核工程材料概述
核工程材料概述
核反应堆材料压水堆核电站结构●核电站原理：核裂变释放出的核能，被载热剂一回路水带出，并经过蒸汽发生器使二回路水变成蒸汽，蒸汽再驱动汽轮发电机组进行发电。
●反应堆所用的各种材料在成份、工艺、组织和性能上，都比常规电站材料要求严格第一章绪论●一、. 堆材料在核电站中的作用●反应堆材料在核电站运行中影响反应堆的安全性和机组寿命；●反应堆材料对核电站的建设速度、质量、数量和水平都起到重要的作用。
●在核电站的发展和新堆型的开发中，需要材料科学的发展，以大量材料数据作为基础，开发新材料。
●首先各国反应堆运行经验表明，运行上出现的问题或故障抢修，追究其原因，多半都与材料有关。
●其次，反应堆材料的工况比较复杂，除受温度、压力和腐蚀介质作用外，还受到中子辐照，由此而引起的性能恶化，对安全存在威胁。
●第三，如果堆材料的使用性能与工况要求不相匹配或者余量不足，将会使零、部件失去预定服役效能而引起失效或损坏。
这表明，在设计和建造反应堆过程中，每个部件、每个环节都离不开材料问题。
●第四，从降低成本、延长寿命和改进堆型考虑，必然涉及到合理选材、改进工艺和开发新材料的问题。
●第五，在核电站的定型化、标准化、系列化和商品化的各阶段中，都需要有大量材料数据作基础●二、材料结构●材料结构是指组成材料的原子（或离子、分子）相互结合的方式或构成的形式以及结构要素按一定次序的组合、排列及相互间的各种联系。
●三、材料结构的具体内容● 1.组成材料的原子（或离子、分子）的构造● 2.组成材料的原子（或离子、分子）间的结合● 3.组成材料的原子（或离子、分子）的排列● 4.材料结构内存在的缺陷●四、材料的性能● 1.材料的性能是材料结构反作用于环境的能力● 2.材料的性能是由材料结构所决定的● 3.材料性能具有多面性● 4.材料性能是可以改变的原子——晶格——晶粒——相——组织——金属材料。
1.燃料（核裂变材料）✓压水堆核电站燃料用的是UO2陶瓷材料。
核聚变结构材料
核聚变结构材料
核聚变结构材料是指用于核聚变反应的反应堆中的材料。
核聚变是一种将轻元素合成成重元素的核反应过程，同时释放出大量的能量。
在核聚变反应堆中，需要使用能够承受高温、高辐射和高能量流密度的材料。
常见的核聚变结构材料包括以下几种：
1. 金属材料：金属材料常用于反应堆的结构件，如支撑结构、冷却管道等。
常见的金属材料包括钢、铁、铝等。
这些金属材料具有良好的机械性能和热传导性能，能够承受高温和辐射。
2. 石墨材料：石墨是一种具有良好热传导性能和辐射抵抗性能的材料。
石墨常用于反应堆的中子减速剂和中子反射层，能够降低反应堆中的中子速度和增加反应堆的热效应。
3. 陶瓷材料：陶瓷材料常用于反应堆中的包层和润滑材料。
陶瓷具有良好的辐射抵抗性能和耐高温性能，能够有效隔离反应堆中的高温和辐射。
4. 其他特殊材料：除了上述常见材料外，还有一些特殊的材料用于核聚变结构，如氢化物材料、氘化物材料等。
这些材料在核聚变反应过程中能够稳定地储存氫和氘，保证反应过程的稳定性和效率。
总的来说，核聚变结构材料需要具备辐射抵抗性能、耐高温性能、热传导性能和机械稳定性能等特点，以确保核聚变反应堆的安全运行和高效能产生能量。
第一讲 核工程中的石墨和炭素
➢ 1.5 炭素材料在高温气冷堆中的应用 ➢ 1.5.1 高温气冷堆包覆燃料颗粒
核安全是核能发展的前提,核安全问题主要源于核裂变 产生的放射性裂变产物,特别是气态放射性裂变产物.解决 放射性裂变产物释放的途径是把它们约束在其产生的地方, 或引出反应堆外,用适当的办法加以收集约束.高温气冷堆 发展初期的构思是把它们引出堆芯(如龙堆)或用双层密封 壳把反应堆密封起来(如AVR堆).前者需要使用细长的不渗 石墨管,制造这种石墨管技术难度大,可靠性差,后者需要很 大的投资,且只能降低放射性裂变产物事故释放的几率,不 能排除放射性裂变产物释放.
在生产堆中,也发现石墨因辐照而膨胀的现象,因此在 反应堆堆芯结构设计中,必须予以必要的考虑.
