部分核材料体系相图的热力学计算

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1、厦门大学硕士学位论文部分核材料体系相图的热力学计算姓名：何烨申请学位级别：硕士专业：材料学指导教师：王翠萍20090801摘要核能是一种重要的新能源，而核材料将是实现核反应堆安全、高效运行的重要物质保障。由于核材料的研究受到苛刻的实验条件限制，通过大量实验尝试的传统材料研究方法不适合于核材料的研发。为了设计高性能的核材料，有必要掌握相图和热力学信息。本论文基于计算相图的CALPHAD方法，对Th．X(X：Ni，Ti，VHf,In，Sn，Si)，U．X(X：Ni，Ti，V)和Pu．X(X：Ti，VSi)各二元系的相图以及Me．Ti．Zr(Me：Th，U，

2、Pu)三元系和U．Pu．Zr-Ti四元系的相图进行了热力学优化与计算，并在此基础上建立核材料的热力学数据库，主要研究工作如下：(1)系统收集、整理和分析了Th．X(X：Ni，V，Ti，Hf,In，Sn，Si)各二元系的热力学信息和实验相图数据，首次优化与计算了T11．x(X：Ni，VTi，Hf,In，Sn，Si)共计七个二元系的相图，并与实验信息取得了良好的一致性。(2)系统收集、整理和分析了U．X(X：Ni，Ti，V)和Pu．X(X：Ti，VSi)各二元系的热力学信息和实验相图数据，首次优化与计算了U．X(X：Ni，Ti，V)和Pu．X(X：Ti，V

3、Si)共计六个二元系的相图，并与实验信息取得了良好的一致性。(3)基于文献报道和本论文计算得到的T11．x，U．X，Pu．X各二元系的热力学参数，根据已有的实验相图信息，首次优化与计算了Me．Ti—Zr(Me：Th，U，Pu)各三元系的相平衡。计算结果与实验信息吻合良好。(4)基于文献报道和本论文计算得到的Me．Ti．Zr(Me：Th,U，Pu)各三元系的热力学参数，首次外推计算了U．Pu．ZroTi四元系的相平衡，为该类核燃料的合金设计提供了重要的理论指导。本研究的研究成果与本实验室有关u基和Th基核材料的热力学计算结果有机结合，系统的探索了相图计算

4、在核材料设计中的应用，初步建立了U，Th，Pu基核材料的热力学数据库，为新型核材料的设计和开发提供重要的理论指导。关键词：核材料；CALPHAD；热力学评估AbstractNuclearenergyisanimportantkindofnewenergy，andnuclearmaterialsareanimportantguaranteeforthesecureandhighlyefficientoperationofthenuclearactors．However，duetotherigorousrestrictionoftheexperimenta

5、lconditionsforthenuclearmaterial，thetraditionaltrialanderrormethodisnotusefulfortheinvestigationofthenuclearmaterials．Inordertodesignhigh—performancenuclearmaterials，knowledgeofphasediagramsandthermody’namicdataoftheinvolvedsystemsarecruciallynecessary．Inthispaper，thecalculation

6、sofphasediagrams(CALPHAD)intheTh-Xfx：Ni，Ti，VHf,In，Sn，Si)andU-X(X：Ni，Ti，V)andPu—X(X：Ti，VSi)systemsarecarriedout，andthethermodynamicdatabaseintonuclearmaterialsystemsisdeveloped，TheresultsiSdescribedasfollows．(1)Thermody’namicdescriptionoftheTh—X(X：Ni，Ti，VHf,In，Sn，Si)binarysystems

7、werefirstlyoptimizedbyusingtheCALPHADmethodbasedoncriticallyevaluatedexperimentaldata．Calculatedresultswereingoodagreementwiththeavailableexperimentaldata．(2)Thermod)7namicdescriptionoftheU-X(X：Ni，Ti，V)andPu—X(X：Ti，VSi)binarysystemswerefirstlyoptimizedbyusingtheCALPHADmethodbase

8、doncriticallyevaluatedexperimentaldata．Calculat