反应堆材料第一章 序言
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5
材料在堆内的工作条件（2）
• 高温度梯wk.baidu.com： 在运行条件下，燃料棒芯块中心的温度可达 2000℃以上，甚至熔融，承受的温度梯度可达 2000-4000℃/cm，甚至更高。 包壳承受的温度梯度约为1000 ℃/cm • 腐蚀环境： 在辐照条件下，冷却介质辐照分解产生腐蚀介质； 燃料裂变产生有腐蚀性的裂变产物。 包壳不仅要承受芯块和冷却剂的载荷还要承受与 它们的化学相互作用。
非核燃料（又统称结构材料）：包括包壳材料，结
构材料，慢化材料，冷却剂材料，反射材料，控制材料及 屏蔽材料。
18
包壳材料：
• 是指包裹核燃料的材料。包壳是燃料与冷 却剂隔离的屏障；也是反应堆安全的第一 道屏障。它的作用是防止燃料与冷却剂反 应；防止裂变产物逃逸；保持燃料棒的完 整性。 • 它的运行工况非常苛刻。要求材料具有 小的中子吸收截面、高的导热系数、强度 好、韧塑性好、耐腐蚀、抗辐照、热稳定 性好等。
反射材料：材料的原子与从堆芯逃逸的中
子发生碰撞后，能使从中子无吸收地返回 堆芯的材料。
21
冷却剂材料：是指将核裂变产生的热量带出
的一种载热剂。它可以是气体也可以是液 体。 控制材料：是一种中子吸收体，用于反应堆 使其实现受控核裂变的材料。 屏蔽材料：是指用于屏蔽放射线，中子或热 量的材料。屏蔽放射线要用质量大、密度 大的材料，如铅、重混凝土等；屏蔽中子 要用轻质材料，如轻水、石蜡、石墨等； 屏蔽热量要用空腔不锈钢弧形瓦或增大间 距，增厚屏障层来达到。
32
钠冷快中子增殖堆所用材料：
• • • • • • 燃料——混合氧化铀钚（钚含量20～30%） 包壳——奥氏体不锈钢（316SS或316Ti） 元件盒——马氏体-铁素体钢或奥氏体不锈钢 控制棒——碳化硼（B4C）/300系列不锈钢 传热管——800合金或316SS及304 SS 容器材料——316SS及304 SS
14
CANDU 型反应堆流程图
图 1.3
15
液态金属快中子增殖堆 （LMFBR）
这种反应堆与以上介绍的不一样，它是以液态 钠为冷却剂的，它一般有多条回路。一回路二回 路都是液态钠。中间有热交换器用以隔离一回路 的放射性。（见图1.4）快堆的堆芯由燃料区和再 生区组成。在快堆运行中，一方面消耗燃料， 另 一方面大量的铀-238俘获中子后转化为钚-239， 从而达到增殖的目的。快堆用于发电，是通过热 量传递，将堆芯能量带出，使回路中的水汽化， 由蒸汽带动汽轮机发电。
26
蒸汽发生器 • 压水堆的蒸汽发生器与压力容器类似，是大 型设备，主要要求能耐受高温、高压水的腐 蚀。热管材料除要求耐高温、高压水的腐蚀 不漏外，还要有较好的导热性能，有较好的 工艺性能，如焊接、胀管等。 • 压水堆蒸汽发生器的壳体采用与压力容器同 样的低合金碳钢；热管采用镍基的690合金 或铁镍基的800合金。
• 压力管（容纳冷却剂）——锆铌合金（Zr-2.5Nb） • 排管容器（容纳慢化剂）——奥氏体不锈钢 • 排管容器管子——锆-2合金（退火） • 燃料——天然丰度的二氧化铀（natural uranium） • 包壳——锆-4合金，内壁涂有石墨层 • 慢化剂和冷却剂——重水（D2O） • 端屏蔽——奥氏体不锈钢 • 嵌入环、屏蔽板、冷却水管——碳钢 • 中子吸收体——镉棒 • 液体注射停堆组件——硝酸钆 • 调节棒——加水不锈钢管
27
反应堆一回路管道和阀门 • 一回路管道和阀门都处于高温高压下，是压力边 界，要严防泄漏。所用的材料要耐腐蚀，不带或 少带造成长寿命核素的元素，以及对堆内性能发 生干扰的元素，如钴、硼等。大部分的一回路管 道和阀门都采用奥氏体不锈钢制作。由于一回路 管道比较大也有用低合金钢制作，内衬不锈钢的。 有的公司对大直径的直管，使用离心铸造，对弯 管使用静态铸造。 • 阀门用奥氏体不锈钢铸造或锻造，阀座的密封面 堆焊司太立合金。因为司太立合金含有较多钴， 它成为一回路放射性的主要来源。
9
沸水堆（BWR）
