核电关键材料
大型压水堆核电站
水核
关键结构材料与工程应用技术
2007.8.16
一、项目背景和意义
{国家核电战略与规划
{中国核电现状与发展策略
{核电行业迫切需求
国家核电战略与规划
{国家核电战略调整：适度发展→积极发展
达到
2030，达到16%世界平均水平
2020，装机约40000MW，核电比例达到4%
(新建30多个反应堆，每年平均2-3座)
目前，装机约7000MW，9个反应堆
世界能源趋势
核电是唯一能大规模替代化石能源的成熟技术
Source:World Energy Council, Reference Scenario
我国核电产业和技术现状
{10个反应堆在建
{十几个核电站在规划
{总投资超过4000亿元
{技术起步晚，差距大
{可设计30、60万千瓦
{可建造30万千瓦
部分关键设备国外技术
{部分关键设备国外技术、
国内制造
{关键材料全部进口
核电自主化战略
{发展期：以我为主，中外合作
自主化目标：自主设计自主制造自主建设自主运营{自主化目标：自主设计、自主制造、自主建设、自主运营
设计→制造→建设→运营
材料
核电国产化是核电发展的关键，核电关键材料国产化是核电国产化的基础。
压水堆核电站示意图
压水堆核电站结构示意图
核电材料和设备国产化现状
{目前常规岛国产化程度较高，有报道接近90%；但核岛内设备和材料国产化程度较低，目前核级、三级的部件可设备和材料国产化程度较低，目前核二级、三级的部件可
国产；但核一级的大型部件多数靠进口，部分在攻关阶段，
例如反应堆压力容器（低合金钢）一重、二重在攻关；
{目前材料和设备国产化攻关的重点是核岛内核安全一级的部件
核电站分为核岛和常规岛两部分：核岛内包括反应堆、反{
应堆冷却剂系统（一回路）、蒸汽发生器；常规岛部分包括回路汽轮机发电机冷凝系统回路等
括二回路、汽轮机、发电机、冷凝系统（三回路）等
压水堆核电站相关材料
核电站金属结构材料分类
{M1000 碳钢：主要应用于二、三回路结构件
{M2000 合金钢反应堆压力容器（A5083）、二回路管道系统、支撑件、蒸汽发生器壳体、稳压器壳体等
{M3000 不锈钢（核岛内用的最多、最广）z M3200 马氏体不锈钢：阀杆、泵轴等，用量较少
z M3300 奥氏体不锈钢：堆内构件、一回路系统锻件（核级
304、316、321）
：大型铸件包括主管道弯z M3400 奥氏体+铁素体不锈钢：大型铸件包括主管道、弯头、主泵壳体（F316）
核电站金属结构材料分类
{M4000 特殊合金：
M4100
z镍基合金（Ni-Cr-Fe）蒸汽发生器U形管（换热管）、异质焊接过渡段
z M4300 铜铝合金：铸件，三级辅助泵、阀
z M4400 钛合金：三级冷凝管、板
锆合金：燃料组件（Zr2、Zr4、Zr Nb）
z Zr-2Zr-4Zr-Nb
{M5000 其他材料，包括复合板、轴承钢、弹簧钢等应用于特殊部位
等。应用于特殊部位。
{M6000 铸铁，二、三级铸件。
核岛关键材料的现状与问题
{碳钢、合金钢：材料可国内提供，难点在大型部件制造技术，如反应堆压力容器、蒸汽发生器壳体，已基本掌握
{不锈钢：核岛内核级不锈钢材料比普通级要求高，大尺寸部件是难点。主要问题是材料质量和成形技术，如主管道（直径近1米）、4厘米厚以上板件。
米）厘米厚以上板件
{镍基合金：蒸汽发生器东方电气可制造，但换热管全部进口，国产化同时面临材料和成管技术问题
{锆合金：国内在开发和使用，但不成熟，包括合金优化和锆合金管、棒成形技术
{钛合金：常规岛冷凝器用薄壁钛合金管国内有生产，而且出口。
本项目研究对象的选择
选择标准：
{针对核岛内关键部件，注重其在核电发展中的战略意义
{材料与部件制造相结合
面向核电装备制造需求已经具有较好基础{面向核电装备制造需求，已经具有较好基础{具备一定的评价经验和条件
35
{有可能在3-5年内在商业核电站获得应用
本项目选择的三大关键部件和材料{锆合金燃料组件
z属于战略材料。有较好开发材料开发和成形技术基础，有核动力部件制造和应用经验，有辐照评价手段，目
前在少量试用，有可能大量应用
