核电关键材料及我国核电应用现状与发展趋势

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1、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

2、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，

3、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倍.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，具有对中子散射截面大、吸收面积小以及质量数接近中子的特点。主要的慢化剂材料有氢、氘、铍、石墨和氧化锆等。2.1.4控制材料控制材料是通过吸收中子来控制反应堆裂变的材料。常用的控制材料有铪、BC、Ag-In-Cd、硼硅酸玻璃等。2.1.5冷却剂材料冷却剂材料的作用是将堆芯产生的热

4、量输送到用热处，具有良好的载热性能，能够承受大量中子照射而不分解。目前大多数热中子堆都使用轻水或重水作为冷却剂材料；快中子堆采用液态金属钠，而气冷堆则用CO或氦作为冷却剂材料。2.1.6反射层材料反射层材料可以防止堆芯裂变中子泄露到堆芯外部，有效利用中子，具有中子散射截面大、而吸收面积小的特点。常用的反射层材料有铍、石墨等。2.1.7屏蔽材料屏蔽材料的作用是屏蔽热中子、γ射线等。常见的屏蔽材料有铁、铅、重混凝土、硼钢、BC-Al复合材料等。2.1.8反应堆容器材料反应堆容器材料需满足以下的特殊要求：①应具有优良的冶金质量，即要求材质具有足够高的纯净度、致密度

5、和均匀度；②应具有适当的强度，而不是越高越好；③应具有够高的塑韧性，且塑韧性越高越好；④应具有优良的抗辐照脆化和耐时效老化性能；⑤应具有优良的焊接性、冷热加工性能；⑥与RPV冷却剂接触的材料应具有优良的抗腐蚀性能。常见的反应堆容器材料有高强度钢，如A-508.2.2核聚变材料2.2.1聚变核燃料聚变核燃料主要是氘和氚。1g的氘氚核聚变反应所释放的能量相当于约9000L的汽油。2.2.2氚增殖材料氚增殖材料的基本要求：有一定的氚增殖能力，化学稳定性好，与第一壁结构和冷却剂有好的相容性，氚回收容易，残留量低。氚增殖材料主要有Al-Li合金、陶瓷型的LiO、偏铝酸

6、锂、偏锆酸锂、液态锂铅合金、锂铍氟化物熔盐等。2.2.3中子倍增材料中子倍增材料主要是含有铍、铅、锆等元素的化合物或合金，如ZrPb、PbO和Pb-Bi合金等。2.2.4第一壁材料第一壁材料包括第一壁表面覆盖材料、第一壁结构材料、高热流材料和低活化材料。第一壁覆盖材料要求与等离子体相互作用性能好，主要有铍、石墨、碳化硅、碳/碳、碳/碳化硅纤维强化复合材料；第一壁结构材料要求在高温、高中子负荷下有合适的工作寿命，主要有奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢、钒、钛、铌和钼等合金；高热流材料主要有铜合金、钼合金、锭合金以及钨、铁和石墨等；低活化材料有不含镍的铬锰奥氏体不锈钢

7、、马氏体钢、钒合金和高纯度的碳纤维增强材料等。3、我国核电应用现状与发展趋势3.1现状简述迄今为止，全世界共有442台核电机组在运行，装机容量达到3.36亿千瓦，核电占全世界发电总量已经连续17年稳定在16%左右，而我国已投产核电装机容量约910万千瓦，约占全国电力总装机的2%，比例很低。改革开放以来，我国经济快速发展，能源供需紧张问题日益凸显，而积极发展核电，是目前解决经济发展与能源短缺这一矛盾的最好方法。核电具有燃料消耗少、发电成本低的优势，还可以大大减少燃料的运输量。例如，一座100万kW的火电站每年耗煤三四百万t，而相同功率的核电站每年仅需铀燃料三四

8、十t。核电的另一个很大的优势是干净、清洁，对于发展迅