核电材料优质PPT.ppt

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铀矿石有辐射？

铀矿石确实有辐射，但没想的可怕。

Why?

含量太少，裂变产生的中子很难击中下一个铀原子。

1、核燃料、核燃料精炼铀比沙里淘金难多了在天然铀中，可以用作核燃料铀235的含量只有0.72%，铀238的含量大于99.2%。

天然铀中几乎全是铀238，要想把铀235的浓度提高，非常困难。

因它们属于同一种元素，化学性质几乎一样，质量相差也不大，只相差3个中子。

4%0.7%1、核燃料、核燃料优点：

优点：

裂变原子密度高裂变原子密度高导热性能好导热性能好加工性能好加工性能好金属铀缺点：

缺点：

从室温到熔点有三个同从室温到熔点有三个同素异构体，分别为素异构体，分别为、相。

容易发生相变，导致体积相。

容易发生相变，导致体积的改变。

使燃料棒变形。

的改变。

相相（668（668相相（体积增大体积增大1.15%）1.15%）774774相相（相体积增加相体积增加0.71%）0.71%）金属铀缺点：

金属铀金属铀辐照稳定性辐照稳定性差，辐照引起的尺寸变化，几何变形差，辐照引起的尺寸变化，几何变形严重，它的堆内寿命短。

严重，它的堆内寿命短。

铀合金与金属铀相比，其优点是能改善辐照稳定性、增铀合金与金属铀相比，其优点是能改善辐照稳定性、增加抗高温水腐蚀性能。

缺点是合金元素会使中子有害吸加抗高温水腐蚀性能。

缺点是合金元素会使中子有害吸收增加，需采用富集铀。

用于动力堆的只有铀收增加，需采用富集铀。

用于动力堆的只有铀-锆合金。

锆合金。

金属铀陶瓷材料二氧化铀优点：

二氧化铀优点：

抗辐照能力强（键合力大）抗辐照能力强（键合力大）对裂变气体包容量大（陶瓷材料本身有空隙）对裂变气体包容量大（陶瓷材料本身有空隙）熔点高，高温稳定性好熔点高，高温稳定性好具有极好的抗高温水及钠的腐蚀能力具有极好的抗高温水及钠的腐蚀能力陶瓷材料主要主要缺点缺点是导热性能差，燃料元件内径向温度梯是导热性能差，燃料元件内径向温度梯度大，所产生的热应力会使圆柱状的燃料芯块产度大，所产生的热应力会使圆柱状的燃料芯块产生辐射状裂缝同时晶粒的结构也发生改变。

生辐射状裂缝同时晶粒的结构也发生改变。

2、包壳材料、包壳材料2、包壳材料、包壳材料Zr200元/公斤不锈钢16元/公斤2、包壳材料、包壳材料2、包壳材料、包壳材料各元素的中子吸收面积熔点为2125K2、包壳材料、包壳材料减少阴离子空位减少O的扩散2、包壳材料、包壳材料2、包壳材料、包壳材料3、控制材料、控制材料控制材料的特点是中子吸收截面大，如硼B、铪Hf、镉Cd等4、慢化剂、慢化剂对固体慢化剂要求：