一回路主管道（不锈钢）
{回路主管道（不锈钢）
z国内攻关多年，已可制造30万千瓦级；引进吸收法国技术；国产弯头、支管在岭澳试装；具备对比评价实
验条件和手段；可望较快取得应用突破
验条件和手段可望较快取得应用突破
{蒸汽发生器热交换管（镍基合金）
核电设备关键材料国内有一定研究基础多家企业
z核电设备关键材料，国内有定研究基础，多家企业在试制攻关，近期企业有较大投入；装备制造业积极
性很高
堆芯
燃料组件
反应堆冷却剂系统主管道
主管道直管铸件
主管道弯头
蒸汽发生器
核电行业急需解决的关键材料
{堆芯燃料组件用高性能锆合金包壳管等消耗大、价格高、技术受制于人
{反应堆冷却剂系统主管道
建设：价格高、周期长；运营：长期受制于人{蒸汽发生器换热管
SG全面国产化；运营、维修受制于人
与《纲要》衔接
{重大专项-大型先进压水堆及高温气冷堆核电站
{重点领域及其优先主题
z 1.能源”领域发展思路中指出：“……(2)推进能源结构多元化，增加能源供应。在提高油气开发利用及水电技术水平的同时，大力发
展核能技术，形成核电系统技术自主开发能力。风能、太阳能、生
物质能等可再生能源技术取得突破并实现规模化应用。……(4)加强
对能源装备引进技术的消化、吸收和再创新。攻克先进煤电、核电
对能源装备引进技术的消化吸收和再创新攻克先进煤电
等重大装备制造核心技术。”
z 5.制造业”领域发展思路中指出：(1)提高装备设计、制造和集成能力。以促进企业技术创新为突破口，通过技术攻关，基本实现高档
数控机床、工作母机、重大成套技术装备、关键材料与关键零部件
的自主设计制造。……
的自主设计制造
核电材料的关键设备
1.核电材料的关键设备 1.1.核燃料分类及各种燃料存在的优缺点 核燃料在反应堆内使用时，应满足以下的要求： ①与包壳材料相容，与冷却剂无强烈的化学作用； ②具有较高的熔点和热导率； ③辐照稳定性好； ④制造容易，再处理简单。根据不同的堆型，可以选用不同类型的核燃料：金属(包括合金)燃料，陶瓷燃料，弥散体燃料和流体(液态)燃料等。 1.2.金属燃料 铀是目前普遍使用的核燃料。天然铀中只含0.7％的U235，其余为U233。天然铀的这个浓度正好能使核反应堆实现自持核裂变链式反应，因而成为最早的核燃料，目前仍在使用。但核电站(特别是核潜艇)用的反应堆要求结构紧凑和高的功率密度，一般要用U含量大于0.7％的浓缩铀。这可以通过气体扩散法或离心法来获得。金属铀在堆内使用的主要缺点为：有同质异晶转变；熔点低；存在尺寸不稳定性；最常见的是核裂变产物使其体积膨胀(称为肿胀)；加工时形成的织构使铀棒在辐照时沿轴向伸长(称为辐照生长)，虽然不伴随体积变化，但伸长量有时可达原长的4倍。此外，辐照还使金属铀的蠕变速度增加(50~100倍)。这些问题通过铀的合金化虽有所改善，但远不
如采用UO2陶瓷燃料为佳。 1.3.陶瓷燃料 包括铀、钚等的氧化物、碳化物和氮化物，其中UO2是最常用 的陶瓷燃料。UO2的熔点很高(2865℃)，高温稳定性好。辐照时UO2燃料芯块内可保留大量裂变气体，所以燃耗(指燃耗份额，即消耗的 易裂变核素的量占初始装载量的百分比值)达10％也无明显的尺寸变化。它与包壳材料锆或不锈钢之间的相容性很好，与水也几乎没有化学反应，因此普遍用于轻水堆中。但是UO2的热导率较低，核燃料 的密度低，限制了反应堆参数进一步提高。在这方面，碳化铀(UC)则具有明显的优越性。UC的热导率比UO2高几倍，单位体积内的含铀量也高得多。它的主要缺点是会与水发生反应，一般用于高温气冷堆。 1.4.弥散体燃料 这种材料是将核燃料弥散地分布在非裂变材料中。在实际应用中，广泛采用由陶瓷燃料颗粒和金属基体组成的弥散体系。这样可以把陶瓷的高熔点和辐照稳定性与金属的较好的强度、塑性和热导率结合起来。细小的陶瓷燃料颗粒减轻了温差造成的热应力，连续的金属基体又大大减少了裂变产物的外泄。由裂变碎片所引起的辐照损伤基本上集中在燃料颗粒内，而基体主要是处在中子的作用下，所受损伤相对较轻，从而可达到很深的燃耗。这种燃料在研究堆中获得广泛应用。除陶瓷燃料颗粒外，由铀、铝的金属间化合物和铝合金(或铝粉)所组
