反应堆材料第一章序言

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1、1反应堆材料阮於珍编核工业研究生部2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3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。4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

2、工程所面临的条件要复杂得多。5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材料在堆内的工作条件（2）高温度梯度：在运行条件下，燃料棒芯块中心的温度可达200

3、0℃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。71.1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

4、，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）。8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。9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）

5、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。10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

6、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。11沸水堆电站系统12压水堆（PWR）压水堆一般有两个水回路，中间是蒸汽发生器（steamgenerator）。（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。13压水

7、堆电站系统14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（feulchannel）或压力管（pressuretube）。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。15CANDU型反

8、应堆流程图图1.316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。17快堆电站系统181.2材料的分