质,如墨纸、木料等。
这种肉眼看不见的射线可以使很多固体材料发生可见的荧光,使照相底片感光以及空气电离等效应,波长越短的X射线能量越大,叫做硬X射线,波长长的X射线能量较低,称为软X射线。
波长小于0.1埃的称超硬X射线,在0.1~1埃范围内的称硬X射线,1~10埃范围内的称软X射线。
实验室常用具有高真空的射线管来产生X射线。
目前,对低能X射线的屏蔽一般采用铅玻璃、有机玻璃及橡胶等制品。
其中,有机玻璃主要是采用甲基丙烯酸甲酯与铅、钡、锌、镉等金属氧化物反应制备甲基丙烯酸金属盐,再将该有机金属盐与甲基丙烯酸甲酯聚合制成防辐射有机玻璃。
目前使用最多的防辐射有机玻璃主要为含铅有机玻璃。
美国、日本等国家防辐射有机玻璃的研究工作开展较早,已形成批量生产,国内此类产品主要从上述国家进口。
考虑到铅氧化物具有一定的毒性,对环境也有污染,现状一般采用混凝土或纤维来防护X射线,此纤维是由聚丙烯及固体屏蔽剂混合制备而成,屏蔽效果较好。
X射线防护服方面,国外早已有一些成功的研究成果,例如前苏联科研人员以粘胶纤维织物为研究对象制成了X射线防护服,屏蔽效果虽然很好,但是工艺复杂,制备繁琐;再如美国一家辐射公司通过对聚乙烯改性成功研制出一种叫Demron的防护材料,此种高分子材料会使任何一种辐射均遭受大量电子云作用,从而对X射线进行吸收辐射。
国内在X射线防护服方面也取得了很满意的成果,齐鲁等人以聚丙烯及固体屏蔽剂复合材料研制的一种新型的防X射线纤维材料对中、低能量的X 射线具有良好的屏蔽效果,且此材料的强度和伸长率能够满足纺织加工的要求。
当前新开发研制的防护服是由聚丙烯和固体射线屏蔽材料复合制成的,对中、低能量的X射线具有良好的屏蔽效果。
对于高能X射线的屏蔽,现在最常用的是树脂/纳米铅复合材料和树脂/纳米硫酸铅复合材料。
复合材料中的铅和硫酸铅纳米颗粒经射线照射后趋于更稳定的状态,且纳米颗粒的小尺寸效应等特性没有低。
在铅或硫酸铅的质量分数、试样厚度相同的条件下,铅或硫酸铅颗粒越小,分布越均匀,对X射线的屏蔽性能越好;在铅或硫酸铅颗粒大小、分布均匀程度相同的条件下,试样中铅或硫酸铅的质量分数越大,对X射线的屏蔽性能越好。
2.2 γ射线的辐射屏蔽γ射线,又称γ粒子流,是原子核能级跃迁蜕变时释放出的射线,是波长短于0.2埃的电磁波。
γ射线的波长比X射线要短,所以γ射线具有比X射线还要强的穿透能力。
可以透过几厘米厚的铅板。
γ射线在通过屏蔽材料时发生三种相互作用,即光电吸收、康普顿散射和产生电子对,从而把能量传递给屏蔽材料组成的束缚电子,使其克服结合能而离开原子,光子则消失;康普顿散射是γ光子与轨道外层电子发射散射,γ光子把部分能量传递给电子使其发生反冲,同时散射光子改变能量和运动方向;当γ光子的能量大于电子和正电子的静止质量之和(1.022MeV)时,在原子核库仑场作用下,光子本身被湮没,而产生一对正、负电子。
这三种相互作用分别对低能、中能和高能γ射线的吸收和降低能量起到重要的作用。
物质发生一次相互作用会导致其大部分或全部能量的损失γ射线通常由重核裂变、裂变产物衰变、辐射俘获、非弹性散射、活化产物衰变产生。
裂变过程产生的γ射线可划分为四个时间间隔,如表1所示:表1 裂变射线分类及相应能量名称时间能量/Mev瞬发γ射线短寿命γ射线中等寿命γ射线瞬发γ射线t≤0.05us0.05us≤t≤1.0us1.0us≤t≤1.0st>1.0s7.250.430.556.65材料对γ射线的屏蔽性能的实验方法有两种:窄束实验和宽束实验。