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。其作用是防止裂变产物逸散和避免燃料受冷却剂的腐蚀以及有效地导出热能，在长期运行的条件下不使放射性裂变产物逸出。
核电关键材料及我国核电应用现状与发展趋势
核电关键材料及我国核电应用现状与发展趋势 摘要：自第一座核电站建成至今，核电技术在不断地发展、完善，各种核电材料不断出现并被应用。核能作为一种安全、高效、清洁的能源，备受世界各国重视。随着化石燃料的逐渐枯竭，我国作为核大国，核能发展的潜力巨大。本文主要介绍了核电关键材料及其特点以及我国核电应用现状与发展趋势。 关键词：核电、材料、现状、趋势。 1、前言 1954年，世界上第一座核电站在苏联建成，经过60多年的发展，核电技术已经发展到了第四代，而核电材料是核电技术的关键，各种新型的材料不断地被应用到核电领域中，推动了核电的发展。随着我国经济水平的不断发展，能源问题越来越突出，而核能作为国际公认的目前唯一达到大规模商业应用的替代能源，在我国的能源战略中占有重要地位，在我国具有非常广阔的应用前景。截至目前，我国大陆投入商业运行的核电机组已经超过20台，此外还有多个核电站和核电机组在建，核电在我国蓬勃发展。 2、核电材料及其特点 2.1裂变反应堆材料 2.1.1裂变核燃料 裂变反应堆中用到的核燃料有铀、钚、钍，而铀是核电站最主要的核燃料。 2.1.2包壳材料 包壳材料是指燃料芯体包壳所用的材料，要满足热中子吸收截面低、能够承受辐射损伤效应、具有一定的机械强度等要求。常见的包壳材料有铝及铝合金、镁合金、锆合金和奥氏体不锈钢以及石墨等。此外，SiC也被用于制作包壳材料。SiC包壳与水反应缓慢，与传统锆合金包壳相比，可把产生氢气的风险降低几千【1.由于SiC及SiC基复合材料具有优异的高温性能和耐辐照性能，其在核燃倍】 【2。 料元件中获得越来越广泛的应用】 2.1.3慢化剂材料 慢化剂材料是能够将裂变时的快中子的能量降到热中子能量水平的材料，具
核电工程材料质量控制要点
核电工程材料质量控制要点 发表时间：2018-12-07T10:32:27.833Z 来源：《防护工程》2018年第25期作者：郭金宇 [导读] 核电物项质量的保证，是核电工程建设过程中的重要活动，是保证核电建设正常进行的基础。本文分析了核电工程中物项质量控制的要点，并就如何更好的控制这些方面，以保证材料质量进行了阐述。 郭金宇 山东电力工程咨询院有限公司山东济南 250000 摘要：核电物项质量的保证，是核电工程建设过程中的重要活动，是保证核电建设正常进行的基础。本文分析了核电工程中物项质量控制的要点，并就如何更好的控制这些方面，以保证材料质量进行了阐述。 关键词：核电；材料；质量控制 1. 前言 物项质量控制是质量工作的重要组成部份。物项的质量好坏，直接影响整个工程的质量安全。本文结合工作实践，浅谈一些在核电建设过程中一些工程材料的控制要点，更好完成物项质量控制工作。 2. 物项质量控制环节 物项质量控制的主要环节有：生产商/供应商、采购方、使用者。材料的质量随着物流的延续而延续，只有在整条供应链上各环节严格控制才能有效的控制物项的质量。本文主要从采购方和使用者两大环节的控制要点进行研究，从而保证物项的质量控制。 3. 物项质量控制要点 3.1采购源头控制 加强对供应商的管控，从采购的源头即开展物项打的控制。当前存在物项进货渠道复杂，制造厂良莠不齐的情况。例如钢材在市场中几经周折后，导致厂牌混装，缺挂牌而难以搞清品种、规格，给进场查验带来难度。因此对供应商的选择显得尤为重要，必须根据采购文件的要求，对供应商提供物项的能力进行评估。 对供应商的能力评估可以包括以下方面： 1) 评估供货商供应性能良好的相同或类似产品的历史记录，供货商的历史记录反映了其当前的能力； 2) 供货商当前的质量记录，主要包括可以从客观方面评估的文档形式的数量及质量信息； 3) 供货商技术和质量能力，主要通过对其厂房设施、员工、以及质量保证程序的实施进行直接评估获得。 在选择供应商时，应该从经过质保评审的合格供应商中选择，供应商应当满足核电施工中的质保要求、技术要求、供货能力及服务等要求。 