➢ 1.3.2 高温气冷堆用石墨
商用核电站的另一技术路线是水慢化和冷却反应堆.在 这两种反应堆堆型的竞争中,气冷堆败北,但在气冷堆基础 上研究和发展出来的高温气冷堆,却展现出诱人的发展前 景.高温气冷堆采用石墨堆芯结构材料;全陶瓷燃料元件和 He冷却剂,独特的材料组合赋予这种堆以冷却剂出口温度 高(达1000℃),固有安全性好的特点.冷却剂出口温度高可 以大大地提高核能发电的效率(由于水的临界点的限制,水 冷反应堆核电站的发电效率只能达到33%左右,蒸汽循环 高温气冷堆的发电效率在40%左右,He透平直接循环的发 电效率可以达到50%左右).
➢ 制造原子弹的核炸药有两种:一种是铀的易裂变同位素 铀-235,另一种是钚-239,铀-235在天然铀中含量只有 0.71%,为了作为核炸药使用,必须把它与占天然铀约98.2% 的不易裂变同位素铀-238分开.因为同位素的化学性质相 同,不能用化学的办法使之分离,只能利用它们之间的微小 质量差别,用物理的办法把它们分离开,这在技术上是十分 困难的.
核电金属材料手册
核电金属材料手册引言：核能作为清洁、高效的能源形式，在国际上被广泛应用和发展。
核电站作为核能的主要利用形式，其结构及材料的安全和可靠性显得尤为重要。
本手册将详细介绍核电站中常用的金属材料，包括钢材、铜材以及其他多种辅助材料，以期为核电工程师提供参考。
一、钢材1.不锈钢：不锈钢是一种重要的结构材料，其具有良好的耐腐蚀性和机械性能，同时还有较好的加工性能。
在核电站中，不锈钢常用于制作反应堆容器、反应堆压力容器等关键部件。
2.碳钢：碳钢是一种常用的结构材料，由于其较低的成本和较好的机械性能，在核电站中也得到广泛应用。
碳钢适用于制作建筑结构、泵和风机设备等。
3.低合金钢：低合金钢是一种优质的结构钢材，在核电站中也被广泛使用。
低合金钢具有较高的强度和韧性，能够满足核电站在高温和高压环境下的使用要求。
二、铜材铜是一种重要的导电材料，在核电站中常用于制作输电线路、电缆和电气设备等。
铜具有优良的导电性和热传导性，能够满足核电站对电气设备的高要求。
三、其他辅助材料1.铝合金：铝合金是一种轻质高强度的金属材料，广泛应用于核电站中的非结构部件。
铝合金具有良好的耐腐蚀性和机械性能，在核电站中用于制作散热器、管道以及其他辅助设备。
2.镍基合金：镍基合金是一种耐高温、耐腐蚀的材料，具有超强的抗氧化和耐热性能，被广泛应用于核电站的高温部件中，如燃料管、燃料棒和燃气环等。
3.铝材料：铝是一种常用的结构材料，具有良好的机械性能和抗腐蚀性能。
在核电站中，铝材料常用于制作反应堆的外壳、密封部件和其他结构件。
总结：核电站中的金属材料在保证反应堆的安全和可靠运行方面起到了重要作用。
本手册介绍了核电站中常用的金属材料，包括钢材、铜材以及其他辅助材料。
这些材料具有一定的特点和适用范围，在核电工程师进行材料选择和设计时提供了重要参考。
在未来的核电发展中，还需要不断研发新型的金属材料，以满足核能的不断创新和发展需求。
核材料有哪些
核材料有哪些核材料是指能够产生核反应并释放出核能的物质。
核材料在能源领域具有重要的应用价值，可以用于核能发电、核武器制造、医疗诊断和治疗等领域。
下面将介绍一些常见的核材料。
1. 铀（Uranium）：铀是自然界中含量较为丰富的核材料之一。
铀可以分为两种同位素，即铀-235和铀-238。
铀-235是一种裂变性核材料，可以用于核能发电和核武器制造。
铀-238则主要用于生产钚-239，作为核武器的次级燃料。
2. 钚（Plutonium）：钚是一种人工合成的放射性元素，用一种裂变性核材料，可以用于制造核武器和核能发电。
钚-239是最常见的钚同位素，具有很高的裂变性和燃烧性能。
3. 氚（Tritium）：氚是氢的同位素之一，是一种放射性核材料。
氚广泛应用于核武器、核能发电和核聚变研究中，它可以用于增强核武器的爆炸威力，也可以用于制造氚氘燃料并参与核聚变反应。
4. 铀-235和铀-238混合氧化物（MOX，Mixed-Oxide）燃料：MOX燃料是一种将铀-235和铀-238混合在一起的核燃料，可以用于核能发电。
铀-235的含量较低，但具有较高的裂变性能，而铀-238的激发裂变截面较低，具有较高的冷中子效应。
MOX燃料可以提高核能发电的效率和燃料利用率。
