第五章 包壳材料解析
核反应堆热工分析复习
热工复习第二章堆的热源及其分布1. 裂变率：单位时间，单位体积燃料内，发生的裂变次数。
2. 释热率：堆内热源的分布函数和中子通量的分布函数相同3. 热功率：整个堆芯的热功率4. 热功率：计入位于堆芯之外的反射层、热屏蔽等的释热量5. 均匀裸堆：富集度相同的燃料均匀分布在整个活性区内；活性区外面没有反射层6. 堆芯功率的分布及其影响因素：燃料布置、控制棒、水隙及空泡。
7. 控制棒的热源：吸收堆芯的γ辐射：用屏蔽设计的方法计算；控制棒本身吸收中子的(n, α)或(n, γ)反应。
8. 慢化剂的热源：裂变中子的慢化；吸收裂变产物放出的β粒子的一部分能量；吸收各种γ射线的能量。
热源的分布取决于快中子的自由程10. 9.结构材料的热源：几乎完全是由于吸收来自堆芯的各种射线11. 停堆后的功率：燃料棒内储存的显热、剩余中子引起的裂变、裂变产物和中子俘获产物的衰变12. 导热：依靠热传导把燃料元件中由于核裂变产生的能量，从温度较高的燃料芯块内部传递到温度较低的包壳外表面的过程13. 自然对流换热：由流体内部密度梯度引起的流体的运动14. 大容积沸腾：由浸没在具有自由表面原来静止的大容积液体内的受热面所产生的沸腾 15. 流动沸腾：指流体流经加热通道时发生的沸腾16. 沸腾临界：由于沸腾机理的变化引起的换热系数的陡降，导致受热面的温度骤升 17. 临界热流密度：达到沸腾临界时的热流密度18. 快速烧毁：由于受热面上逸出的气泡数量太多，以至阻碍了液体的补充，于是在加热面上形成一个蒸汽隔热层，从而使传热性能恶化，加热面的温度骤 升；19.慢速烧毁：高含汽量下，当冷却剂的流型为环状流时，如果由于沸腾而产生 过分强烈的汽化，液体层就会被破坏，从而导致沸腾临界。
20. 过渡沸腾：是加热表面上任意位置随机存在的一种不稳定膜态沸腾和不稳定 核态沸腾的结合，是一种中间传热方式，壁面温度高到不能维持稳定的核态 沸腾，而又低得不足以维持稳定的膜态沸腾，传热率随温度而变化，其大小 取决于该位置每种沸腾型式存在的时间份额。
包装材料的运用和分析
包装材料的运用和分析——浅谈软包装的印刷特性及适应性摘要：我们的商品包装分为软包装和硬包装两大类。
用之于的包装材料也各不相同。
软包装由于诸多的优越性能而广泛用于商品的外包装，本文着重分析了软包装材料的印刷特性及印刷适性处理，指出各种软包装材料的印刷技巧。
关键字：包装材料印刷特性适应性品牌包装设计应从商标、图案、色彩、造型、材料等构成要素入手，在考虑商品特性的基础上，遵循品牌设计的一些基本原则，如：保护商品、美化商品、方便使用等，使各项设计要素协调搭配，相得益彰，以取得最佳的包装设计方案。
如果从营销的角度出发，品牌包装图案和色彩设计是突出商品个性的重要因素，个性化的品牌形象是最有效的促销手段。
在此，我主要分析下包装材料的运用和分析。
我们的商品包装分为软包装和硬包装两大类。
用之于的包装材料也各不相同。
包装材料是指用于制造包装容器、包装装潢、包装印刷、包装运输等满足产品包装要求所使用的材料，它即包括金属、塑料、玻璃、陶瓷、纸、竹本、野生蘑类、天然纤维、化学纤维、复合材料等主要包装材料，又包括涂料、粘合剂、捆扎带、装潢、印刷材料等辅助材料。
1、一定的机械性能包装材料应能有效地保护产品．因此应具有一定的强度、韧性和弹性等，以适应压力、冲击．振动等静力和动力因素的影响．2、隔性能根据对产品包装的不同要求，包装材料应对水分、水蒸气、气体、光线、芳香气、异味、热量等具有一定的阻挡3、良好的安全性能包装材料本身的毒性要小，以免污染产品和影响人体健康；包装材料应无腐蚀性，并具有防虫、防蛀、防鼠、抑制微生物等性能，以保护产品安全．4、合适的加工性能包装材料应宜于加工，易于制成各种包装容器应易于包装作业的机械化、自动化，以适应大规模工业生产应适于印刷，便于印刷包装标志．5、较好的经济性能包装材料应来源广泛、取材方便、成本低廉，使用后的包装材料和包装容器应易于处理，不污染环境、以免造成公害。
软包装由于诸多的优越性能而广泛用于商品的外包装，本文着重分析了软包装材料的印刷特性及印刷适性处理，指出各种软包装材料的印刷技巧。
