材料科学结课论文

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1、材料科学结课论文题目：多种材料在核反应冷却中的应用学生姓名：孙天麒学号：114263050118专业班级：14自动化2015年6月13日星期六核反应谁冷却材料(nuclearreactorcoolantmaterial)其在人工控制核反应进行时起着至关重要的任务。核反应堆冷却材料也就是流经堆活性区带走核裂变热量的核反应堆材料，在工程上我们也称其为核反应堆冷却剂或核反应堆载热剂，其主要作用也可对比火电中的高温高压水。主要作用是及时将高温导出，一是为了保护设备免遭高温损坏，二则是将热能导出后加以利用(这部分热能也是核电和火电发电时的主要收益能量X

2、冷却材料在核反应中充当的是一种换热介质，并且需要时刻循环流动而对冷却材料的要求与反应堆类型密切相关，但所有的冷却材料应满足下列基本要求:热容大、热导率高、粘度小、熔点低、沸点高。而常用的反应堆冷却材料有气体、液体、熔融金属3种形态下面我们来分别了解下这三种材料气体材料：主要包括空气、氦气、二氧化碳气等。但是由于空气的换热性能差，高温时氧、氮活性较大，因此一般情况下只用于低功率密度的研究用反应堆内；氦气具有高的热导率和化学情性，是一种比较理想的气态冷却材料，但其价格较贵，限制了它的应用；二氧化碳应用较广，主要原因是它的安全性好、成本低、与其他材

3、料相容性好，例如在最近比较热门的石墨反应堆中就存在着比较好的应用。液态冷却材料：对于液态冷却材料这里我们主要讨论轻水和重水，众所周知水的比热容较大且价格相对廉价因而其成为反应堆的液态冷却材料也不足为奇那么由轻水所构成的反应堆我们称之为轻水堆，轻水堆虽然做为一种技术含量相对较低的反应堆但是其使用范围与使用周期却是最长的，并且它也处在不断的创新与发展中这里我们可以简单的介绍一下其最新的成果超临界水冷却反应堆(SCLWR-H)(1-1)。超临界水冷却反应堆系统是一种高温高压的水冷反应堆，它可以在高于水的热力学临界点的工况下运行。超临界的水冷却剂可以

4、使系统的热效率比目前的轻水反应堆高出大约三分之一，同时由于冷却剂在反应堆内不改变相态并且直接与能量转换设备相连。而除了轻水外还有一种重要的液态冷却材料。因而这里也就需要先介绍一下吸收截面(absorptioncrosssectionX1-2)这个概念。可以将其简单的概述为入射粒子被靶核所吸收的概率，那么接下我们就可以请出一位极其重要的嘉宾重水，相信对于重水大家都多少有些了解吧，即便是文科生，相信各位的初中话学老师也在课堂上提起过它吧。重水(Deuteriumoxide)是由氘和氧组成的化合物。分子式D20这种材料作为冷却液有一项极大的优点便是

5、它的热中子吸收截面极小这也就是说其慢化率(1-3)很高U-235是自然界中存在的唯一易裂变的物质而低能的中子一热中子则更易引发其裂变而裂变后释放的中子称为快中子，所以在反应堆中要将快中子转化为热中子，让热中子去弓I发裂变。而快中子变成热中子的过程即是损失能量的过程这一过程称为"中子慢化"继续我们刚才所说的重水，它热中子吸收截面极小，慢化率很高因而其是一种理想的冷却与慢化相结合的核反应堆材料，特别适于天然铀反应堆中使用。可惜重水制取困难、价格昂贵，应用大受限制然而这并不能阻止重水堆发展的步伐，目前我国的秦山核电站三期工程已经启动重水堆，这代表我

6、国重水堆也已进入商业用途;对于液态冷却材料也有不少有机冷却材料例如如苯联或其混合物，而这类有机混合冷去材料所特有的优点自然是因沸点较高，蒸气压低，无需加压使用。但是其缺点也是十分的明显热和福照稳定性差，热导率不高，故只适用于小体积轻便式反应堆，应用有限，大多用于小规模的实验研究等。熔融金属冷却材料：主要包括钠、钾、钠一钾合金等。对于金属而言它们的主要优点当然是：热导性好、沸点高、饱和蒸气压低，可在常压下实现这类冷却材料的高温回路运行。对于必须在高温下运行的反应堆，它们是比较理想的冷却材料。而以上这些均是熔融金属的一些物理性质，熔融金属冷却材料

7、在应用中最大的优势无疑在于它对快中子慢化率更低，这也就意味着在使用熔融金属冷却材料的反应堆中可以同时存在着大量的快中子这无疑极大的提高了反应的效率并且熔融金属冷却材料堆有着增殖的功效快中子反应堆不用铀-235,而用钚-239怍燃料，不过在堆心燃料钚-239的外围再生区里放置铀-238。钚-239产生裂变反应时放出来的快中子，被装在外围再生区的铀-238吸收，铀-238就会很快变成钚-239。这样，钚-239裂变，在产生能量的同时，又不断地将铀-238变成可用燃料钚-239,而且再生速度高于消耗速度，核燃料越烧越多，快速増殖，所以这种反应堆又称

8、"快速增殖堆'据计算，如快中子反应堆推广应用，将使铀资源的利用率提高50-60倍，大量铀-238堆积浪费，这也对环境的保护已经废料的处理起到了至关重要的作用，因此我