对于窄束,单能γ光子束穿越厚度为X的屏蔽体时,未与屏蔽材料发生相互作用,其束流强度I可由下式表示:I=I0exp(-ux)对于宽束,上式要乘以一个修正因子B,即:I=BI0exp(-ux)通常,B值随着ux的增加而增大,其范围介于1.1~30。
因为元素的质量越重,对γ射线的吸收能力越强,剂量率的减弱越显著。
所以为了减小屏蔽体的总尺寸,需选用原子序数较大的元素,即高密度的材料,如铁,铅等。
一般来说,可屏蔽γ射线的材料很多,如水、土壤、铁矿石、混凝土、铁、铅、铅玻璃、铀以及钨、铅硼聚乙烯等。
其中,铅的密度为11.3g/cm3,在有限的空间场所,一般用它做γ射线屏蔽材料。
但是其也有缺点,其硬度差,不能做支撑体,熔点也不高,很容易被融化,同时也被碱性物质侵蚀。
为此,开发出了含铅的无机玻璃,如PbO-SiO2玻璃、Bi2O3-PBO- B2O3玻璃等;对于含铅量较高并且含有氧化铈添加剂的无色磷酸盐玻璃,其耐辐射性能不错,屏蔽辐射的特性也很好;高比重合金(钨合金)材料是一类以钨为基体,并添加有Ni、Cu、Co等元素组成的合金。
按合金组成特性及用途分为W-Ni、W-Co、W-Ag等主要系列。
其密度很高,有点很多,比如:比重大、强度高、吸收射线能力强、导热系数大、有良好的可导电性能,具有良好的可焊性和加工性。
其抗辐射性能好,有辐射的地方都可以使用。
2.3 中子的辐射屏蔽中子是组成原子核的核子之一。
中子是组成原子核构成化学元素不可缺少的成分(注意:氢元素H不含中子),虽然原子的化学性质是由核内的质子数目确定的,但是如果没有中子,由于带正电荷质子间的排斥力(质子带正电,中子不带电),就不可能构成除氢之外的其他元素。
由于中子不带电,不与原子核外电子相互作用,只与原子核相互作用。
中子按能量分可分为:慢中子,能量为0.5~1.0keV;中能中子,能量为1.0keV~0.5MeV;快中子,能量大于0.5MeV。
中子的质量与质子很接近,所以含氢量较高的石蜡、聚乙烯和硼是优秀的中子屏蔽材料。
从屏蔽原理上讲,中子屏蔽主要靠弹性散射,即先把裂变产生的快中子慢化到热能,然后用热中子吸收截面大的材料加以吸收。
已知最有效的慢化材料是轻元素。
含有大量氢的物质,其屏蔽效果最好。
虽然所有材料都或多或少会吸收热中子,在一定程度上,适用的结构材料也可作为屏蔽材料、但经综合比较,硼是最具有吸引力的特殊屏蔽元素。
水是一种极有效的屏蔽材料,这主要是由于水里还有大量的氢,且水是一种最容易获得且廉价的材料;石墨既能做中子慢化剂,又能做中子反射剂。
尤其是高纯石墨,高温的时候,其物理性能、化学性能、力学性能都很稳定。
当然,在石墨中混合一些硼化物之类的热中子吸收剂,可以改善石墨的中子屏蔽性能;硼被用来做中子吸收体,这是通过硼的同位素10B的(n,a)反应来实现的,因为硼的热中子吸收截面极大。
硼可直接使用或混入石墨和聚乙烯中使用,或者以氧化硼和碳化硼的形式与其他材料组合起来使用,例如Zr(BH4)4对中子具有良好的屏蔽效果,尤其是当Zr(BH4)4与不锈钢复合后不仅提高了中子的屏蔽性能,还可以当结构材料;再如含硼不锈钢的中子屏蔽性能也很好,也可以当结构材料;B4C的中子屏蔽性能很好,是一种很好的控制材料,将B4C 与金属复合,可以制成热中子吸收材料,如B4C与Al可以制成复合材料,但是这种材料的强度不高,所以有学者以Pb代替Al,制成了较好的屏蔽材料,硬度好,且有良好的屏蔽性能。