3.2 进场验收控制 物项进入施工现场后，应当对其卸货、堆放、储存进行控制。同时对物项的产品质量证明进行核对，并按照规定的流程向施工现场的监理、业主单位报验。 3.2.1 质量证明书的验收 当采用合格证书验收时，应到达如下要求： 1）证书标明所购材料或设备； 2）证书标明所购材料或设备满足特定的采购要求，如规范、标准和其他条件，包括变更、放弃要求或偏离； 3）证书应标明没有达到的采购要求、不符合项原因说明和解决方式； 4）证书应由质量保证职能的负责人签字或验证。 质量证明书常见问题如下： 1）质量证明书中引用标准与采购技术说明书不符； 2）质量证明书中试验项目不全，没有完全达到采购技术说明书要求； 3）美标材料中，尺寸公差用的是企业内部的要求与美标要求有差异； 4）原材料的可追溯性差。 3.2.2 实体验收 物项接收后，物资管理部门要会同有关大伟按照材料的采购要求及规定的标准进行检查，以确保其符合规定的要求，通过观察证据来验证，如配置、标识、尺寸、外形特性及其他特征，并检验物品是否在运输过程中受损以及物品清洁度。 3.2.3 材料复验取样、送样的控制 有要求时，应按照采购技术文件以及施工质量验收规范中的要求对物项进行复验。取样，送样，和试验应有相关的人员进行见证。试验完成后，应对检测报告核对数据，包括填写是否清楚、准确、委托单位、试验人、审核人、负责人签字和机构盖章是否齐全。 3.3 储存期控制 3.3.1储存区域划分 将储存区域分为待检区、储存区和隔离区，便于分别存放待检物项、合格物项和不合格物项；待检区的物项应在完成检查后，由质检人员粘贴合格标签。合格物项应尽快存放到合适的储存位置。对于隔离区的物项应标识清楚，写明隔离原因，材料来源和数量，并及时处理隔离材料。 3.3.2储存要求 根据物项的储存要求确定存放。如物项对温度和湿度有相应的要求时，应严格控制并记录其存储温度和湿度，防止物项变质。当材料需要储存在大货架上时，必须使用托盘进行支撑；当用板条箱包装的材料需要储存在大货架上时，必须把板条箱固定在托盘上。不锈钢材料储存时应避免与碳钢接触；板条箱或木箱不能超过2 层堆叠；材料存放应避免直接接触地面，尽量利用材料原包装储存，保持材料的原有
核电施工管理重要因素分析
核电施工管理重要因素分析 发表时间：2018-05-25T15:25:06.357Z 来源：《基层建设》2018年第7期作者：吕军 [导读] 摘要：核电工程建设项目是一项庞大的系统工程，核电工程具有工程量大、周期长、系统复杂等特点，核电项目的复杂性和难度也非一般项目可比，建设中的施工管理直接影响安全、质量、进度、成本控制。 中国核工业二三建设有限公司国核示范工程项目部山东省威海市 264312 摘要：核电工程建设项目是一项庞大的系统工程，核电工程具有工程量大、周期长、系统复杂等特点，核电项目的复杂性和难度也非一般项目可比，建设中的施工管理直接影响安全、质量、进度、成本控制。在繁冗复杂的核电施工中抓住关键因素，能够有效确保项目管理的成功，本文通过对核电施工过程中管理的重要因素进行分析，并不断的将技术和方法进行创新，以期为核电施工管理提供参考意义。 关键词：核电；施工管理；重要因素；分析 施工管理是整个核电项目工程建设和管理过程中非常重要的环节，我国经济和社会的不断发展，对能源的需求在不断的提高，这有效的促进了我国核电企业的发展，一些大型的核电厂不断的建设起来，但是由于建设和发展的速度较快，就导致了工程项目在施工阶段会出现一些管理上的问题，导致核电施工管理不能够适应企业快速的发展，从而制约了企业发展的步伐，因此，在核电企业发展的过程中，要针对施工管理的重要因素进行分析，并提出科学有效的管理方式，保证核电项目建设的质量。 1.核电施工管理的重要因素 1.1核电工程设计影响 在施工技术管理中涉及了设计文件控制和设计接口的管理以及施工方案和施工程序的执行和监督情况。 首先设计文件控制发放。核电企业设计部门在接到核岛总体管理单位发布的设计文件后，需要对设计信息文档中的文件进行严格的审查，并编制出准确的分发控制单，然后利用文档的形式将文件发送到相关部门和单位中。 