这是一种直接沸腾的水堆。蒸汽从堆芯 直接产生，就如一个锅炉产生蒸汽一样 （见图1.1）。它的外壳是一个钟罩型的压 力容器， 堆芯燃料组件排列成nxn正方形 栅阵。它与压水堆的区别是一回路水的压 力比较低（约6.86MPa）。这样一来，一 回路冷却水就在堆芯内发生沸腾，并将产 生的蒸汽直接送汽轮机发电。
25
压力容器 • 压水堆压力容器是核反应堆安全的第二道屏 障，堆容器是主冷却剂回路的一部分。主回 路的可靠运行，保证着燃料组件的冷却和完 整。因此压力容器是压水堆电站最关键的设 备之一，它是一个庞大的不可更换的密封壳 体，是关系到反应堆安全和寿命的重要部件。 • 压水堆电厂的压力容器采用镍-锰-钼低合金 碳钢制作。
29
沸水堆所用基本材料：
• 压力壳（pressure vessel）——(Mn-Mo-Ni)低 合金碳钢 （low alloy carbon steel） • 燃料（fuel）——二氧化铀（uranium dioxide UO2） • 包壳（cladding）——锆-2合金（zircaloy-2） • 控制棒——碳化硼/304不锈钢（B4C /304SS） • 慢化剂，冷却剂——轻水（H2O） • 一回路水管——304不锈钢 • 蒸汽回路——304，316不锈钢 • 汽轮机——铬-钼钢
8
按使用目的分类：一般可分为生产堆、研究堆、 动力堆。 1） 生产堆－主要用于生产聚变或可裂变核材料如： 氚、铀233和钚239等； 2）研究堆－对应不同的目的又有不同的种类：如 用于研究燃料和堆芯材料用的材料试验堆（如法 国的Osillos），用于中子衍射、同位素生产和物 理、化学、生物等多用途的研究堆（如：原子能 院的101重水堆，492游泳池堆）等； 3）动力堆－是本课程涉及的重点，即利用核反应 能转换为电能以获取动力满足国民经济各方面的 需要的反应堆 。目前常见的动力堆有沸水堆、压 水堆、重水堆、高温气冷堆、快中子增殖堆等。
23
核电厂主要部件用材 （2）
• 包壳：包壳材料要求中子吸收截面小、导热好、 强度高、塑性好、耐腐蚀、抗辐照等。可以用作 包壳的材料有铝及铝合金、镁及镁合金、锆及锆 合金以及不锈钢。水冷动力堆广泛用锆合金作包 壳。压水堆、重水堆用Zr-4合金作包壳； 沸水堆 用Zr-2合金作包壳； 而快堆用不锈钢作包壳。值 得注意的是： 使用不锈钢作快堆包壳并不是因为 它的中子吸收截面小， 而是因为它的高温性能好， 同时由于快堆中中子产额大， 损失一些也足以维 持反应进行下去，而且价格较低，从经济上考虑 也比较合理。
22
1.3 核电厂主要部件用材 （1）
• 燃料：无论是金属型还是陶瓷型的燃 料，必须含有易裂变核素铀-235、铀233或钚-239。金属型燃料有金属铀 和铀合金。陶瓷型燃料有UO2、UC、 UN、MOX（UO2+PuO2）。UO2是 用途最广的动力堆燃料。轻水堆燃料 的富集度为3%左右；重水堆采用天然 铀为燃料；快堆燃料的富集度为6070%。
28
反应堆冷却剂泵(主泵) • 主泵在高温、高压下工作，壳体、叶轮、 转子等虽然不直接接受中子辐照，但由于 与介质接触，会造成腐蚀，由于活动部件 的相互摩擦，会造成磨损，同时由于介质 的循环作用，会把磨损或腐蚀的微粒带进 堆芯辐照后形成放射性核素，造成很强的 放射性。因此对这部分材料的除了机械性 能和工艺性能方面要求外，还要求抗腐蚀， 不带和少带会造成长寿命核素的元素，以 及对堆内性能发生干扰的元素。
3
• 它的材料必须在高温、高压、强辐照及介 质的腐蚀条件下工作。 • 它所面临的条件比迄今为止我们所遇到 的任何工程所面临的条件要复杂得多。
4
材料在堆内的工作条件（1）
• 高温、高压： 结构材料在 PWR条件下，290-320℃，15.5Mpa； Candu 堆条件下，260-300℃，10Mpa。 FBR条件下，550℃-600℃。 • 强辐照： α、β、γ射线，尤其是高能快中子对结构材料的辐 照损伤剂量为几个～一百以上dpa。 主要的辐照效应是使材料发生硬化、脆化、辐照肿 胀和辐照蠕变等降级。 对燃料的影响主要是固、气态裂变产物造成的肿胀 及裂变气体释放。
