核反应堆结构与材料材料ppt课件.ppt
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1、2023/1/8,核科学与技术学院,1,第五章 核反应堆材料,王建军wang-电话:82569655,2023/1/8,核科学与技术学院,2,核反应堆中对材料的一般性要求,通用要求机械强度,抗腐蚀性,可加工性,导热性能反应堆内要求抗辐照性能与中子相互作用,2023/1/8,核科学与技术学院,3,核反应堆相关材料,按照功用可大致分为:核燃料材料提供核裂变慢化剂材料热中子反应堆必须冷却剂材料带走所产生的热能结构材料实现功能性控制材料控制核反应堆,2023/1/8,核科学与技术学院,4,一、材料的辐照效应,反应堆中的辐射来源带电粒子(、射线,来自于衰变过程)中子(来源于裂变和中子核反应)射线(来源于
2、裂变、衰变等)裂变碎片(裂变反应),辐照效应是特定物质在特定辐照条件下的效应,2023/1/8,核科学与技术学院,5,辐照效应之带电粒子作用类型:电离和激发(碰撞损失过程,速度不太高粒子)轫致辐射(辐射损能过程,高速粒子)射线特点:射程最短(比较射线和射线)射线特点:射程较短(相较射线),2023/1/8,核科学与技术学院,6,辐照效应之射线射线特点:射程较长(相较射线)作用形式复杂:光电效应;康普顿-吴有训散射效应和电子对效应与物质相互作用机理:共价键化合物,离子键化合物及金属键,2023/1/8,核科学与技术学院,7,辐照效应之中子(1)中子与物质相互作用类型:弹性碰撞,非弹性碰撞,辐射俘
3、获,放出带电粒子反应(n,p),放出几个中子的反应(高能中子反应),裂变反应中子辐照损伤原理位移能,原子-空穴中子与物质相互作用特点(快中子),2023/1/8,核科学与技术学院,8,辐照效应之中子(2),2023/1/8,核科学与技术学院,9,辐照效应之中子(3)辐照损伤程度与材料及辐照温度有关中子辐照损伤通常产生脆化效应,即硬度增加,延性下降辐照肿胀及定向生长(反应堆内效应)提高辐照温度可减轻损伤,即“退火”效应,2023/1/8,核科学与技术学院,10,辐照效应之裂变碎片裂变碎片本身不属于辐射效应范畴裂变碎片可在裂变区域附近产生近似快中子的“辐照效应”,即形成核燃料内原子位移杂化效应及肿
4、胀效应(两种效应),2023/1/8,核科学与技术学院,11,二、核燃料,反应堆中使用的裂变物质及可转换物质的统称,主要指U,Pu易裂变同位素,其功用主要用来产生裂变并放出裂变能量,核燃料,其功用主要用来产生裂变并放出裂变能量,2023/1/8,核科学与技术学院,12,良好的热物性,例如热导率高,抗辐照能力强,燃耗深,燃料的化学稳定性好,燃料与包壳、冷却剂的相容性好,核燃料的一般性要求,熔点高,且在低于熔点时不发生有害相变,机械性能好,易于加工,2023/1/8,核科学与技术学院,13,核燃料的存在形态,液态固态金属,陶瓷,弥散体型,2023/1/8,核科学与技术学院,14,金属型燃料(1),
5、金属型燃料的类型主要包括金属铀及铀合金金属铀的物理化学性质银灰色金属,密度高(18.6),热导率高,工艺性能好,熔点1133,沸点3600(优点)化学活性强,与大多数非金属反应(缺点)、相的转变温度662,772,2023/1/8,核科学与技术学院,15,金属型燃料(2),金属铀的工作条件限制由于相变限制,只能低于665辐照长大,定向长大限制低温工作环境辐照肿胀现象,较高温度条件下的金属燃料变形,适宜用于生产堆(堆芯温度较低,中子注量率不太高),2023/1/8,核科学与技术学院,16,金属型燃料(4),合金铀的相关说明主要合金形式有铀与锆、铬、钼、铌、铝等与金属铀相比,合金具有较好的机械性能
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