其次，对接口的管理进行设计，核岛总管理部门现场设计的接口主要包括内部接口和外部接口，其重点的任务是要将核电技术实施的进度进行跟踪，同时针对施工技术出现的问题进行反馈，并提出有效的解决方法和措施，同时还需要对技术文件进行流转。针对核电工程施工方案以及其程序实施进行监督和检查的过程中，首先要将施工的具体方案获相关部门的审批，审批通过后如果在现场遇到情况变化时，需要和承包商对实际的方案和实施的程序进行协商，并对方案实施的合理性进行评估，同时针对方案和程序的具体内容进行合理的修改，最后上报给核岛总体管理部门进行审批，审批通过之后才可以进行现场施工作业。 1.2.施工质量的影响 在核电项目施工管理中首先要对施工的条件进行编制和检查。施工先决条件对工程的质量会产生重要的影响。核电施工的先决条件具有非常严格的要求，只有对施工的先决条件进行确定和逻辑安排之后才能充分的保证工程施工的作业的顺利开展。 其次，要重视日常的监督和检查工作。其中包括核电项目关键部分的隐蔽工程混凝土浇筑前的设计文件清单以及会签单；项目施工中对施工设备和材料等进行日常的检查并组织相关人员定期的参加安全巡检，针对脚手架和交叉施工的安全性进行重点检查；施工日报和周报以及值班记录等都要进行科学的管理；施工各个区域需配置一名专业的工程师，针对工程施工的进度和质量进行监督和检查，并对承包商施工进度落后的原因进行分析，保证工程施工的进度在可控范围内；施工的具体程序采用纠正控制方法，对于施工方案出现偏差的情况，工程师可以依据设计程序采取有效的纠正措施，并签发施工方案纠正单，必要的情况下可以要求承包商停工。 1.3施工设备的影响 在核电工程施工过程中施工设备能够对施工的工期和质量都产生重要的影响，在施工过程中要选用具有技术合格证书的设备和开箱资料，同时这些设备信息也是工程编制和调试程序的一项重要依据，因此，在工程施工阶段要选择能够进行有效配合使用的设备，这样可以有效的缩短工程的工期，同时核电工程施工项目的质量也能够得到有效的保证。 1.4核电施工管理效率 在核电工程施工的过程中工作人员的工作效率和人员的合理分配可以直接影响工程的进度和施工效率。 首先在施工过程中施工工作人员的工作效率是非常重要的因素，在施工过程中对工作人员的技术性和专业性具有非常高的要求，如果工作人员具有非常丰富的工作经验，这可以有效的提高核电工程施工的效率，同时核电工程的质量也得到了有效的保证，特别是能够有效的缩短核电工程施工的工期，因此，可以看出施工工作人员的工作效率和自身的专业技能和水平能够对施工的工期产生重要的影响。 另外一个重要影响因素是核电工程施工过程中各个施工部分人员之间的配合程度，并且工作部门和人员之间的配合程度还能够对工程施工的安全性和有序开展产生重要的影响，通过施工部分和工作人员之间的积极有效配合能够使施工过程先后有序的开展，并能够进行合理有序的衔接，从而提高施工的效率，有效的缩短工期。 2.核电施工管理的对策 针对核电项目施工管理过程中的影响因素应制定有效的管理策略和方法，这样才能充分保证工程施工过程中的效率和质量。 首先，应加强对施工进度的控制，核电工程在施工的过程中应制定出科学完整的施工计划，建立完善的计划管理以及分级体系，包括在施工阶段也需要规划方案对施工的进度进行约束，保证工程施工的质量，同时也要对各资源因素、现场环境、内外部条件等因素进行重点管控，便于对整个工程项目的建设进行全面的掌握。 其次，应保施工质量和安全。在核电企业发展的过程中要积极借鉴国外的核电生产和建设模式，使我国核电工程项目的建设布局更加的合理，施工的管理更加的科学，特别是在施工阶段，应保证项目工程施工的质量和安全，这可以有效的缩短监管部门的审查周期，有利于工程调试工作的顺利开展，使工程项目施工的工期有效的缩短。 最后，要重视核电人才的培养。在核电施工管理过程要重视对核电人才的培养和培训，使核电人才具有专业素质的同时，壮大核电人才管理的队伍，并在实际工作中不断的提高其安全意识。要对培养出懂核电技术的专业队伍，给与足够的重视，这样才能提高核电施工的竞争力。 同时在核电项目施工管理中应重视专项计划的执行管理，并严格的强化过程管理。在这个过程中首先要明确责任。制定合理的施工计划，并保证计划实施的稳定性；将施工的先决条件进行梳理，将施工的目标进行分解并落实到个人，这种方式有效的提高了工作人员的责任意识和进度观念。第二点要针对施工的进度制定出具体质量考核方案，并对施工中存在的一些问题进行及时的解决和处理，保证工程施