6
1.1 反应堆系统
核反应堆的主要功能如下： 1）导出核裂变释放的能量来发电（如核电厂）， 供热（如大庆的低温供热堆）或用作其他动力（如 核潜艇）。 2）增殖、生产新的核燃料（如钍232→铀233， 铀238→钚239）。 3）生产放射性同位素（如钼-锝靶件，医用同位素 等）。 4）作科学研究和中子的应用（如中子衍射，中子 掺杂，中子照相等）。
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压水堆电站系统
13
重水堆（PHWR）：
其慢化剂和冷却剂都是重水。重水堆的结构与 轻水堆不同，反应堆的堆本体是一个水平放置的 圆筒形容器，称为排管容器（calandria）（见图 1.3）。在容器内贯穿许多根水平管道，称为燃料 管道（feul channel）或压力管（pressure tube）。排管容器中盛有低温低压的重水慢化剂， 燃料管道里装有天然铀燃料棒束和高温高压重水 冷却剂。冷却剂通过燃料管道将热量带出来，经 蒸汽发生器产生蒸汽，推动汽轮机发电。它的燃 料棒是短型的，可以在不停堆的条件下实现换料。
24
• 控制棒等 控制棒是核反应堆实现可控和自持核裂变不可缺或 的重要部件。对控制材料来讲，最要紧的还是中子 吸收截面大，对压水堆来说不仅要求对热中子的吸 收，还要求对超热中子的吸收；同时要求保持毒物 效应的时间长，含长半衰期的元素少，中子活化截 面小；有足够的强度、塑性、耐腐蚀性、耐辐照； 工艺性和经济性好等。 压水堆电厂采用银-铟-镉合金制作控制棒材料，硼 酸作主要的辅助控制材料，氧化钆作初装料的可燃 毒物材料。
反应堆材料
阮於珍 编
核工业研究生部
1
第一章 序言 1.1 反应堆系统 1.2 材料的分类 1.3 核电厂主要部件用材
2
第一章 序言
核反应堆用于发电是和平利用核能的 重要手段。 材料在核电站的重要作用和地位：
反应堆安全的重点是防止堆内放射性物质外逸。 核电厂的可靠性和经济性也与材料密切相关。 反应堆材料对各种堆型的设计、建造和寿命也 有密切的关系。 反应堆材料对反应堆的建设质量和水平以及系 列化、商品化和改进与发展都起着重要的先导作 用。
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沸水堆电站系统
11
压水堆（PWR）
压水堆一般有两个水回路，中间是蒸汽发 生器（steam generator）。（见图 1.2），它由核反应堆，一回路系统（高温 高压），二回路系统及其他辅助系统组成。 一回路水压力为15.5Mpa，在蒸汽发生器 中，一回路水把热能传递给二回路并使二 回路水获得能量转化为蒸汽，推动汽轮机 发电。
19
结构材料：
• 主要是指堆芯和一回路的结构材料。包括 压力壳材料、管道材料及蒸汽发生器材料 等。这些材料不仅要求有好的强度、韧性、 抗辐照、耐腐蚀还必须有最小的诱发放射 性，以便维护保养和处置。
20
慢化剂材料：是指通过中子与材料原子
之间的弹性碰撞来降低中子能量，使高能 快中子变为能被裂变原子俘获，并激发另 一次裂变的热中子的材料。
7
反应堆分类：
根据引起反应堆中大部分核燃料裂变 的中子的能量(或速度)来分类。反应堆 可分为: 1) 快 中 子 反 应 堆 ( 平 均 能 量 E≥O.1MeV)； 2) 中 能 中 子 反 应 堆 (1eV ≤E ≤ 0.01MeV)和 3)热中子反应堆(E～KT=0.025eV)。 能量分布在上述所指的范围内的中 子分别为快中子、中能中子和热中子。
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快堆电站系统
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1.2 材料的分类
1）常规岛用材料：凡是不暴露于放射性环境或一次 水回路的材料都属于这一类。这类材料与一般工业用材没 特殊的区别，