对固体慢化剂要求：

（1）中子吸收截面小，质量数低，散射截面大；

（2）热稳定性及辐射稳定性好；

（3）传热性能好；

（4）密度高；

（5）价廉易得。

对液体慢化剂的要求：

（1）熔点在室温以下，高温下蒸汽压要低

（2）良好的传热性能（3）良好的热稳定性和辐照稳定性（4）原子密度高（5）不腐蚀结构材料4、慢化剂、慢化剂1）石墨）石墨辐照对石墨的影响：

u热导率下降u尺寸变化2）铍）铍铍是较好的慢化剂和反射层材料。

慢化能力比石墨大、高温强度好、熔点、热导率、比热都比较高，所以适用于高温反应堆，较强的抗腐蚀能力，尤其在二氧化碳中稳定性良好。

较脆、难于加工、辐照性能差，且铍有毒、价格贵。

4、慢化剂、慢化剂3）普通水）普通水优点：

慢化能力优越、价格低、热中子徙动长度小、可同时作为慢化剂和冷却剂。

热中子吸收截面相当高，相应堆型只能够使用浓缩铀作为燃料、沸点低，用于反应堆时需加高压。

4）重水）重水优点：

慢化能力好、慢化比高。

沸点101.42，因此在高温的反应堆仍然需要加高压。

重水需要浓集（电解法、蒸馏法、化学交换法）。

5、冷却剂、冷却剂中子吸收和中子吸收和感生放射性小感生放射性小高的沸点和低的熔点高的沸点和低的熔点高的比热高的比热热导率大热导率大和系统其他材料相容性好和系统其他材料相容性好价格便宜价格便宜冷却剂材料要求冷却剂材料要求5、冷却剂、冷却剂水水作为冷却剂和慢化剂主要应用于轻水堆沸点低、在高温下有腐蚀作用重水重水慢化堆采用重水作冷却剂的好处是可以降低核燃料的浓缩度价格昂贵钠钠作为冷却剂主要应用于快中子堆钠水剧烈反应、温度梯度质量迁移、金属的扩散结合、存在由反应性正空泡效应引起的控制和安全问题。

气体气体作为冷却剂主要应用于气冷堆因运行压力和流量大而消耗功率大、价格昂贵、泄漏问题。

6、反应堆结构材料、反应堆结构材料以100万千瓦压水堆为例，用到钢的地方有：

修建厂房的普通钢：

5万吨以100万千瓦压水堆为例，用到钢的地方有：

压力容器及安全壳：

3700吨6、反应堆结构材料、反应堆结构材料以100万千瓦压水堆为例，用到钢的地方有：

各种管路：

1000吨6、反应堆结构材料、反应堆结构材料以100万千瓦压水堆为例，用到钢的地方有：

堆芯：

100吨6、反应堆结构材料、反应堆结构材料冷凝器、涡轮机都是工作在高温高压环境中压力容器、蒸汽发生器除了高温，还受到中子辐射6、反应堆结构材料、反应堆结构材料6、反应堆结构材料、反应堆结构材料结结构构材材料料在在反反应应堆堆内内受受中中子子辐辐照照后后产产生生的的主主要要效效应应有：

有：

（1）电离效应电离效应

（2）嬗变效应嬗变效应受撞原子核吸收一个中子变成另外原子的核反应。

受撞原子核吸收一个中子变成另外原子的核反应。

（3）离位效应离位效应中中子子与与原原子子核核碰碰撞撞时时，若若中中子子传传递递给给原原子子的的能能量量足足够大，原子将脱离点阵节点留下一个空位。

够大，原子将脱离点阵节点留下一个空位。

（4）离位峰中的相变离位峰中的相变有序合金在辐照时转变为无序相或非晶态相。

有序合金在辐照时转变为无序相或非晶态相。

A、诱发辐射、诱发辐射腐蚀产物（具有诱发放射性），一般是悬浮在一回路的冷却剂中，在流动过程中会沉积在滞流水区，使得一回路带有放射性，给设备检修带来不便。

四十年的设计寿命内，100万千瓦的压水堆，腐蚀量高达2吨。

为了减少诱发放射性，需要减少钴的含量。

A、诱发辐射、诱发辐射B、高温高载荷下的腐蚀、高温高载荷下的腐蚀在不同外部条件下，电极电位偏离理论值的程度不同，形成原电池B、高温高载荷下的腐蚀、高温高载荷下的腐蚀防止电化学腐蚀的措施：