核电材料汇总
核燃料分类及各种燃料存在的优缺点。 核燃料在反应堆内使用时，应满足以下的要求：①与包壳材料相容，与冷却剂无强烈的化学作用；②具有较高的熔点和热导率；③辐照稳定性好；④制造容易，再处理简单。根据不同的堆型，可以选用不同类型的核燃料：金属（包括合金）燃料，陶瓷燃料，弥散体燃料和流体（液态）燃料等。 金属燃料 铀是目前普遍使用的核燃料。天然铀中只含0.7％的U235,其余为U233。天然铀的这个浓度正好能使核反应堆实现自持核裂变链式反应，因而成为最早的核燃料，目前仍在使用。但核电站（特别是核潜艇）用的反应堆要求结构紧凑和高的功率密度,一般要用U含量大于0.7％的浓缩铀。这可以通过气体扩散法或离心法来获得。金属铀在堆内使用的主要缺点为：有同质异晶转变；熔点低；存在尺寸不稳定性；最常见的是核裂变产物使其体积膨胀（称为肿胀）；加工时形成的织构使铀棒在辐照时沿轴向伸长（称为辐照生长），虽然不伴随体积变化，但伸长量有时可达原长的4倍。此外,辐照还使金属铀的蠕变速度增加（50～ 100倍）。这些问题通过铀的合金化虽有所改善,但远不如采用UO2陶瓷燃料为佳。 陶瓷燃料 包括铀、钚等的氧化物、碳化物和氮化物，其中UO2是最常用的陶瓷燃料。UO2的熔点很高(2865℃)，高温稳定性好。辐照时UO2燃料芯块内可保留大量裂变气体，所以燃耗（指燃耗份额，即消耗的易裂变核素的量占初始装载量的百分比值）达10％也无明显的尺寸变化。它与包壳材料锆或不锈钢之间的相容性很好，与水也几乎没有化学反应,因此普遍用于轻水堆中。但是UO2的热导率较低，核燃料的密度低，限制了反应堆参数进一步提高。在这方面，碳化铀(UC)则具有明显的优越性。UC的热导率比UO2高几倍,单位体积内的含铀量也高得多。它的主要缺点是会与水发生反应，一般用于高温气冷堆。 弥散体燃料 这种材料是将核燃料弥散地分布在非裂变材料中。在实际应用中，广泛采用由陶瓷燃料颗粒和金属基体组成的弥散体系。这样可以把陶瓷的高熔点和辐照稳定性与金属的较好的强度、塑性和热导率结合起来。细小的陶瓷燃料颗粒减轻了温差造成的热应力，连续的金属基体又大大减少了裂变产物的外泄。由裂变碎片所引起的辐照损伤基本上集中在燃料颗粒内，而基体主要是处在中子的作用下，所受损伤相对较轻，从而可达到很深的燃耗。这种燃料在研究堆中获得广泛应用。除陶瓷燃料颗粒外，由铀、铝的金属间化合物和铝合金（或铝粉）所组成的体系，效果也较好。在弥散体燃料中由于基体对中子的吸收和对燃料相的稀释，必须使用浓缩铀。 燃料芯块：为核燃料元件的核心部分，也可分为金属型、陶瓷型、弥散型。 一、稀土元素在燃料芯块中的应用 1、Sm2O3. Sm2O3在核反应堆中用来制备芯块，或者弥散分布在核燃料中。随着对材料力学 性能和可加工性能要求的提高，单一成分Sm2O3难以满足核电材料的要求，对其研究转向复合材料。国内有关Sm2O3复合材料的研究单位主要有南航材料学院，他们研究的主要方向是将Sm2O3与树脂材料复合，提高其加工性能和抗辐射能力（发表论文是：氧化钐/环氧树脂与聚丙烯酸钐/环氧树脂辐射防护材料的制备工艺、微观结构及性能）；北京化工大学高分子材料实验室，研究的方向也是复合材料，Sm2O3与热塑性聚氨酯复合可以提高其抗辐射性能和流变性能（发表论文：氧化钐/热塑性聚氨酯复合材料的防辐射性能及流变性能）。
核电关键装备用金属材料的开发和应用进展