核电厂材料 chapter05 包壳材料 part2
成品管检验与试验
5.3 锆合金
锆合金包壳管的制造工艺
锆铪分离 合金熔炼 挤压成管胚 冷加工（冷轧） 最终退火
碘化法
表面处理 成品管检验与试验
5.3 锆合金
锆合金包壳管的制造工艺
锆铪分离 合金熔炼 挤压成管胚 冷加工（冷轧） 最终退火
海绵锆按比例加入合 金元素后压制成块， 然后焊接成棒，做成 自耗电极，在真空电 弧炉中熔炼成锭
存在织构 有吸氢和氢脆问题，氢化
物的析出方向与织构和应 力有关，并会影响锆-4合 金包壳管的堆内性能 高温下与氧反应，应限制 在400oC以下使用 在高温下发生锆水反应， 产生氢气
优点
缺点
5.3 锆合金
CANDU堆燃料棒束包壳：Zr-4合金
CANDU6型重水堆 燃料棒束： • UO2芯块； • 锆包壳； • 石墨中间层； • 端塞； • 隔离块； • 支承垫； • 端板
国产新Zr合金N36的吸氢
核工业研究生院
CIAE，龙斌
5.3 锆合金
锆合金包壳管的堆内行为
吸氢和氢脆
•当合金中氢的固溶度超过极限固溶度时，氢将以氢化物（ZrH1.5~1.7） 小片析出。氢化物在低温下（260oC或150oC）为脆性相，析出的氢化 物可能成为材料的裂纹源，使锆合金的延性降低，造成氢脆。 • 对燃料元件包壳来讲，氢化物的排列方式对包壳管的力学性能影响 很大：呈周向排列取向的氢化物对强度的影响不大；呈径向排列取向 的氢化物，会使强度和延性大大降低。
锆合金包壳管的堆内行为
辐照对拉伸性能的影响
辐照对锆合金拉伸性能的影响
• 辐照后强度（屈服强度和抗拉强度）升高，延伸率下降
5.3 锆合金
芯块与包壳的相互作用（PCI） PCI是指燃料元件芯块与包壳之间的机械相互作用和化学 相互作用共同引起的元件破损现象，即PCI=PCMI + PCCI （或FCCI） 锆包壳管在堆内受力，应力主要来源于芯块的变形。 • 当燃耗达到一定值后，芯块与包壳贴近，在反应堆功率 循环或剧增时，芯块畸变使包壳受到很大的应力，包括 包壳管的轴向拉应力和径向局部应力 • 在高燃耗下，燃料元件内侵蚀性裂变产物浓度增加，超 过临界值，会产生应力腐蚀 PCI对核电站的安全、经济和高效运行有直接的影响，是 燃料棒使用寿命的限制因素之一
第8讲 包壳材料
Inc xs 0.022
0 0 0.3 0 0.3 0 0.3 0 0 0
Scatt xs 4.892 4.5(1.5) 4.8 4.8(1.5) 4.42 5.6 4.63 5 5.29 4.14 4.48
Abs xs 0.626
1 0.114 30.(7.) 0.14 2.3 0.22 2.2 0.14 0.18 0.133
诱发析出非热力学第二相，如Zr－Sn合金中析出Zr-Sn金属 间化合物
对氧化膜的损伤：
辐照诱发电导
锆合金的腐蚀(1)
均匀腐蚀
锆合金在高温纯水和蒸汽中， 耐蚀性良好，但在高燃耗 (50GWd/tU)下，氧化膜厚度 增到50～60μm，伴生的应力 易使氧化膜破裂或剥落，所 以包壳管的水侧均匀腐蚀受 到重视。
真空退火
锻造或挤压后的退火处理：530～700oC 成品去应力退火：低于500oC
锆合金包壳材料存在的问题
高温下的耐蚀性不足：360℃以上水中的耐蚀性差 氢脆
锆合金在运行中吸氢而造成燃料包壳破坏是限制燃料元件使 用寿命的因素；
燃料芯块与包壳的交互作用(PCI)及包壳的应力腐蚀 破坏（SCC）
锆合金的性能
Sn元素的截面
Neutron scattering lengths and cross sections
同位素
Sn 112Sn 114Sn 115Sn 116Sn 117Sn 118Sn 119Sn 120Sn 122Sn 124Sn
丰度 (%) --1 0.7 0.4 14.7 7.7 24.3 8.6 32.4 4.6 5.6
的相容性；
常见的包壳材料
可作为包壳材料和堆内结构材料的金属元素必须是低 中子吸收截面的材料。根据它们的性能特点，各种材 料的包壳用于不同的堆型。