防止电化学腐蚀的措施：

获得均匀的单相组织。

提高合金的电极电位。

使表面形成致密的钝化膜。

B、高温高载荷下的腐蚀、高温高载荷下的腐蚀Cr：

是提高耐蚀性的：

是提高耐蚀性的主要元素主要元素形成稳定致密的形成稳定致密的Cr2O3氧化膜氧化膜.Cr含量大于含量大于13%时，时，形成单相铁素体组形成单相铁素体组织。

织。

提高基体电极电位提高基体电极电位Cr对对Fe-Cr电极电位的影响电极电位的影响不锈钢为什么要生锈（腐蚀）？

不锈钢为什么要生锈（腐蚀）？

缝隙腐蚀缝隙腐蚀O2OH-O2OH-Mn+MMn+MO2OH-O2OH-Mn+MMn+MMn+MMn+MH+Cl-缝隙中的溶液缝隙中的溶液：

液体流动较：

液体流动较慢，各种离子富集，构成浓慢，各种离子富集，构成浓差电池。

差电池。

贫化理论的沿晶界腐蚀模型贫化理论的沿晶界腐蚀模型贫化理论的沿晶界腐蚀模型贫化理论的沿晶界腐蚀模型n晶界区域与晶粒内部之间晶界区域与晶粒内部之间有较大的电化学性能差异有较大的电化学性能差异引起的。

例如：

引起的。

q304不锈钢在晶界上析出的不锈钢在晶界上析出的Cr23C6碳化物后，使晶界附碳化物后，使晶界附近形成贫铬区，当近形成贫铬区，当Cr的含量的含量降至降至12以下时，因电位急以下时，因电位急剧下降，而使贫铬区活化变剧下降，而使贫铬区活化变为阳极溶解区，此时晶内仍为阳极溶解区，此时晶内仍处于含处于含18高铬的正电位稳高铬的正电位稳定态而起阴极作用。

定态而起阴极作用。

晶间腐蚀晶间腐蚀应力腐蚀应力腐蚀应力腐蚀应力腐蚀定义：

定义：

受一定受一定拉伸应力拉伸应力作用的金属材料在某些作用的金属材料在某些特定的介特定的介质质中，由于腐蚀介质和应力的协同作用而发生的中，由于腐蚀介质和应力的协同作用而发生的脆性断裂脆性断裂现象。

现象。

应力腐蚀应力腐蚀SCC需要同时具备三个条件需要同时具备三个条件:

（1）敏感的金属材料敏感的金属材料

（2）特定的腐蚀介质特定的腐蚀介质（3）足够大的拉伸应力足够大的拉伸应力特定的材料：

不存在应力时，单纯的腐蚀作用？

特定的材料：

No不存在腐蚀时，单纯的应力作用？

不存在腐蚀时，单纯的应力作用？

No应力腐蚀应力腐蚀在应力作用下，位错沿在应力作用下，位错沿着滑移面运动至金属表着滑移面运动至金属表面面表面产生滑移台阶表面产生滑移台阶表面膜产生局部破裂并表面膜产生局部破裂并暴露活泼的新鲜金属；

暴露活泼的新鲜金属；

机制-钝化膜破裂-局部腐蚀-裂纹应力腐蚀应力腐蚀应力腐蚀应力腐蚀应力腐蚀应力腐蚀6、核废料、核废料6、核废料、核废料6、核废料、核废料国际上有两种办法：

永久禁锢在地下，“招安”部分可用之才。

“美国耗资1000亿美元在尤卡山挖了一个几百米深的地下储藏基地，但是到2015年，储量已经达到75%6、核废料、核废料贫铀炸弹贫铀炸弹将核废料制作成合金，它具有高密度将核废料制作成合金，它具有高密度（钢密度的钢密度的2.42.4倍倍），高强度及高硬度，穿甲性能优良。

，高强度及高硬度，穿甲性能优良。

易爆性易爆性，除了弹头外，还会添加到炸药中。

燃烧生，除了弹头外，还会添加到炸药中。

燃烧生成的铀氧化物烟雾可传至成的铀氧化物烟雾可传至4040公里以外，吸入人体后公里以外，吸入人体后会重金属中毒。

会重金属中毒。