核电关键装备用金属材料的开发和应用进展 张汉谦，刘孝荣，陆匠心（宝山钢铁股份有限公司，上海201900）摘要：简述了核级材料的要求及其特点。结合国家已批准在建发 二代加、三代以及四代核电机组的核承压设备种类和特点，说明其用 材种类和特点，介绍了宝钢开发的几种核电用承压容器和堆内构件用材。结合我国核电设备企业制造，提出了发展建议。 关键词：核电，核承压设备，金属材料，国产化，进展 1. 我国核电发展的现状 核电以污染少、温室气体接近零排放，与水电、风电、太阳能和生物质能并称为高效清洁新能源。我国已投入运行11台核电机组，装机容量达910万千瓦，到2008年底，在建规模2290万千瓦，规划容量超过4000万千瓦。随着近两年的水电和火电机组的大量投产，2008年底，核电占电力总装机的比例仅为1.3％。 除秦山一期30万千瓦和秦山二期2×60万千瓦核电机组由我国自行设计建造外，其余运行和在建的核电机组均为引进。除秦山三期为加拿大引进的杜坎重水堆和华能山东石岛湾核电有限公司为清华设计的高温气冷堆外，其余堆型均为压水堆。 根据我国环境和经济可持续发展需要，发展核电是我国优化能源结构的优先选择，核电发展政策由2005年的“积极发展核电”变为现在的“大力发展核电”。为了适应新能源发展战略，国家正在调整核电中长期发展规划，加强沿海核电发展，科学规划内陆地区核电建设。通过不断新增核电机组开工项目，力争到2020年核电占电力总装机达到5％以上。 AP-1000以其能动安全性好，可采用模块化建造模式，能大大缩短建设工期。最后，在2007年我国政府决定以美国的AP-1000作为中国第三代核电发展技术选择，成为中国核电发展的“技术方向”。明确了我国第三代核电技术的路线图：先从美国西屋公司引进第三代核电技术AP-1000，建设四台核电机组。中方通过消化吸收后，在第五台核电机组建造时，实现AP-1000的自我设计目标。组建国家核电技术公司，代表国家接收、消化美国AP-1000核电技术。最终要达到目的：通过引进，得到包括核心技术在内的成套技术；通过消化，拥有未来核电技术发展的改进权；通过创
第三代核电的核心关键技术及其优势
第三代核电的核心关键技术及其优势 我国第三代核电自主化依托项目工程建设总体上进展顺利，安全、质量、进度都处于全面受控状态。在此过程中，我国引进消化吸收再创新和自主创新，在世界上率先掌握了第三代核电AP1000的五大核心关键技术。这五大核心关键技术分别是：核岛筏基大体积混凝土一次性整体浇注技术、核岛钢制安全壳底封头成套技术、模块设计和制造技术、主管道制造技术、核岛主设备大型锻件制造技术。 1、核电站核岛筏基大体积混凝土一次性整体浇注技术 2009年4月19日，我国第三代核电自主化依托项目首台机组、世界上首台AP1000核电机组——浙江三门核电站一号机组核岛第一罐混凝土浇注及养护取得成功，已全面进入主体工程建设阶段。三门核电站一号机组主体工程第一罐混凝土浇注工作取得了良好效果，这是迄今为止我国核电站工程建设首次采用核岛筏基混凝土一次性整体浇注的先进技术，创造了世界上核电站核岛筏基大体积混凝土整体连续浇注的成功范例。 大体积混凝土一次性整体浇注，可以实现核电站核岛基础的一次整体成形，具有无接口、防渗好等技术优点，特别适合安全性能要求较高的核电施工。但由于浇注后的养护是难点，一直是施工的一大技术难题。为确保浇注第一罐混凝土取得成功，2008年5月，国家核电技术公司、国核工程公司、三门核电现场启动了专项计划;2009年3月1日，完成了所有实体准备工作;3月10日，三门核电站一号机组核岛完全具备浇注混凝土实体条件，三门核电现场还进行过多次模拟浇注;3月11日，国家核安全局组织相关专家对一号机组核岛浇注进行检查验收;3月13日，三门核电现场完成对浇注工作的最后一次质量检查。 2、核岛钢制安全壳底封头成套制造技术 2009年12月21日，三门核电站一号机组核岛钢制安全壳底封头成功实现整体吊装就位，这一底封头的钢材制造、弧形钢板压制、现场拼装焊接、焊接材料生产、整体运输吊装等都是由中国企业自主承担完成的。 AP1000首次采用在核电站反应堆压力容器外增加钢制安全壳的新技术。钢制安全壳是AP1000核电站反应堆厂房的内层屏蔽结构，是非能动安全系统中的重要设备之一。AP1000钢制安全壳底封头钢板的典型特征是大尺寸、多曲率、高精度，采用整体模压一次成型技术，尚属世界性难题。中方企业攻克了一系列世界性的技术难题和工艺难关，提升了我国核电装备制造和相关材料研制的水平。 3、模块化设计与制造技术 2009年 6月29日，三门核电站一号机组核岛最大的结构模块CA20模块成功吊装就位，开启了我国核电站工程模块化建造的新时代。CA20模块的工厂化预制和现场拼装、组焊、整体吊装的顺利完成，标志着AP1000技术的模块化设计和施工的先进理念已经从理论变成了现实。
