核电说明材料.ppt

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1、核电材料辐照、高温、高压、腐蚀性水介质……电站60年长寿命周期内核设备的完整性、可靠性目录1、核燃料2、包壳材料3、控制材料4、慢化剂5、冷却剂6、反应堆结构材料（核电用钢）7、核废料1、核燃料已经大量建造的核反应堆使用的是裂变核燃料235U和239Pu，很少使用233U。至今由于还未有建成使用聚变核燃料的反应堆，因此通常说到核燃料时指的是裂变核燃料。1、核燃料(1)热导率高A、如果导热不好，热量堆积，燃料棒热胀冷缩B、需要将热量传导致冷却介质，对外做功。(2)抗辐照能力强(3)燃料的化学稳定性好。燃料对冷却剂具有抗腐蚀能力(4)熔点高，且在低熔点时不

2、发生有害的相变；(5)机械性能好，易于加工。核燃料要求铀矿石有辐射？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、核燃料优点：裂变原子密度高导热性能好加工性能好金属铀缺点：从室温到熔点有三个同素异构体，分别为α、β、γ相。容易发生相变，导致体积的改变

3、。使燃料棒变形。α相(668℃β相(体积增大1.15%)774℃γ相(相体积增加0.71%)金属铀缺点：金属铀辐照稳定性差，辐照引起的尺寸变化，几何变形严重，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-锆合金。金属铀陶瓷材料二氧化铀优点：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）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陶瓷材料主要缺点是导热性能差，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

4、芯块产生辐射状裂缝．同时晶粒的结构也发生改变。2、包壳材料2、包壳材料Zr200元/公斤不锈钢16元/公斤2、包壳材料2、包壳材料各元素的中子吸收面积熔点为2125K2、包壳材料减少阴离子空位减少O的扩散2、包壳材料2、包壳材料3、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（

5、4）原子密度高（5）不腐蚀结构材料4、慢化剂1）石墨辐照对石墨的影响：热导率下降尺寸变化2）铍铍是较好的慢化剂和反射层材料。优点：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。缺点：较脆、难于加工、辐照性能差，且铍有毒、价格贵。4、慢化剂3）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。缺点：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）重水优点：慢化能力好、慢化比高。缺点：沸点101.42℃，因此

6、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、冷却剂中子吸收和感生放射性小高的沸点和低的熔点高的比热热导率大和系统其他材料相容性好价格便宜冷却剂材料要求5、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、反应堆结构材料以1

7、00万千瓦压水堆为例，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6、反应堆结构材料结构材料在反应堆内受中子辐照后产生的主要效应有：（1）电离效应（2）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。（3）离位效应中

8、子与原子核碰撞时，若中子传递给原子的能量足够大，原子将脱离点阵节点留下一个空位。（4）离位峰中