5. 铀-233和钍-232混合氧化物（ThMOX）燃料：ThMOX燃料是一种将铀-233和钍-232混合在一起的核燃料，也可以用于核能发电。
铀-233是一个可裂变物质，可以被中子激发裂变，释放出更多的中子和能量。
钍-232是一种繁殖材料，可以经过中子激发产生铀-233。
ThMOX燃料可以实现燃料自繁殖循环，提高核能发电的可持续性和燃料利用率。
除了上述提到的核材料，还有其他一些核材料，如钚-241、镅（Americium）、镅-255等，它们在核能发电、核武器制造和科学研究中发挥着重要作用。
总的来说，核材料是一种具有放射性和核能释放能力的物质，包括铀、钚、氚等，它们在能源、军事、医疗等领域具有广泛的应用和重要的科学研究价值。
核材料科学与工程
核材料科学与工程是一门研究核材料结构、性能、制备、加工、分析和应用的学科。
核材料包括铀、钚、镅等放射性元素及其化合物，是核能、核医学、核电站、核武器等领域的重要材料。
核材料科学与工程涉及多个学科领域，如物理学、化学、材料科学、工程学等。
其主要研究内容包括：核材料的结构和性质、核材料的制备和加工技术、核材料的分析和测试技术、核材料的应用等。
核材料科学与工程的研究成果广泛应用于核能、核医学、核电站、核武器等领域。
例如，核反应堆中使用的燃料棒、控制棒、反应堆压力容器等都是核材料制成的。
同时，核材料还广泛应用于医学领域，如放射性同位素的应用、PET成像技术等。
在核材料科学与工程领域，研究人员需要具备扎实的物理学、化学、材料科学和工程学等学科基础知识，同时还需要具备严谨的实验技能和创新意识。
在研究过程中，研究人员需要遵守相关的安全规定和伦理准则，确保研究工作的安全和合法性。
总之，核材料科学与工程是一门重要的学科，其研究成果对于人类社会的发展和进步具有重要的意义。
核工程中的炭素材料
核工程中的炭素材料
1 炭素材料
炭素材料是指以碳为基础的各种材料，它们一般有来源于煤炭、
石油或植物物质的结构性炭化物，包括金属纳米管、碳纳米管、全碳
纳米管、碳纤维、炭鳞片状碳和木基炭等，具有优良的物理化学性能。
它们应用于国防、航空航天、轻工材料和医药领域等众多领域，为社
会发展提供了重要的动力。
2 核工程中的炭素材料
炭素材料在核工程中发挥着重要的作用，由于其能够抵抗核辐射
的集结、吸收和存储，因此可以将其用于核反应器的冷却系统中，从
而将反应堆和燃料元件保持在低温状态。
此外，炭素材料也可以用于
太阳能发电装置、空气滤清器和生物细胞研究装置等，在核能发电、
核中子散射成像等应用中都发挥着重要的作用。
3 炭素材料的优势
炭素材料的结构特点具有以下特点：具有良好的热导性能，可用
于热管理；具有优异的电化学稳定性和机械强度，可以作为储能系统
的关键部件；具有较高的抗腐蚀性和磁隔离性能；其体积密度低，拥
有较高的热阻性能，可以有效降低热量损失；它还具有可控张力，可
以用于机械脉动和振动控制；可以实现细胞干接极，有利于高能物理
和医学成像研究；它还具有良好的双向可控膨胀性和快速反应时间，
可以实现连续的检测和检测，因此可以实现控制，因此可以实现实时反馈，避免系统中发生危险。
综上所述，炭素材料在核工程中发挥着重要的作用，具有多方面的优势，能够满足多个领域的用途，为社会提供重要的支持和服务。
辐射四材料
辐射四材料
辐射四材料是指在核能产业中常用的四种材料，它们分别是铅、钚、铀和钠。
1. 铅（Pb）：铅是一种常见的重金属，具有很高的密度和吸
收辐射能力。
在核反应堆中，铅被用作反应堆压力容器和冷却剂的屏蔽材料，能够有效地吸收和减缓中子的能量，从而减少辐射危害。
2. 钚（Pu）：钚是一种放射性元素，是炸弹和核反应堆燃料
中常用的核燃料。
钚的裂变能力非常高，可以产生大量的能量。
然而，钚也是一种高度放射性的物质，具有较长的半衰期，因此需要进行适当的储存和处置。
3. 铀（U）：铀是一种广泛存在的自然放射性元素，是核燃料
的主要成分之一。
铀在核反应堆内可以裂变产生能量，并通过控制链式反应来维持核反应堆的运行。
然而，铀也是一种高度放射性的物质，需要进行适当的处理和处置，以防止辐射泄漏。
4. 钠（Na）：钠是一种常见的金属元素，常用于快中子反应
堆的冷却剂。
钠在高温下能够有效地传递热量，其在冷却剂循环中通过吸收和释放热量来控制反应堆温度。