2）反应堆核岛用材料：由于这部分材料暴露在辐射 场内，存在核材料的特殊问题。 核燃料： 易裂变核素－任何能量中子都能引起核裂变的核素。 如铀-235、铀-233、钚-239。 可转换核素是指某核素在俘获高能中子（>1MeV） 以后会转换为可裂变核素。如钍-232、铀-238 。
30
压水堆所用材料：
• • • • 压力壳——Mn-Mo-Ni低合金碳钢 燃料——二氧化铀 包壳——锆-4合金（Zr-4） 控制棒——银-铟-镉合金/316，304不锈 钢（Ag-In-Cd/SS） • 长期反应性控制用硼酸 • 传热管——600，690，800合金 • 其余与沸水堆同
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重水堆所用材料：
材料在堆内的工作条件（2）
• 高温度梯wk.baidu.com： 在运行条件下，燃料棒芯块中心的温度可达 2000℃以上，甚至熔融，承受的温度梯度可达 2000-4000℃/cm，甚至更高。 包壳承受的温度梯度约为1000 ℃/cm • 腐蚀环境： 在辐照条件下，冷却介质辐照分解产生腐蚀介质； 燃料裂变产生有腐蚀性的裂变产物。 包壳不仅要承受芯块和冷却剂的载荷还要承受与 它们的化学相互作用。
非核燃料（又统称结构材料）：包括包壳材料，结
构材料，慢化材料，冷却剂材料，反射材料，控制材料及 屏蔽材料。
18
包壳材料：
• 是指包裹核燃料的材料。包壳是燃料与冷 却剂隔离的屏障；也是反应堆安全的第一 道屏障。它的作用是防止燃料与冷却剂反 应；防止裂变产物逃逸；保持燃料棒的完 整性。 • 它的运行工况非常苛刻。要求材料具有 小的中子吸收截面、高的导热系数、强度 好、韧塑性好、耐腐蚀、抗辐照、热稳定 性好等。
反射材料：材料的原子与从堆芯逃逸的中
子发生碰撞后，能使从中子无吸收地返回 堆芯的材料。
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冷却剂材料：是指将核裂变产生的热量带出
的一种载热剂。它可以是气体也可以是液 体。 控制材料：是一种中子吸收体，用于反应堆 使其实现受控核裂变的材料。 屏蔽材料：是指用于屏蔽放射线，中子或热 量的材料。屏蔽放射线要用质量大、密度 大的材料，如铅、重混凝土等；屏蔽中子 要用轻质材料，如轻水、石蜡、石墨等； 屏蔽热量要用空腔不锈钢弧形瓦或增大间 距，增厚屏障层来达到。
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钠冷快中子增殖堆所用材料：
• • • • • • 燃料——混合氧化铀钚（钚含量20～30%） 包壳——奥氏体不锈钢（316SS或316Ti） 元件盒——马氏体-铁素体钢或奥氏体不锈钢 控制棒——碳化硼（B4C）/300系列不锈钢 传热管——800合金或316SS及304 SS 容器材料——316SS及304 SS
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CANDU 型反应堆流程图
图 1.3
15
液态金属快中子增殖堆 （LMFBR）
这种反应堆与以上介绍的不一样，它是以液态 钠为冷却剂的，它一般有多条回路。一回路二回 路都是液态钠。中间有热交换器用以隔离一回路 的放射性。（见图1.4）快堆的堆芯由燃料区和再 生区组成。在快堆运行中，一方面消耗燃料， 另 一方面大量的铀-238俘获中子后转化为钚-239， 从而达到增殖的目的。快堆用于发电，是通过热 量传递，将堆芯能量带出，使回路中的水汽化， 由蒸汽带动汽轮机发电。
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蒸汽发生器 • 压水堆的蒸汽发生器与压力容器类似，是大 型设备，主要要求能耐受高温、高压水的腐 蚀。热管材料除要求耐高温、高压水的腐蚀 不漏外，还要有较好的导热性能，有较好的 工艺性能，如焊接、胀管等。 • 压水堆蒸汽发生器的壳体采用与压力容器同 样的低合金碳钢；热管采用镍基的690合金 或铁镍基的800合金。