包装材料分析分解
金 属 材 质
1.化学稳定性差，在酸、碱、盐及 潮湿空气的作用下，它易于锈蚀。 这在一定程度上限制了它的使用范围。 但现在使用各种性能优良的涂料， 使这个缺点得以弥补。 2.经济性差，即价格较贵。 这个缺点也正在通过技术进步 而逐渐得到改进。
可能实现内装物的罐内烹饪。 4.良好的加工适应性，因金属延展性好，对复杂
金 属 包 装 造 型 再 配 上 精 美 的 图 案 设 计 ， 使 之 完 美 地 结 合 ， 必 定 会 平 添 包 装 的 艺 术
金 属 包 装 的 图 案 和 色 彩 设 计 也 是 至 关 重 要 的 ， 一 套 好 的
高 档 的 馈 赠 礼 品 。 随 着 时 代 的 发 展 ， 需 要 的 满 足 正 逐 步 由 低 层 次 向 高 层 次 发 展 。
高 质 量 的 金 属 印 刷 技 术 能 产 生 令 人 惊 异 的 图 像 效 果 ， 绚 丽 的 金 属 包 装 外 观 效 果 ，
现 在 ， 金 属 印 刷 和 印 后 装 饰 发 生 了 多 项 技 术 革 新 ，
审 美 价 值 。 使 原 本 平 淡 无 奇 的 金 属 包 装 充 满 了 情 趣 和 情 感 。
不、
人
致
金
金感重
同光
以
、
和
属觉的
，滑
凝
含
铜
及。黑
、
重
蓄
具
其
色
理
庄
、
有
合
，
性
严
轻
金
金
、
的
盈
黄
，
拘
感
、
色
谨
觉
，
、
。
包装材料概述讲解
种类
种类 名称
天然木材
针叶木材 阔叶木材
红松 落叶松
白松 马尾松
桦木 杨木 椴木
人造木材
纤维板
纤维板 木丝板 刨花板
胶合板
三夹板 五夹板
天然木材的选用：
尺寸、色泽、纹理、木质、气味 干燥、干裂、翘曲 强度 油饰、胶接、握钉力，加工性 用途（制箱、制板、制小包装、制托盘）
塑料
塑料的基本性能和特点 ：
（1）物理性能优良。塑料具有一定的强度、弹性、抗 拉、抗压、抗冲击、抗弯曲、耐折叠、耐摩擦、防 潮、气体阻隔等性能。
（2）化学稳定性好。塑料耐酸碱、耐化学药剂、耐油 脂、防锈蚀等。
（3）塑料属于轻质材料。塑料的密度约为金属的1/5、 玻璃的1/2。
（4）塑料加工成型简单多样。塑料可制成薄膜、片材、 带材，还可以编制布，用做发泡材料等。其成型方法 有吹塑、挤压、注塑、铸塑、真空、发泡、吸塑、热 收缩、拉伸以及应用多种新技术，可创造出适合不同 产品需要的新型包装。
纤维板
原料：各种木材纤维、棉秆、稻草、芦苇等植物纤维 工艺：机械破碎——蒸压釜——软化研磨——木浆
1)——加防水剂/石蜡、胶黏剂/松香——排水——热压、
型模 2) ——干燥——加胶料/树脂——压制成型 分类：硬质、半硬、软质——成型温度、压力 特点：面积大、结构匀，不易腐蛀、耐磨、不易胀缩
人造板
原料：枝杈、截头、板皮、碎片、刨花、锯木等
1m3人造板材——数m3木材 3mm厚纤维板/胶合板——12mm厚板材 1m3胶合板（2.2m3原木）——5.7m3原木板材 1t纤维板（3.3m3废木材）——6m3原木板材 1m3刨花板（1.3m3废木材）——2m3板材 1t厚纸板（4~5m3木材废料）——14~16m3原木
木材及木质复合包装材料ppt课件
3.木材的饱和含水率随树种而略有差异。当环境温度 20℃时，一般为25％～35％，并随温度上升而降低， 通常采用30％为其平均值。
2.平衡含水率：由于木材具有吸湿性和还水性，在周围空 气的蒸汽压与木材表面的蒸气压相等的条件下，木材中水 分达到吸收和散发的动态平衡时，的含水率称为平衡含水 率。使用中的木材平衡含精水选课率件都低于其纤维饱和点。 14
1. 一年中树木生长快慢是不均匀的，春季树木生长最旺盛，多生成 薄壁宽腔的导水细胞，因而木质松软、颜色浅淡，称为春材，又 名早材。
2. 随着季节的变迁，树木生成逐渐减慢，细胞逐渐增生厚壁窄腔的 支撑细胞，其木质坚硬、颜色较深，称为夏材，又名晚材。
3. 由于冬季树木停止生长，因此在树干横切面上，可以看出各年生 长的木质分界线，称为年轮。年轮在径切面上与树轴成有角度的 带形条纹，在弦切面边缘上，条纹与径切面上近似，中间部分呈 现近于椭圆的套环形状。