然而，钠也是一种高度反应性的物质，与水反应会产生氢气等副产品，需要采取相应的安全措施。
核电站设备主要金属材料
1.核岛用金属材料概述不同堆型，其结构和用途虽有所不同，但在实现核裂变反应和可控制的过程是相同的，都需要燃料元件、堆内构件、控制棒、反射层、冷却剂和慢化剂（快堆除外）以及包容他们的压力容器或压力管道等，因而需要各种各样的材料来制作相关部件，以实现核能向热能、热能向电能的安全、高效率的转化。
按照相关设备部件服役工况或使用功能的不同，核电设备可分为核一级、核二级、核三级和非核级。
有核级要求的设备，一般即称其所用材料为核电关键材料。
核电常用的关键材料大体可分为碳钢、不锈钢和特殊合金；若进一步细分，则有碳（锰）钢、低合金钢、不锈钢、锆合金、钛铝合金和镍基合金等，按品种则有铸锻件、板、管、圆钢、焊材等等。
核反应堆的发展，从一开始就包括了材料的开发与优化，材料的发展决定了其发展情况。
因为核电具有新的热传导条件及特殊的环境条件，如辐照或冷却剂腐蚀等，要求所用材料必须能适合于这些应用条件；强调材料的另一个原因，是核电站系统比常规电站有更高的安全要求。
由于我国目前主要是建造第二代成熟的1000MW压水堆核电站、通过技术引进并吸收国外先进技术以发展先进的第三代1000MW级压水堆核电站。
因此，本讲义以压水堆核电站为例，对其不同设备的用材做一简单介绍。
在压水堆核岛中，主要设备除反应堆及压力容器外，还有蒸汽发生器、冷却剂主泵机组、稳压器及主管道等。
由于这些部件在核岛内的位置、作用和工况不同，故材料的使用要求和环境条件也不尽相同，不同程度地存在辐照或酸腐蚀等；不仅要考虑常规的一些要求（如强度、韧性、焊接性能和冷热加工性能），而且须考虑辐照带来的组织、性能、尺寸等变化，如晶间腐蚀，应力腐蚀和低应力脆断、以及材料间的相容性、与介质的相容性，以及经济可行性等。
为便于从它们的服役特点中理解每个部件的功能、选择依据，下面将压水反应堆核岛内重要金属部件的工况、要求以及他们的所用材料体系简述如下。
1.1压水堆零/部件用金属材料1.1.1包壳材料包壳，是指装载燃料芯体的密封外壳。
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。
核材料有哪些
核材料有哪些
核材料是指在核能工业中使用的物质，主要包括核燃料、核裂变产物、核裂变
产物、核辐射吸收剂等。
核材料的种类很多，下面将对常见的核材料进行介绍。
首先，核燃料是指用于核反应堆中的燃料物质，主要包括铀、钚等。
其中，铀
是最常见的核燃料，其同位素铀-235是目前主要用于核能发电的燃料。
铀-235的
裂变反应释放出大量的能量，用于驱动发电机发电。
除了铀之外，钚也是一种重要的核燃料，它可以通过中子俘获转变成钚-239，用于核武器或者混合氧化铀钚燃料。
其次，核裂变产物是指核裂变反应中产生的放射性物质，主要包括锕系元素、
锕系元素、锕系元素等。
这些核裂变产物对人体和环境都具有一定的危害，因此在核能工业中需要进行严格的控制和处理。
另外，核裂变产物是指核裂变反应中产生的放射性物质，主要包括锕系元素、
锕系元素、锕系元素等。
这些核裂变产物对人体和环境都具有一定的危害，因此在核能工业中需要进行严格的控制和处理。
此外，核辐射吸收剂是指用于吸收中子或者其他放射性粒子的物质，主要包括硼、铁等。
这些物质可以用于调节核反应堆中的中子流量，控制核反应的速率。
总的来说，核材料是核能工业中不可或缺的物质，它们在核反应堆中发挥着至
关重要的作用。
然而，由于核材料的特殊性质，对其使用和处理需要严格的控制和管理，以确保人体和环境的安全。
希望未来能够通过科学技术的进步，找到更加安全和高效的核材料，推动核能工业的可持续发展。
核电关键材料范文
核电关键材料范文一、反应堆材料1.燃料元素：核电站的燃料元素主要是铀、铀-钚和铀-铀燃料。
这些燃料元素需要具备高温抗辐射、稳定性和易于加工的特点。
此外，还需要考虑核燃料的回收和处理问题。
2.燃料包壳：燃料包壳是保护燃料元素的关键组件，需要具备高温抗辐射和耐腐蚀的特点。
常用的包壳材料有锆合金、不锈钢和镍基合金。
3.反应堆压力容器：反应堆压力容器是核电站的核心组件，负责容纳反应堆燃料和冷却剂，并承受高温和高压。