核电新材料研究进展
核电装备关键管材新材料研究进展 程晓农戴起勋李冬升 （江苏大学材料科学与工程学院，镇江212013） 摘要：简述了世界核电能源的发展状况和核电机组蒸汽发生器传热管应力腐蚀破裂的研究进展。介绍了提高或改善关键管材高温抗氧化性和蠕变强度的研究成果，论述了高温抗氧化性和蠕变强度间匹配、协调的理念及其关键因素。 关键词：核电；传热管；不锈钢；蠕变强度；抗氧化性 Show that the development of the world nuclear powder and study progress of 核电机组蒸汽发生器传热管应力腐蚀破裂. Introduce the research result of enhancement of high temperature oxidation antioxidation in high resistance andcreep strength.discuss the factor on the relation of high temperature oxidation antioxidation in high resistance andcreep strength. Describes Briefly the world's nuclear energy development and nuclear power plant steam generator tube stress corrosion cracking of progress. Describes the development of the world's nuclear energy and nuclear power plant steam generator tube stress corrosion cracking of progress. 电力建设是涉及国家经济发展命脉的重大基础项目，核电是一种经济、高效、可靠、清洁的新能源，是实现低碳经济的重要途径之一。对于能源资源有限、能源消费高居世界前列的中国来讲，发展核电是我国能源结构战略调整的必然选择，具有极其重要的战略意义。 但目前我国与世界核电平均水平相比，无论是技术还是产业均相差甚远；我国在核电装备方面缺少具有自主知识产权的成果，在主要关键技术上受制于人，用各种新材料的开发和制备技术是其中之一，如核电站蒸汽发生器传热管材基本上依靠进口。因此核电装备关键管材及其相关关键技术的研发十分重要且迫切。 1 国内外核电发展现状 自从1954年前苏联和1957年美国建成核电站以来，世界核电已取得了长足发展。据统计，2006年全世界正在运行的核电机组有441个，分布在31个国家或地区，年发电量占世界总发电量的16%。目前，世界核电主要分布在北美、欧洲和东亚，其核电机组数量占全世界总和的74%，装机容量则占79.5%。核电装机容量排名前三位的美国、法国和日本的核电机组之和占全世界的49.4%，装机容量占56.9%。 据有关国际组织的统计，由于能源和环境的双重压力，加上世界核电方面的技术进步，2010年前后全球将掀起核电建设的高潮，今后许多国家将大规模建造先进的核电机组，并继续开发先进核能系统。第三代核电技术AP1000落在我国，是历史的必然[1，2]；经过未来几年的健康快速发展，我国核电将从技术跟踪逐步过渡到自主创新。截止到2008年3月， 基金项目：江苏省科技成果转化项目“超（超）临界火电机组用关键管材开发及产业化”（BA2007033） 作者简介：程晓农(1958—)，男，江苏苏州人，教授，博士生导师(xncheng@https://www.360docs.net/doc/e77746252.html,)，主要从事金属和无机新材料的开发研究。