使木材均匀地干燥。在选用木材做木制品时，应尽可能采用胶合
木、胶合板等代替木材，或采精用选容课件重轻、收缩性小的木材。
16
［重量］
一般树种的木材比重变动不大，约介于1．3和1．7之间， 通常采用平均值1．5。
干燥木材的容重平均约500kg／m3，所以木材孔隙率是很 大的。
木材的容重随树种、树龄、生长条件、部位、孔隙率、含水 率而改变，通常小于1000kg／m3。影响木材容重最主要的因 素是含水率，通常以含水率为15％的容重作标准，作为标准 容重。
自由水存在木材细胞间隙和细胞腔中，是由细胞的毛细 胞管作用吸入的。
精选课件
12
吸附水是由细胞的吸附作用而进入细胞壁的水分。 木料的吸湿性，以木材中自由水和吸附水的总和来衡量。
5包壳材料详解
Zr-3 过多的锡含量会影响加工成型性，同 时研究证明，在350℃水中和400 ℃蒸汽 中的吸氢与镍的含量有很大关系。因此， 降低了锡含量和镍含量，把镍含量由原来 的0.05%降低到了0.007%，研制了锆-3合 金。
Zr-4
由于减少了镍含量，抗腐蚀性能有所下降，研 究表明：铁、铬、镍的总量保持在0.3%左右可以 得到合适的第二相，获得较好的抗腐蚀性能。因 而把铁含量由原来的0.12%增加到0.18%-0.24% ，这就形成了锆-4合金。 锆-4合金在350 ℃高温水中和400 ℃蒸汽中有更 好的耐腐蚀性能，而吸氢量仅为锆-2合金的1/21/3，其余性能与锆-2相似。它已广泛被用于压水 堆和重水堆中做燃料包壳材料和堆芯结构材料。
2）锆-2.5铌合金
含有2.5 wt%铌的锆合金在高温水中的耐腐蚀 性虽不如锆-锡合金，但吸氢率低，径向蠕变速 率很小，同时可以热处理强化。 锆-2.5铌合金在重水堆上主要用于制作压力管， 在动力堆中用于元件盒壳体的板材及堆芯部件 的结构材料。 锆-2.5铌合金在使用中一个比较大的问题是氢 化物的延迟开裂（DHC）。其原因是在应力梯 度的影响下，氢向裂纹尖端扩散所引起的。
5.1.2 常用的包壳材料
1）铝、镁、锆的合金（中子吸收截面小、 熔点高） 水堆中应用最普遍的是锆－2和锆－4合金 2）不锈钢和镍基合金（优异的高温性能 和价格优势）。快堆中主要考虑高温性能 和抗辐照损伤性能，目前多采用奥氏体不 锈钢，有时也使用镍基合金。
5.2 锆及其合金
5.2.1 金属锆的性能 纯锆是一种银白色，有光泽的延性金属， 473K时理论密度为6.55Mg/m3，熔点为 2125K。 自然界中锆与铪共生，其含量为50:1，铪 的中子吸收截面约为400b，因此锆与铪必 须分离才能用于反应堆做包壳材料。
第五章包壳介绍
13
（2） Zr-2 合金 进一步的研究发现，在锆中加入约0.1%的铁和 少量的铬及镍是极为有利的。 与锆-1合金相比，锡的含量适当降低，因为含锡 量增高会降低合金的耐蚀性。因此锆-2合金的添加 元素成分为：锡-1.5%；铁-0.12%；铬- 0.10%；镍 -0.05%。 经过近30年在沸水堆和压水堆上作燃料包壳及堆 芯结构部件的应用，证明锆-2合金在高温水和蒸汽 中有良好的耐蚀性能和强度，运行是可靠的。它的 热中子吸收截面在0.18-0.23靶恩,硬度为纯锆的两倍。
0.050.15 0.070.13 -
1.1 2.42.8
10
表5-2* 锆合金的常用机械性能：
强度极限（MPa） 屈服极限（MPa） 合金名称 碘化法锆# Zr-2合金## （20oC） （340oC） Zr-4合金（RT） （385℃） Zr-1Nb合金 Zr-2.5Nb合金 180-270 700,510,450 280 755 450 320-380 400-480 50-130 527,422,352 225 589 363 180-250 280-350 30-50 12,16,28 20 23 25 28-40 22-25 延伸率（%）
7
锆的性能