常用的压力容器材料有低合金钢和不锈钢。
二、冷却剂材料1.轻水反应堆：轻水反应堆使用水作为冷却剂，因此需要具备耐高温和高压的特性。
常用的材料有不锈钢、钛合金和镍基合金。
2.重水反应堆：重水反应堆使用重水作为冷却剂，因此需要具备耐腐蚀和抑制中子吸收的特性。
常用的材料有铝合金、锆合金和镍基合金。
三、辅助设备材料1.冷却塔：冷却塔用于将核电站中发热的冷却剂冷却至环境温度。
常用的材料有水泥、钢筋和玻璃钢。
2.控制棒：控制棒用于控制核反应堆的输出功率，需要具备较高的耐辐射性和热导性能。
常用的材料有铜-铌合金、不锈钢和锆合金。
未来的发展趋势：1.开发高温材料：随着核电站的发展，对高温材料的需求也越来越大。
目前正在研发的高温材料主要包括碳化硅、碳化钨和氮化硼等。
2.创新防腐材料：核电站中的材料容易受到腐蚀，因此需要开发新的防腐材料。
目前的研究方向包括氧化铝涂层、陶瓷材料和高温合金等。
3.提高材料性能：随着科技的进步，可以通过改变材料的原子结构和添加适量的合金元素来提高其性能，例如提高材料的强度、导热性和耐辐射性。
总之，核电关键材料是实现核能产生和控制的基础，对核电站的运行稳定性和安全性起着关键作用。
随着核能的广泛应用和技术的不断进步，核电关键材料的研究和开发将成为核能领域的重要课题。
《核工程概论》第3章 核反应堆结构和材料
3.3 反应堆堆内构件
下栅板组件
下栅板组件由吊篮底板、流量分配板、堆芯下栅 板和可调整的支撑柱组成。
堆芯的燃料组件直立在堆芯下栅板上，每个燃料 组件下端的定位销孔与堆芯下栅板上的定位销相 配，使燃料组件在堆芯内精确定位。
下栅板上开有许多流水孔道，以保证水流过燃料 元件。根据热工水力要求，在堆芯下栅板与吊篮 底板之间设有流量分配板，以使冷却剂按一定流 量分配要求去冷却燃料元件。
堆芯具有很高的功率密度，为防止元件过热，必 须保证元件棒能获得充分冷却，同时还必须限制 堆内燃料元件的最大表面热流密度，实践中通常 限定燃料元件棒单位长度发热率。
3.4 燃料组件
燃料芯块
燃料芯块设计要综合考虑 物理、热工、结构等方面 的因素，燃料芯块由低富 集度的UO2粉末经冷压后 烧结而成，经滚磨成一定 尺寸的圆柱体。由于芯块 在高温和辐照作用下会发 生不均匀肿胀，使燃料芯 块形成沙漏形，从而使燃 料元件变成竹节状。
目前电站压水堆普遍采用 17×17排列的燃料组件， 每 个 组 件 由 289 个 栅 元 ， 设有24根控制棒导向管和 一根堆内中子通量测量管， 其 余 264 个 栅 元 装 有 燃 料 棒。整个棒束沿高度方向 设有8~10层弹簧定位格架， 将元件棒按一定间距定位 并构成一束。
3.4 燃料组件
3.2 反应堆压力容器
当前压水堆的压力容器材料普遍选用低合金钢。 低合金钢及其焊缝在快中子积分通量大于1018cm2 的辐照后，脆性转变温度明显升高，这是危及反 应堆压力容器安全性的重要因素。改善低合金钢 抗辐照脆化能量的措施有：严格限制铜和磷的含 量，添加少量铝、钒、铬、铂、镍等元素。
反应堆压力容器是由容器本体以及双头螺栓连接 的反应堆容器顶盖组成。反应堆容器是由低合金 锻钢环形锻件焊接而成。反应堆压力容器包容堆 内构件、堆芯，以及作为冷却剂和慢化剂的水。 为防止锈蚀，凡与水接触的容器内表面都堆焊不 锈钢覆面层。
核工程材料
密排六方晶格 （HCP）
❖ 结构特点：在密排六方品格中，金属原子分布在六角晶脑 的12个顶角上、上下底面的中心和两底面之间3个均匀分 布的空隙中
❖ （1）晶胞原子数为6个 ❖ （2）晶格常数a,c；最小原子间距为a
❖ Mg,Cd,Be,C属于HCP
金属中的晶体缺陷
1.点缺陷 产生原因：具有足够高能量的原子有可能克服周 围原子的束缚，脱离正常的结点位置，移到晶体 表面、界面或点阵间隙位置上，在原来的结点位 置留下空位。高能粒子（如快中子）的辐照也会 使金属晶体内产生空位和间隙原子，获得巨大能 量的原子甚至可再促使其它原子脱位。
➢一般来讲，滑移总是在原子排列最紧密的 晶面上沿着此面中原子排列最紧密的晶向 发生。
第三章 材料的基本性能
• 一、材料的加工工艺性能 • 1.材料的铸造性能：主要包括流动性；收
缩性 • 2.材料的锻造性能：主要包括塑性与变形
抗力