• 压力管（容纳冷却剂）——锆铌合金（Zr-2.5Nb） • 排管容器（容纳慢化剂）——奥氏体不锈钢 • 排管容器管子——锆-2合金（退火） • 燃料——天然丰度的二氧化铀（natural uranium） • 包壳——锆-4合金，内壁涂有石墨层 • 慢化剂和冷却剂——重水（D2O） • 端屏蔽——奥氏体不锈钢 • 嵌入环、屏蔽板、冷却水管——碳钢 • 中子吸收体——镉棒 • 液体注射停堆组件——硝酸钆 • 调节棒——加水不锈钢管
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反应堆一回路管道和阀门 • 一回路管道和阀门都处于高温高压下，是压力边 界，要严防泄漏。所用的材料要耐腐蚀，不带或 少带造成长寿命核素的元素，以及对堆内性能发 生干扰的元素，如钴、硼等。大部分的一回路管 道和阀门都采用奥氏体不锈钢制作。由于一回路 管道比较大也有用低合金钢制作，内衬不锈钢的。 有的公司对大直径的直管，使用离心铸造，对弯 管使用静态铸造。 • 阀门用奥氏体不锈钢铸造或锻造，阀座的密封面 堆焊司太立合金。因为司太立合金含有较多钴， 它成为一回路放射性的主要来源。
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沸水堆（BWR）
这是一种直接沸腾的水堆。蒸汽从堆芯 直接产生，就如一个锅炉产生蒸汽一样 （见图1.1）。它的外壳是一个钟罩型的压 力容器， 堆芯燃料组件排列成nxn正方形 栅阵。它与压水堆的区别是一回路水的压 力比较低（约6.86MPa）。这样一来，一 回路冷却水就在堆芯内发生沸腾，并将产 生的蒸汽直接送汽轮机发电。
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压力容器 • 压水堆压力容器是核反应堆安全的第二道屏 障，堆容器是主冷却剂回路的一部分。主回 路的可靠运行，保证着燃料组件的冷却和完 整。因此压力容器是压水堆电站最关键的设 备之一，它是一个庞大的不可更换的密封壳 体，是关系到反应堆安全和寿命的重要部件。 • 压水堆电厂的压力容器采用镍-锰-钼低合金 碳钢制作。
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沸水堆所用基本材料：
• 压力壳（pressure vessel）——(Mn-Mo-Ni)低 合金碳钢 （low alloy carbon steel） • 燃料（fuel）——二氧化铀（uranium dioxide UO2） • 包壳（cladding）——锆-2合金（zircaloy-2） • 控制棒——碳化硼/304不锈钢（B4C /304SS） • 慢化剂，冷却剂——轻水（H2O） • 一回路水管——304不锈钢 • 蒸汽回路——304，316不锈钢 • 汽轮机——铬-钼钢
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按使用目的分类：一般可分为生产堆、研究堆、 动力堆。 1） 生产堆－主要用于生产聚变或可裂变核材料如： 氚、铀233和钚239等； 2）研究堆－对应不同的目的又有不同的种类：如 用于研究燃料和堆芯材料用的材料试验堆（如法 国的Osillos），用于中子衍射、同位素生产和物 理、化学、生物等多用途的研究堆（如：原子能 院的101重水堆，492游泳池堆）等； 3）动力堆－是本课程涉及的重点，即利用核反应 能转换为电能以获取动力满足国民经济各方面的 需要的反应堆 。目前常见的动力堆有沸水堆、压 水堆、重水堆、高温气冷堆、快中子增殖堆等。
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核电厂主要部件用材 （2）
• 包壳：包壳材料要求中子吸收截面小、导热好、 强度高、塑性好、耐腐蚀、抗辐照等。可以用作 包壳的材料有铝及铝合金、镁及镁合金、锆及锆 合金以及不锈钢。水冷动力堆广泛用锆合金作包 壳。压水堆、重水堆用Zr-4合金作包壳； 沸水堆 用Zr-2合金作包壳； 而快堆用不锈钢作包壳。值 得注意的是： 使用不锈钢作快堆包壳并不是因为 它的中子吸收截面小， 而是因为它的高温性能好， 同时由于快堆中中子产额大， 损失一些也足以维 持反应进行下去，而且价格较低，从经济上考虑 也比较合理。