（1）存在着两个同素异型结构 从室温到1135K为α相，密排六方结构 （HCP） 1135K到2125K为β相，体心立方结构（BCC） （2）线膨胀系数 4.9X10-6K-1 a向5.2X10-6K-1 ，c向7.8X10-6K-1 锆管平均值：轴向5.6 X10-6K-1，径向6.8 X10-6K-1 （3）热导率 23.7W/mK （473K时） （4）抗拉强度 334MPa 8 （5）延伸率 25%
第五章(堆芯稳态热工分析)
tcs ( x, y, z ) t f ,in
( ql ( x, y, z ) FE dz ) H
0
z
W ( x, y, z ) c p
ql ( x, y, z ) FqE
dcs h( x, y, z )
5.3.3 降低热管因子和热点因子的途径
热管因子和热点因子在反应堆设计时必须设法降低它们的数值。 要减小它们必须从核和工程两方面着手。
堆芯下腔室冷却剂流量分配不均匀的焓升工程热管分因子
F
E H ,3
Qn,max / Wh,min,3 Qn,max / W
W W h,min,3
考虑热管内冷却剂流量再分配时的焓升工程热管分因子
E H ,4
F
hh,max,4 hn,max,3
商定有关热工参数553单通道模型反应堆热工设计的一般步骤和方法确定燃料元件参数根据热工设计准则中规定的内容进行有关的计算堆稳态热工设计的技术经济评价堆热工设计中的热工水力实验计算热管的有效驱动压头和冷却剂的质量流密度根据热工设计准则中规定的内容进行有关的计算cics计算燃料元件的温度燃料元件包壳外表面的温度燃料元件包壳内表面温度燃料芯块表面温度燃料芯块中心温度的计算堆热工设计中的热工水力实验测定核燃料和包壳的热物性以及燃料与包壳之间的气隙等效传热系数
可近似写成
t0,max t f ,in t f 2 [ f (0) c (0) g (0) u (0)]
类似地，燃料元件表面最高温度 t 也可近似用下式计算： cs ,max
tcs ,max t f ,in t f 2 f (0)
FqN 来 堆芯功率分布的不均匀程度常用热流密度核热点因子
材料与水化学第讲包壳材料
对氧化膜的损伤：
辐照诱发电导
锆合金的腐蚀(1)
均匀腐蚀
锆合金在高温纯水和蒸汽中 ，耐蚀性良好，但在高燃耗 (50GWd/tU)下，氧化膜厚度 增到50～60μm，伴生的应力 易使氧化膜破裂或剥落，所 以包壳管的水侧均匀腐蚀受 到重视。
在氧化动力学曲线上有一从抛物线型 到直线型的“转折点”，在此点之前， 在锆表面生成黑色、致密、呈保护性 的非化学计量的氧化锆；在转折点后 所生成的氧化膜则为白色﹑疏松的非 保护性的化学计量氧化锆，易于呈薄 片状剥落
锆的氧化动力学曲线
样品增重随氧化时间 的变化曲线称氧化动 力学曲线。用在一定 温度下样品由于吸收 氧而增加的重量代表 氧化过程进行的程度 （即样品增重）。
Ti)的作用；减小吸氢危害
锆合金的发展
1950s 以来Zr- 2 、 Zr-4 、 Zr-1Nb 合金在商业
国
堆中用作燃料组件部件；Zr-2.5Nb合金压力管
际
上
1980s 和1990s发展了低Sn 含量Zr-4合金，
锆
同时推动了新型锆合金的发展
合
金
的
ZIRLO、E635 （70年代末）
发
M4、M5 （80年代初）
块与包壳的相互作用等危害； 包壳外壁受冷却剂压力、冲刷、振动和腐蚀以及氢脆等威胁
减小。元件破损率、保证包壳的完整性是提高元件燃耗、保证 反应堆正常、高效和经济运行的重要前提和主要制约因素。
对包壳材料的性能要求
核性能：小的中子吸收截面，辐照稳定性
特别是热中子堆或用天然铀作燃料的反应堆，对包壳材料中 子吸收截面的限制十分严格。
锆合金的加工
第五章 反应堆用材料2
清华的10MW的高温气冷堆的燃料 元件为球形，直径60mm，由50mm
的燃料区和5mm厚的外壳组成。燃 料颗粒均匀弥散在石墨基体中。石 墨基体是慢化剂和结构材料。全堆 需27000多个燃料球，每个燃料球 里有8300个燃料颗粒。
另一种燃料是在研究中的快堆燃料。它是 由瑞士的珀尔· 雪利研究所研究的。它直接由 后处理产生的铀的硝酸盐，通过溶胶凝胶法 制成不同大小的颗粒，装入包壳，振动密实， 得到所要求的燃料装量，用于快堆。