• 3.材料的焊接性能：以碳当量衡量 • Ce=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/
• 2. 线缺陷
• 线缺陷：在一维方向有较大尺度，而在另外二维方向上尺 寸很小的缺陷是线缺陷。晶体的一部分相对于另一个部分 发生了原子的错排，这种缺陷的基本形式是刃型位错和螺 型位错
• 刃型位错：它可以看成是在某一晶体水平面以上，多出了 一排与之垂直的晶面（或在其下方少了一排原子面），因 其形状犹如在晶体中切入一刀刃而得名。
堆材料体系
1.燃料（核裂变材料） 2.包壳材料（也称元件包壳） 3.反应堆压力容器材料 4.回路材料 5. 蒸发器材料 6.控制材料 7.安全壳 8.慢化材料 9.冷却剂材料 10.反射材料
核电材料
贫化理论的沿晶界腐蚀模型
应力腐蚀
应力腐蚀
定义：
受一定拉伸应力作用的金属材料在某些特定的介
质中，由于腐蚀介质和应力的协同作用而发生的 脆性断裂现象。
应力腐蚀
SCC需要同时具备三个条件:
(1) 敏感的金属材料 (2) 特定的腐蚀介质
(3) 足够大的拉伸应力
特定的材料：不存在应力时，单纯的腐蚀作用？No 不存在腐蚀时，单纯的应力作用？No
6、核废料
贫铀炸弹
将核废料制作成合金，它具有高密度(钢密度的2.4 倍) ，高强度及高硬度，穿甲性能优良。 易爆性，除了弹头外，还会添加到炸药中。燃烧生 成的铀氧化物烟雾可传至40公里以外，吸入人体后 会重金属中毒。
2、包壳材料
熔点为2125K
各元素的中子吸收面积
2、包壳材料
如何提高锆的抗腐蚀性
腐蚀机理：
减少阴离子空位
减少O的扩散
氧离子沿着膜中阴离子空穿过氧化膜到达金属表面 电子从金属表面向外运动，使氧化膜在金属和氧化膜界面处生长。
2、包壳材料
氮、碳等杂质元素，即使是微量也对锆的抗蚀性能的影 响也很显著。其中以氮最为有害。Zr的氧化是通过氧的 扩散进行的，氮离子(N3-)置换氧化锆中的氧离子(O2-)， 同时产生附加的空位，增加了氧的扩散速率，从而使氧 化加剧。
• 结构材料在反应堆内受中子辐照后产生的主要效应 有： （1）电离效应 （2）嬗变效应 受撞原子核吸收一个中子变成另外原子的核反应。 （3）离位效应 中子与原子核碰撞时，若中子传递给原子的能量足 够大，原子将脱离点阵节点留下一个空位。 （4）离位峰中的相变 有序合金在辐照时转变为无序相或非晶态相。
A、诱发辐射
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
核反应堆材料压水堆核电站结构●核电站原理：核裂变释放出的核能，被载热剂一回路水带出，并经过蒸汽发生器使二回路水变成蒸汽，蒸汽再驱动汽轮发电机组进行发电。
●反应堆所用的各种材料在成份、工艺、组织和性能上，都比常规电站材料要求严格第一章绪论●一、. 堆材料在核电站中的作用●反应堆材料在核电站运行中影响反应堆的安全性和机组寿命；●反应堆材料对核电站的建设速度、质量、数量和水平都起到重要的作用。
●在核电站的发展和新堆型的开发中，需要材料科学的发展，以大量材料数据作为基础，开发新材料。
●首先各国反应堆运行经验表明，运行上出现的问题或故障抢修，追究其原因，多半都与材料有关。
●其次，反应堆材料的工况比较复杂，除受温度、压力和腐蚀介质作用外，还受到中子辐照，由此而引起的性能恶化，对安全存在威胁。
●第三，如果堆材料的使用性能与工况要求不相匹配或者余量不足，将会使零、部件失去预定服役效能而引起失效或损坏。
这表明，在设计和建造反应堆过程中，每个部件、每个环节都离不开材料问题。
●第四，从降低成本、延长寿命和改进堆型考虑，必然涉及到合理选材、改进工艺和开发新材料的问题。
●第五，在核电站的定型化、标准化、系列化和商品化的各阶段中，都需要有大量材料数据作基础●二、材料结构●材料结构是指组成材料的原子（或离子、分子）相互结合的方式或构成的形式以及结构要素按一定次序的组合、排列及相互间的各种联系。
●三、材料结构的具体内容● 1.组成材料的原子（或离子、分子）的构造● 2.组成材料的原子（或离子、分子）间的结合● 3.组成材料的原子（或离子、分子）的排列● 4.材料结构内存在的缺陷●四、材料的性能● 1.材料的性能是材料结构反作用于环境的能力● 2.材料的性能是由材料结构所决定的● 3.材料性能具有多面性● 4.材料性能是可以改变的原子——晶格——晶粒——相——组织——金属材料。
