第二章--核反應(yīng)堆材料

1、Harbin Engineering University核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 核反應(yīng)堆工程設(shè)計核反應(yīng)堆工程設(shè)計主要內(nèi)容主要內(nèi)容2. 核燃料核燃料 3. 慢化劑材料慢化劑材料 4. 冷卻劑材料冷卻劑材料 5. 結(jié)構(gòu)材料結(jié)構(gòu)材料 6. 控制材料控制材料 1. 材料的輻照效應(yīng)材料的輻照效應(yīng) 反應(yīng)堆材料在核電站中的作用和地位是十分重要的：反應(yīng)堆材料在核電站中的作用和地位是十分重要的：1.反應(yīng)堆安全的重點是防止堆內(nèi)放射性物質(zhì)外逸；反應(yīng)堆安全的重點是防止堆內(nèi)放射性物質(zhì)外逸；2.核電廠的可靠性和經(jīng)濟性也與材料密切相關(guān)；核電廠的可靠性和經(jīng)濟性也與材料密切相關(guān)；3.反應(yīng)堆材料對各種堆型的設(shè)計、建造

2、和壽命也有密切的關(guān)反應(yīng)堆材料對各種堆型的設(shè)計、建造和壽命也有密切的關(guān)系；系；4.反應(yīng)堆材料對反應(yīng)堆的建設(shè)質(zhì)量和水平以及系列化、商品反應(yīng)堆材料對反應(yīng)堆的建設(shè)質(zhì)量和水平以及系列化、商品化和改進與發(fā)展都起著重要的先導(dǎo)作用?；透倪M與發(fā)展都起著重要的先導(dǎo)作用。核動力設(shè)備的材料必須按照其使用條件合理選用，必須符合核動力設(shè)備的材料必須按照其使用條件合理選用，必須符合國家制定的相應(yīng)規(guī)范和標準國家制定的相應(yīng)規(guī)范和標準前言前言 核性能 力學(xué)性能 化學(xué)性能 物理性能 輻照性能 工藝性能 經(jīng)濟性反應(yīng)堆材料的性能應(yīng)滿足下列要求: 輻照產(chǎn)生的晶體缺陷是引起材料性能變化的根源，由輻照產(chǎn)生的晶體缺陷是引起材料性能變化的根源

3、，由于性能的變化直接關(guān)系到反應(yīng)堆的安全和壽命，因而工程于性能的變化直接關(guān)系到反應(yīng)堆的安全和壽命，因而工程上最關(guān)心的就是輻照效應(yīng)。上最關(guān)心的就是輻照效應(yīng)。 來源：來源：、粒子粒子, ,射線射線, ,中子和裂變碎片中子和裂變碎片1. 材料的輻照效應(yīng)材料的輻照效應(yīng) （1）帶電粒子和射線 粒子、粒子、 射線通過物質(zhì)時會引起電離或電子激發(fā)，即它射線通過物質(zhì)時會引起電離或電子激發(fā)，即它們僅擾動物質(zhì)中原子和電子。由于們僅擾動物質(zhì)中原子和電子。由于射線的射程短，因此電離射線的射程短，因此電離主要是由于主要是由于射線的影響。電離作用使化合物的化學(xué)鍵破壞而射線的影響。電離作用使化合物的化學(xué)鍵破壞而分解成單體。由于

4、分解成單體。由于粒子在物質(zhì)中射程較短，在熱中子反應(yīng)堆粒子在物質(zhì)中射程較短，在熱中子反應(yīng)堆中，它們并不重要，暫不討論。中，它們并不重要，暫不討論。 在反應(yīng)堆中，中子是引起材料輻照損傷的重要原因，在反應(yīng)堆中，中子是引起材料輻照損傷的重要原因，中子進入物質(zhì)后與原子發(fā)生碰撞，并把大量能量傳遞給原中子進入物質(zhì)后與原子發(fā)生碰撞，并把大量能量傳遞給原子，被碰撞的原子離開原來晶體點陣中的平衡位置，成為子，被碰撞的原子離開原來晶體點陣中的平衡位置，成為間隙原子，并留下一個相應(yīng)的空穴。這樣或多或少都會在間隙原子，并留下一個相應(yīng)的空穴。這樣或多或少都會在晶體中造成永久的缺陷，從而引起材料物理化學(xué)性質(zhì)的永晶體中造成永