2)压缩强度－晶粒尺度在0-20μm的二氧化铀的压缩强度在420到980Mpa之 间。 3) 弹性模量－与温度、气孔率有关。室温时约为2.1-2.3×105MPa,随温度 增加，该值呈直线下降，系数为3.09×10-2/K；随气孔率增加，弹性模 量减小。关系式如下： EP = E0（1-2.62P） （4-3） 式中： P为气孔率，E0为室温时理论密度的UO2的弹性模量，为 2.26×105MPa。 4)高温蠕变－高温时的变形可用机制来描述。二氧化铀的高温蠕变可用下 式来表示：
燃料的分类
固体燃料可以分为金属型、陶瓷型和弥散体
型。
1 金属型燃料
（1）金属铀 从室温到熔点有三个同素异构体，分别为 α、β、γ相。 优点是裂变原子密度高；导热性能好；加工 性能好。 缺点是熔点低（1133℃），有相变，辐照稳
定性差 ，几何变形严重，化学性质活泼与水， 空气，氢气在常温下反应。
论密度的93-95%。 （3）熔点 熔点是286040℃。无论是亚化学剂量的还是过化学剂量的二氧化铀的 熔点都比正化学剂量的二氧化铀的熔点低（参见图5-14）。 （4）热导率 随温度上升，二氧化铀的热导率急剧下降，室温下为8.4W/m· K，在 1727℃（2000K）时达最小值（2.0W/m．K）而后又稍有上升（参见图 3-2）。 燃料的孔隙率增加，密度下降，导热率也下降。此外，氧/铀比，杂质， 晶粒度都会影响导热率。氧/铀比越高，导热率越小；晶粒越大，热导率 越大。 （5） 热膨胀 二氧化铀的热膨胀系数为10.8×10-6/℃。 由于UO2在2450℃以上显著地蒸发，故高温热膨胀数据只是定性的。 （6）蒸汽压 UO2的汽化现象比较复杂，因为它与O/U比，以及气氛中的氧分压 等因素有关，具有一定氧/铀比的固态UO2的汽化机制至少在2000K以下 主要是升华，蒸汽压可参见表5-4。
(完整版)反应堆工整理讲解
第一章反应堆简介1. 反应堆概念核反应堆是利用易裂变物质使之发生可控自持链式裂变反应的一种装置。
2. 反应堆的用途生产堆：专门用于生产易裂变或聚变物质的反应堆实验堆：主要用于实验研究动力堆：用于动力或直接发电的反应堆3. 反应堆种类按慢化剂和冷却剂可分为：轻水堆、重水堆、石墨气冷堆和钠冷快堆等其中，动力堆的类型有压水堆(PWR)、沸水堆(BWR)、重水堆(HWR)、气冷堆(HTGR)、快中子增殖堆(LMFBR、GCFR)第二章核物理基础1. 原子与原子核92种天然元素和12种人工元素；原子核由质子和中子组成（H除外），质子和中子通称为核子，核子数即称质量数2. 原子核的组成及属性(电、质量、尺寸)原子核带正电，半径为121310~10cm--，其中质子带正电，质量为1u，中子不带电，质量为1u3. 同位素及核素的表示符号同位素是指质子数相同而中子数不同的元素，其化学性质相同，在元素周期表中占同一个位置，丰度。
例P有7种同位素，但每一种P均为一种核素。
核素的表示AZX。
4. 原子核的能级状态，激发态原子核内部的能量是量子化的，即非连续，可分为基态和激发态，激发态能级不稳定，易发生跃迁释放能量5. 原子核的稳定性，衰变与衰变规律一般而言，质子数和中子数大致相等时原子核是稳定的，而质子数与中子数差别很大时则原子核不稳定。
衰变：原子核自发地放射出α和β等粒子而发生的转变，常见的有β±衰变、α衰变、γ衰变等。
对单个原子核而言，衰变是不确定的；对大量同类原子核而言，衰变是按指数规律进行的，即0e tN Nλ-=6. Alpha 、Beta 、Gamma 衰变Alpha 衰变是指衰变过程中释放出α粒子（He 核，两个中子和两个质子组成）Beta 衰变是指衰变过程中原子核释放出电子（正/负），内部一质子变为中子Gamma 衰变是原子核从较高的激发态跃迁到较低的激发态或基态，释放出γ射线7. 衰变常数、半衰期、平均寿命一个原子核在某一小段时间间隔内发生衰变的几率即为衰变常数λ，其反应的是原子核本身特性，与外界条件无关。
包装材料全书要点总结