1.燃料（核裂变材料）✓压水堆核电站燃料用的是UO2陶瓷材料。
➢耐高温➢在铀的氧化物中密度最高➢抗蚀➢抗肿胀燃料（核裂变材料）✓燃料组件➢先将UO2烧结成圆柱形芯块，再封装在锆－4合金管内组成元件。
然后将元件以n×n组排方式定位在方形格架内➢反应堆的裂变场所，即活性区就是由许许多多燃料组件排列而成2.包壳材料（也称元件包壳）➢燃料包壳管是反应堆的第一道安全屏障。
➢作用:➢保护燃料不受冷却剂浸蚀➢防止裂变产物进人冷却剂回路。
包壳材料（也称元件包壳）➢材料应具备下列性能：➢(1)中子吸收截面小，导热率好；➢(2) 强度高，塑韧性好，耐蚀性强、对应力腐蚀不敏感；➢(3)热强性、热稳定性和抗辐照性能好。
➢PWR元件包壳采用锆合金:➢中子吸收截面小➢在300℃下具有优良的机械性能和抗水的腐蚀能力3.反应堆压力容器材料➢压力容器是核电站的第二道安全屏障的一部分。
➢作用之一是在元件一旦破损时，保证放射性物质或气体仍保留在一回路系统内。
➢广泛采用MnMoNi钢A508a，为防止腐蚀，其内壁堆焊了一层或两层不锈钢里衬。
4.回路材料●PWR核电站回路系统包括：反应堆、蒸汽发生器、主泵、稳定器和回路管道等(统称核岛)。
●一回路对反应堆安全十分重要,为防止破坏引起失水事故(LOCA),一回路管道材料应满足下列要求：●(1)抗应力腐蚀、抗晶间腐蚀和抗均匀腐蚀能力强●(2)高、低温强度和塑韧性好●(3)焊接和铸造性能好●二回路材料与常规电站大体相同●低合金钢或2.25Cr-Mo钢5. 蒸发器材料●蒸汽发生器结构主要由筒体、管板、水室、汽水分离器、干燥器和倒U形传热管组成。
●U形管是主要传热构件，多达几千根，总长约70－110公里，以备泄漏的管子堵塞后，即使在寿期内有上千根停用，仍有足够的传热面积。
●因此传热管材料需具备：●（1）导热性能好、热膨胀系数小；●（2）抗应力腐蚀能力强；●（3）热强性、热稳定性和焊接性能良好；●（4）塑韧性好，以便制管、弯管和胀管的加工。
●PWR蒸汽发生器传热管早期用In-600，后改用Incolog-800或In-6906.控制材料●控制材料的特点是中子吸收截面大，如B4C、Hf、Cd等。
●主要用作控制棒、化学控制和可燃毒物。
●反应堆的功率调节、后备反应性的储备以及开堆、停堆等都需要用控制材料制成的控制棒、调节棒、可燃毒物等来实现。
7.安全壳●安全壳是核电站的第三道安全屏障。
●目的：防止当发生强烈地震或失水等严重事故时，保证放射性物质全部保持在安全壳内，不外逸污染环境。
●安全壳的组装、焊接是现场进行的，而且体积庞大，焊后难以进行热处理。
●要求材料焊接性能好、杂质少、强度高，塑韧性好。
●安全壳材料国外多采用SA516和SA517钢或16Mn钢，也有采用高强度A543钢的。
8.慢化材料●目的：将裂变放出的快中子慢化成热中子，以便U235吸收发生核裂变。
●方法：靠非弹性碰撞降低快中子能量。
●慢化材料的特性：质量轻、中子散射截面大，所以多用轻水、重水和石墨等。
9.冷却剂材料●冷却剂是将核能传给二回水路水的载热剂。
●冷却剂性能：导热好，比热大、流动性好和腐蚀性小。
●常用的冷却剂：轻水、重水、He、CO2和液体金属等。
●压水堆冷却剂与慢化剂合一共用轻水。
10.反射材料●反射材料的作用：●减少中子损失，尽量使活性区边界逸出的中子反弹回堆芯。
●材料要求：中子散射截面大，吸收截面小，散射截面大，意味着与中子碰撞机会多，于是中子回弹到堆芯的几率也大。
●除常用的慢化剂、冷却剂可作反射层材料外，石墨、铍和氧化铍也是较好的反射材料11.屏蔽材料●屏蔽分射线屏蔽、中子屏蔽和热屏蔽三种。
●射线屏蔽主要靠密度大的材料，比如铅、重混凝土可屏蔽高能射线。
●中子屏蔽用轻质材料，比如轻水、石墨和石蜡等。
●热屏蔽用空心腔不锈钢弧型瓦或增厚吊栏或增大压力容器与堆芯之间的距离达到隔热目的。
七. 反应堆材料的性能要求1. 机械性能●强度、塑韧性和热强性高，缺口敏感性和晶体长大倾向性小。
2.工艺性能●冶炼、铸造、煅压、冷加工和焊接性能都应良好；淬透性大，无时效、回火脆性和二次硬化以及延迟脆性等倾向。
3.经济性●工艺简单易行，原材料来源方便，制造成本低廉。