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1.3 核电厂主要部件用材 （1）
• 燃料：无论是金属型还是陶瓷型的燃 料，必须含有易裂变核素铀-235、铀233或钚-239。金属型燃料有金属铀 和铀合金。陶瓷型燃料有UO2、UC、 UN、MOX（UO2+PuO2）。UO2是 用途最广的动力堆燃料。轻水堆燃料 的富集度为3%左右；重水堆采用天然 铀为燃料；快堆燃料的富集度为6070%。
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反应堆冷却剂泵(主泵) • 主泵在高温、高压下工作，壳体、叶轮、 转子等虽然不直接接受中子辐照，但由于 与介质接触，会造成腐蚀，由于活动部件 的相互摩擦，会造成磨损，同时由于介质 的循环作用，会把磨损或腐蚀的微粒带进 堆芯辐照后形成放射性核素，造成很强的 放射性。因此对这部分材料的除了机械性 能和工艺性能方面要求外，还要求抗腐蚀， 不带和少带会造成长寿命核素的元素，以 及对堆内性能发生干扰的元素。
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• 它的材料必须在高温、高压、强辐照及介 质的腐蚀条件下工作。 • 它所面临的条件比迄今为止我们所遇到 的任何工程所面临的条件要复杂得多。
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材料在堆内的工作条件（1）
• 高温、高压： 结构材料在 PWR条件下，290-320℃，15.5Mpa； Candu 堆条件下，260-300℃，10Mpa。 FBR条件下，550℃-600℃。 • 强辐照： α、β、γ射线，尤其是高能快中子对结构材料的辐 照损伤剂量为几个～一百以上dpa。 主要的辐照效应是使材料发生硬化、脆化、辐照肿 胀和辐照蠕变等降级。 对燃料的影响主要是固、气态裂变产物造成的肿胀 及裂变气体释放。
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1.1 反应堆系统
核反应堆的主要功能如下： 1）导出核裂变释放的能量来发电（如核电厂）， 供热（如大庆的低温供热堆）或用作其他动力（如 核潜艇）。 2）增殖、生产新的核燃料（如钍232→铀233， 铀238→钚239）。 3）生产放射性同位素（如钼-锝靶件，医用同位素 等）。 4）作科学研究和中子的应用（如中子衍射，中子 掺杂，中子照相等）。
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压水堆电站系统
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重水堆（PHWR）：
其慢化剂和冷却剂都是重水。重水堆的结构与 轻水堆不同，反应堆的堆本体是一个水平放置的 圆筒形容器，称为排管容器（calandria）（见图 1.3）。在容器内贯穿许多根水平管道，称为燃料 管道（feul channel）或压力管（pressure tube）。排管容器中盛有低温低压的重水慢化剂， 燃料管道里装有天然铀燃料棒束和高温高压重水 冷却剂。冷却剂通过燃料管道将热量带出来，经 蒸汽发生器产生蒸汽，推动汽轮机发电。它的燃 料棒是短型的，可以在不停堆的条件下实现换料。
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• 控制棒等 控制棒是核反应堆实现可控和自持核裂变不可缺或 的重要部件。对控制材料来讲，最要紧的还是中子 吸收截面大，对压水堆来说不仅要求对热中子的吸 收，还要求对超热中子的吸收；同时要求保持毒物 效应的时间长，含长半衰期的元素少，中子活化截 面小；有足够的强度、塑性、耐腐蚀性、耐辐照； 工艺性和经济性好等。 压水堆电厂采用银-铟-镉合金制作控制棒材料，硼 酸作主要的辅助控制材料，氧化钆作初装料的可燃 毒物材料。