5、久的缺陷，從而引起材料物理化學(xué)性質(zhì)的永久性質(zhì)的變化。久性質(zhì)的變化。（2）中子）中子反沖核反沖核電離和電子激發(fā)電離和電子激發(fā)射線射線位移峰位移峰快中子快中子激發(fā)的復(fù)核激發(fā)的復(fù)核熱中子熱中子由于由于(n,p) (n, )反反應(yīng)產(chǎn)生雜質(zhì)原子應(yīng)產(chǎn)生雜質(zhì)原子位移原子位移原子（間隙原子和空穴）（間隙原子和空穴）吸收(n,p)(n, )反沖核射程結(jié)束 （3）裂變碎片）裂變碎片 裂變碎片帶有大部分裂變所釋放的能量，因此它裂變碎片帶有大部分裂變所釋放的能量，因此它也使原子發(fā)生位移。且由于它的射程短，所以原子位也使原子發(fā)生位移。且由于它的射程短，所以原子位移只發(fā)生在發(fā)生裂變附近極小的區(qū)域出現(xiàn)，所形成的移只發(fā)生在發(fā)

6、生裂變附近極小的區(qū)域出現(xiàn)，所形成的位移峰效應(yīng)和快中子相似。位移峰效應(yīng)和快中子相似。(1)熱導(dǎo)率高；熱導(dǎo)率高； (2)抗輻照能力強，以達到高的燃耗；抗輻照能力強，以達到高的燃耗； (3)燃料的化學(xué)穩(wěn)定性好。燃料對冷卻劑具有抗腐蝕能力；燃料的化學(xué)穩(wěn)定性好。燃料對冷卻劑具有抗腐蝕能力；(4)熔點高，且在低熔點時不發(fā)生有害的相變；熔點高，且在低熔點時不發(fā)生有害的相變；(5)機械性能好，易于加工。機械性能好，易于加工。 核燃料：在反應(yīng)堆內(nèi)能使核裂變反應(yīng)自持的易裂變物質(zhì)?？珊巳剂希涸诜磻?yīng)堆內(nèi)能使核裂變反應(yīng)自持的易裂變物質(zhì)?？勺鳛楹巳剂系囊琢炎兾镔|(zhì)是鈾作為核燃料的易裂變物質(zhì)是鈾-233、鈾、鈾-235和钚和

7、钚-239。其中鈾。其中鈾-235是天然存在的，而鈾是天然存在的，而鈾-233和钚和钚-239分別由釷分別由釷-232和鈾和鈾-238用用人工方法轉(zhuǎn)換而得。人工方法轉(zhuǎn)換而得。2. 核燃料核燃料 核燃料要求核燃料要求 UO2UCUN 金金屬屬鈾鈾金金屬屬型型燃燃料料鈾鈾合合金金二二氧氧化化鈾鈾固固體體燃燃料料 陶陶瓷瓷型型燃燃料料 碳碳化化鈾鈾核核燃燃料料氮氮化化鈾鈾彌彌散散型型燃燃料料液液體體燃燃料料 核燃料分類核燃料分類 1）金屬型燃料：）金屬型燃料： 金屬鈾的金屬鈾的優(yōu)點優(yōu)點：鈾的核密度高，導(dǎo)熱性能好。：鈾的核密度高，導(dǎo)熱性能好。缺點缺點是燃料的工是燃料的工作溫度低化學(xué)活性強，在常溫下也會

8、與水起劇烈反應(yīng)而產(chǎn)生氫氣，作溫度低化學(xué)活性強，在常溫下也會與水起劇烈反應(yīng)而產(chǎn)生氫氣，在空氣中會氫化，粉末狀態(tài)的鈾易著火。在高溫下只能與少數(shù)冷卻在空氣中會氫化，粉末狀態(tài)的鈾易著火。在高溫下只能與少數(shù)冷卻劑相容。劑相容。 鈾合金與金屬鈾相比，其優(yōu)點是能改善輻照穩(wěn)定性、增加抗高鈾合金與金屬鈾相比，其優(yōu)點是能改善輻照穩(wěn)定性、增加抗高溫水腐蝕性能。缺點是合金元素會使中子有害吸收增加，需采用富溫水腐蝕性能。缺點是合金元素會使中子有害吸收增加，需采用富集鈾。用于動力堆的只有鈾集鈾。用于動力堆的只有鈾-鋯合金。鋯合金。2）陶瓷型燃料：）陶瓷型燃料： 二氧化鈾二氧化鈾優(yōu)點優(yōu)點：抗輻照能力強，對裂變氣體包容量大，