4.核性能●为减少中子消耗、降低235U的临界质量和浓度，除控制材料外，堆芯所有结构材料的中子吸收截面都应该小；●为减少放射性危害，活化截面也应该小，含长半衰期元素少，比如钴。
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。
第二章金属学基础知识一、纯金属的晶体结构晶体和非晶体两大类本质区别为：☆构成晶体的原子、分子或原子集团在空间是按一定的几何规律规则排列的，因而晶体具有一定的熔点，且具有各向异性的特点。
绝大多数的工程材料，如金属及其合金、陶瓷等，天然的岩石、矿物都是晶体。
☆非晶体中的质点是无规排列的，如多数的玻璃和聚合物。
基本概念：1）阵点或结点:由晶体中原子抽象而成的几何点。
2）平面点阵：阵点在一个平面上规则的排列方式3）空间点阵:规则分布于三维空间中的阵点所组成的空间图形4）晶格:用一系列平行线将阵点连接起来，构成空间的格架。
5）晶胞：表示空间点阵几何规律的基本空间单元，一般取最小平行六面体。
6）点阵参数：三条棱边长a、b、c及三个夹角α、β、γ，只要确定了6个参数，阵点在空间的分布规律就完全确定了。
7）晶粒：排列位向相同的无数个晶胞的聚合体称为晶粒。
纯金属通常是由许多取向不同的晶粒组成的，故称为多晶体。
8）晶界：多晶体中晶粒之间边界称为晶界。
为研究方便，把金属原子看作球形，并人为规定与临近的原子是相切的，并将球的半径规定为原子半径二、实际金属的晶体结构实际金属结构因金属在凝固、形变、再结晶或同素异型变时，会使原子排列的规律性，在局部区域遭受破坏，从而产生晶格缺陷。
实际晶粒是由许多尺寸很小、位向差不大的微晶块相互镶嵌而成。
亚结构、亚晶、亚晶界所以，实际金属的晶体结构，尽管从整体上看，原子排列仍保持着它固有的规律性，但在局部微区，存在有各式各样的晶体缺陷，（位错、孪晶和堆垛层错等）基本概念：1）阵点或结点:由晶体中原子抽象而成的几何点。
2）平面点阵：阵点在一个平面上规则的排列方式三、金属的典型晶胞结构☆面心立方晶胞（FCC或A1)❖结构特点：（1）晶胞原子数：一个品胞中所包含的原子数目，为4个（2）点阵常数a，最小原子间距为❖耐热合金多采用FCC结构的奥氏体为基体。
❖铝，奥氏体不锈钢，镍基合金，Ag-In-Cd均属于FCC体心立方晶胞（BCC或A2)❖结构特点：❖（1）晶胞原子数为2个❖（2）点阵常数a，最小原子间距为❖Cr、Mo、V属此种晶格密排六方晶格（HCP）❖结构特点：在密排六方品格中，金属原子分布在六角晶脑的12个顶角上、上下底面的中心和两底面之间3个均匀分布的空隙中❖（1）晶胞原子数为6个❖（2）晶格常数a,c；最小原子间距为a❖Mg,Cd,Be,C属于HCP四、金属中的晶体缺陷1.点缺陷产生原因：具有足够高能量的原子有可能克服周围原子的束缚，脱离正常的结点位置，移到晶体表面、界面或点阵间隙位置上，在原来的结点位置留下空位。
高能粒子（如快中子）的辐照也会使金属晶体内产生空位和间隙原子，获得巨大能量的原子甚至可再促使其它原子脱位。
• 2. 线缺陷•线缺陷：在一维方向有较大尺度，而在另外二维方向上尺寸很小的缺陷是线缺陷。
晶体的一部分相对于另一个部分发生了原子的错排，这种缺陷的基本形式是刃型位错和螺型位错•刃型位错：它可以看成是在某一晶体水平面以上，多出了一排与之垂直的晶面（或在其下方少了一排原子面），因其形状犹如在晶体中切入一刀刃而得名△当多余原子面在晶体上半部，称正位错，以符号“┴”表示，反之称负位错，记为“┬”。
•螺型位错：•特点是晶体一侧的上下两部分相对错移一个原子间距。
•俯视图在ＡＤ线附近的上下层原子不能对齐而呈螺旋形的排列，故有螺型位错之称，ＡＤ称为位错线。
• 3 面缺陷：晶界、相界、孪晶界、亚晶界和堆垛层错等缺陷的尺寸都是二维的，所以是晶体中面缺陷的实例。
1）晶界：相邻晶粒之间具有一定宽度的过渡界面，厚度约2~10个原子间距的过渡层。
易容纳位错和点缺陷2）相界具有不同性质的相或不同晶胞结构的晶体之间的分界面称为相界。
相界面依其匹配的规则程度分为共格、半共格和非共格三种。
3）孪晶界：当两个晶体的位向以一个公共晶界面呈镜面对称关系时，称为孪晶界，共格孪晶面是一种特殊的大角度晶界，其界面上点阵自然地完全匹配，不存在点阵畸变，但也有孪晶界不与晶界面相重合的情况，称此为非共格孪晶界。