第一篇纸包装材料与制品（习题解答）--------------------------------------------------------------------------------第一章1. a原料来源广、生产成本低；b保护性能优良；c加工储运方便；d印刷装潢适性好；e安全卫生；f绿色环保，易于回收处理；g复合加工性能好。
2. 随着科学技术的发展和人类文明的进步，人们对社会的可持续性发展越来越重视。
包装材料作为原料和能源消耗的重要组成部分，尤其是包装废弃物对环境保护带来的重大压力。
使人们在开发包装新材料和新技术的同时，要将包装领域的可持续发展放在首要位置。
绿色包装是实现包装工业可持续性发展的重要途径，即在使用包装材料制造包装制品时，要考虑到包装减量（Reduce）、重复使用（Reuse）、回收利用（Recycle）和再生（Recover），尽量使用可降解材料（Degradable），减少包装带来的环境污染。
3. 包装纸和纸板的种类繁多，根据加工工艺可分为包装纸、包装纸板、加工纸和纸板等大类。
作为包装材料，纸和纸板应该具备各种包装适性，以满足不同商品包装的要求，如外观性能、强度性能、抗弯曲及压缩性能、表面性能、透气与吸收性能、光学性能、适印性能、卫生和化学性能。
第二章1. 纤维是造纸原料中最主要、最基本的植物细胞，细胞壁是由原生质体所分泌的物质形成的。
根据细胞壁形成的先后和结构方面的差异，细胞壁可以分为胞间层(ML)、初生壁(P)和次生壁(S)三个部分。
根据形成顺序，次生壁可分为外层(S1)、中层(S2)和内层(S3)。
次生壁是细胞（纤维）的主体。
化学组成：纤维素、半纤维素、木素和其他化学成分。
纤维素是植物纤维原料最主要的化学成分，增加纸和纸板的强度；保留较高的半纤维素含量，对于提高纸张的裂断长、耐折度、吸收性和不透明性是有利的；保留少量木素可提高纸和纸板的挺度，过多则使纸张发脆，影响白度；其他成分为树脂、果胶质等，它们在纸和纸板中保留较少。
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❖ 5.1.2 镁及其合金 镁的中子吸收截面是铝的1/4，对中子的经济性
来说是很理想的材料，但镁在高温下会与二氧化碳 起作用而被氧化。在冶金及生产上的问题则集中在 防火、抗氧化和增加蠕变强度上。因此使用受到限 制。
镁合金（Magnox Al-80）含0.8%Al、0.020.05%Be, 它有好的抗蚀性和好的机械性能（延展 性）及可焊性，因而被用于英国的用石墨作慢化剂， 二氧化碳为冷却剂, 金属铀为燃料的动力堆中作为 燃料元件的包壳，可用至5000MWd/tU。
6
5.2 锆及其合金
❖ 纯锆是一种银白色，有光泽的延性金属，473K 时理论密度为6.55Mg/m3，熔点为2125K。
❖ 锆在高温下强度高，延性好，中子吸收截面小， 在高温水中抗腐蚀性能好，有较高的导热性和较好 的加工性能，与二氧化铀芯块有较好的相容性。因 此锆合金被广泛地用于动力堆作包壳材料。
0.07- 0.13
Zr-1Nb -
-
-
-
1.1
Zr-2.5Nb -
-
-
-
2.4-
2.8
10
表5-2* 锆合金的常用机械性能：
合金名称
强度极限（MPa） 屈服极限（MPa）
碘化法锆#
180-270
50-130
Zr-2合金## （20oC）
（340oC）
700,510,450 280
527,422,352 225
第五章 包壳材料
5.1 包壳材料简介 5.2 锆及其合金 5.3 锆-4合金 5.3.1锆-4合金堆外性能 5.3.2锆合金包壳制造工艺 5.3.3锆合金包壳堆内行为 5.3.4失水条件下的锆合金 包壳行为
1
包壳材料工作环境
❖ 包壳材料是反应堆安全的第一道屏障。它包容裂变 产物，阻止裂变产物外泄；它是燃料和冷却剂之间 的隔离屏障，避免燃料与冷却剂发生反应；它给芯 块提供了强度和刚度，是燃料棒几何形状的保持者。
2
❖ 包壳材料应具备的条件叙述如下： （1） 具有小的中子吸收截面。 （2） 具有良好的抗辐照损伤能力，并且在快
中子辐照下不要产生强的长寿命核素。 （3） 具有良好的抗腐蚀性能，与燃料及冷却