反应堆材料
阮於珍 编
核工业研究生部
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第一章 序言 1.1 反应堆系统 1.2 材料的分类 1.3 核电厂主要部件用材
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第一章 序言
核反应堆用于发电是和平利用核能的 重要手段。 材料在核电站的重要作用和地位：
反应堆安全的重点是防止堆内放射性物质外逸。 核电厂的可靠性和经济性也与材料密切相关。 反应堆材料对各种堆型的设计、建造和寿命也 有密切的关系。 反应堆材料对反应堆的建设质量和水平以及系 列化、商品化和改进与发展都起着重要的先导作 用。
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沸水堆电站系统
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压水堆（PWR）
压水堆一般有两个水回路，中间是蒸汽发 生器（steam generator）。（见图 1.2），它由核反应堆，一回路系统（高温 高压），二回路系统及其他辅助系统组成。 一回路水压力为15.5Mpa，在蒸汽发生器 中，一回路水把热能传递给二回路并使二 回路水获得能量转化为蒸汽，推动汽轮机 发电。
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结构材料：
• 主要是指堆芯和一回路的结构材料。包括 压力壳材料、管道材料及蒸汽发生器材料 等。这些材料不仅要求有好的强度、韧性、 抗辐照、耐腐蚀还必须有最小的诱发放射 性，以便维护保养和处置。
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慢化剂材料：是指通过中子与材料原子
之间的弹性碰撞来降低中子能量，使高能 快中子变为能被裂变原子俘获，并激发另 一次裂变的热中子的材料。
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反应堆分类：
根据引起反应堆中大部分核燃料裂变 的中子的能量(或速度)来分类。反应堆 可分为: 1) 快 中 子 反 应 堆 ( 平 均 能 量 E≥O.1MeV)； 2) 中 能 中 子 反 应 堆 (1eV ≤E ≤ 0.01MeV)和 3)热中子反应堆(E～KT=0.025eV)。 能量分布在上述所指的范围内的中 子分别为快中子、中能中子和热中子。
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快堆电站系统
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1.2 材料的分类
1）常规岛用材料：凡是不暴露于放射性环境或一次 水回路的材料都属于这一类。这类材料与一般工业用材没 特殊的区别，
2）反应堆核岛用材料：由于这部分材料暴露在辐射 场内，存在核材料的特殊问题。 核燃料： 易裂变核素－任何能量中子都能引起核裂变的核素。 如铀-235、铀-233、钚-239。 可转换核素是指某核素在俘获高能中子（>1MeV） 以后会转换为可裂变核素。如钍-232、铀-238 。
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压水堆所用材料：
• • • • 压力壳——Mn-Mo-Ni低合金碳钢 燃料——二氧化铀 包壳——锆-4合金（Zr-4） 控制棒——银-铟-镉合金/316，304不锈 钢（Ag-In-Cd/SS） • 长期反应性控制用硼酸 • 传热管——600，690，800合金 • 其余与沸水堆同
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重水堆所用材料：