剂相容性好。 （4） 具有好的强度、塑性及蠕变性能。 （5） 好的导热性能及低的线膨胀系数。 （6） 易于加工，焊接性能好。 （7） 材料容易获得，成本低。
❖
a向5.2X10-6K-1 ，c向7.8X10-6K-1
❖ 锆管平均值：轴向5.6 X10-6K-1，径向6.8 X10-6K-1
❖ （3）热导率 23.7W/mK （473K时）
❖ （4）抗拉强度 334MPa
❖ （5）延伸率 25%
8
❖ 锆的性能
（6）有些性能与加工的原始状态及过程有关； a. 存在织构，织构与拉拔过程有关，不能通过热处 理改变；
部分再结晶退火，完全再结晶退火的性能值； 340℃的数据为部分再结晶退火的性能值。
9
5.2.2 锆合金
常用的锆合金有锆-锡系列及锆-铌系列它们的成分如下：
合金名称 Sn Fe（%） Ni（%） Cr（%） N（%） （%）
Zr-1
2.5 -
---ຫໍສະໝຸດ Zr-21.2- 0.07- 0.03- 0.05- -
1.7 0.2 0.08 0.15
Zr-4
1.2- 0.18- -
1.7 0.24
❖ 它工作在高温高压环境中；暴露于快中子辐照场 下；一边是高温的燃料芯块，一边是冷却剂； 在它 的寿期内承受不断增加的应力。应力一方面来自外 部冷却剂的压力及热应力;另一方面来自内部的燃料 肿胀、裂变气体释放造成的内应力和芯块与包壳相 互作用产生的机械应力等。因此包壳设计非常临界， 对包壳材料的要求非常高。
Zr-4合金（RT）
755
589
（385℃）
450
363
Zr-1Nb合金
320-380
180-250
Zr-2.5Nb合金
400-480
280-350
延伸率（%）
30-50 12,16,28
20 23 25 28-40 22-25
11
❖ * 表5-2 的数据择自原子能出版社的“核动力 用锆合金”
❖ # 碘化法精炼纯锆（30℃）的机械性能。 ❖ ## 20℃时的三个数据分别为消除应力退火，
作包壳材料。因为在快堆中中子经济性不十分严峻，而包壳 材料的高温性能成了主要制约因素。 ❖ 商用动力堆无论是沸水堆、压水堆，还是重水堆都用锆合金 作包壳。
4
❖ 5.1.1 铝及其合金 铝是首先被考虑用作反应堆包壳的。它的中子吸收截面
不是最小的，强度也不高，但因为铝有成熟的工业基础，易 于加工生产，此外它有一定的强度，好的导热性能和在 373K以下较好的抗腐蚀性能。 铝合金常被用于373K以下的，以水作冷却剂，功率较低的， 用于研究、培训及试验的反应堆中作燃料棒的包壳材料。也 作为生产堆的包壳材料。 如401院的重水研究堆（101）、轻水研究堆（492）、微型 中子源反应堆以及CARR堆。 ❖ 常用的铝合金牌号是6061。含1.2%Mg、0.8%Si、 0.4%Cu、0.35%Cr。它具有好的抗腐蚀性和机械强度。
❖ 主要的锆合金有Zr-2， Zr-4， Zr-1Nb， Zr-2.5Nb， 最新发展的锆合金有M5或ZIRLO合金等。
7
锆的性能
❖ （1）存在着两个同素异型结构
❖ 从室温到1135K为α相，密排六方结构 （HCP）
❖ 1135K到2125K为β相，体心立方结构（BCC）
❖ （2）线膨胀系数 4.9X10-6K-1
3
5.1 包壳材料简介
❖ 在热堆中，为了中子的经济性，必须采用中子吸收截面小 的包壳材料。目前只有四种元素可考虑做包壳材料，它们具 有小的中子吸收截面和较高的熔点。它们是： 铝（0.23靶恩）、铍（0.010靶恩）、 镁（0.063靶恩）、锆（0.185靶恩）。
❖ 铝、镁、锆已用于燃料元件包壳，下面我们分别进行讨论。 ❖ 不锈钢以其优异的高温性能和价格优势在快中子增殖堆中用
b. 在573K温度时氢的溶解度只有75ug/g； 在高温下氢溶解于基体中，低温时以ZrH1.5的形
式析出，氢化物析出的方向和数量会影响锆的性能， 而氢化物析出的方向和分布与织构有关；
c. 与氧在高温反应。锆中的杂质元素（氮、碳、氧、 铝等）尤其是氮，即使是微量（0.004%）对锆的抗 氧化性能和抗腐蚀性能影响也很显著。