9、輻照：抗輻照能力強，對裂變氣體包容量大，輻照下尺寸變化很小，因此能達到高的比燃耗；熔點高，高溫穩(wěn)定性下尺寸變化很小，因此能達到高的比燃耗；熔點高，高溫穩(wěn)定性好；具有極好的抗高溫水及鈉的腐蝕能力，與包殼的相容性好。好；具有極好的抗高溫水及鈉的腐蝕能力，與包殼的相容性好。主要主要缺點缺點是導(dǎo)熱性能差，燃料元件內(nèi)徑向溫度梯度大，所產(chǎn)生的是導(dǎo)熱性能差，燃料元件內(nèi)徑向溫度梯度大，所產(chǎn)生的熱應(yīng)力會使圓柱狀的燃料芯塊產(chǎn)生輻射狀裂縫同時晶粒的結(jié)構(gòu)熱應(yīng)力會使圓柱狀的燃料芯塊產(chǎn)生輻射狀裂縫同時晶粒的結(jié)構(gòu)也發(fā)生改變。也發(fā)生改變。核燃料特點核燃料特點碳化鈾碳化鈾的優(yōu)點的優(yōu)點：高溫下化學(xué)穩(wěn)定性好；熱導(dǎo)率比二氧化鈾大許多

10、倍，因此在相當高的比功率下也不致造成中心熔化；它的理論密度較高(1363gcm3)。因而每單位體積中含鈾量比二氧化鈾多。缺點是容易和水及蒸汽發(fā)生反應(yīng)；包容裂變氣體的能力不如二氧化鈾，因此在高溫下腫脹率大。氮化鈾氮化鈾燃料的優(yōu)點燃料的優(yōu)點：抗輻照、抗高溫蠕變能力強；熱導(dǎo)率高，和碳化鈾相當；含鈾密度比二氧化鈾、碳化鈾都高；在空氣中不發(fā)生明顯的腐蝕；用作快堆構(gòu)料時增殖比大于二氧化鈾燃料。尤其是成分為(U0.8Pu0.2)N混合氮化物，與包殼的相容性好，腫脹較低。但高溫下容易分解，所以，中心溫度必須小于1250。此外，氮對中子的有害吸收較氧和碳大，使燃料循環(huán)成本增加。 3）彌散型燃料：）彌散型燃料：

11、彌散型燃料是由二氧化鈾或碳化鈾等陶瓷燃料顆粒，依所需的物理性質(zhì)彌散在金屬、非金屬或陶瓷基體上所組成。其優(yōu)點是能比合金燃料承受更高的燃耗。彌散型燃料的基體應(yīng)具有較小的中子吸收截面。 在制作過程中應(yīng)使燃料顆粒足夠分散，這樣，裂變碎片造成的輻照損傷區(qū)不會發(fā)生重疊，從而使燃料元件能在較高的燃耗下個發(fā)生明顯的腫脹。 彌散型燃料的各種性質(zhì)與基體材料類似，通常具有較高的強度，導(dǎo)熱性好，耐冷卻劑腐蝕。但由于彌散型燃料中基體材料所占的百分比大，燃料顆粒彌散后會受到稀釋，故必須采用富集鈾。 核燃料視頻核燃料視頻對固體慢化劑要求：對固體慢化劑要求：(1)中子吸收截面小，質(zhì)量數(shù) 低，散射截面大；(2)熱穩(wěn)定性及輻射穩(wěn)

12、定性好；(3)傳熱性能好；(4)密度高；(5)價廉易得。 對液體慢化劑的要求：對液體慢化劑的要求：（1）熔點在室溫以下， 高溫下蒸汽壓要低（2）良好的傳熱性能（3）良好的熱穩(wěn)定性和 輻照穩(wěn)定性（4）原子密度高（5）不腐蝕結(jié)構(gòu)材料3. 慢化劑材料慢化劑材料 此外，對固體慢化劑還要求結(jié)構(gòu)強度高，抗腐蝕性能好，易于加工。對液體慢化劑要求不腐蝕結(jié)構(gòu)材料，熔點在室溫以下，高溫時具有低的蒸汽壓。1）石墨）石墨 石墨分為天然石墨和人造石墨兩種。 天然石墨: 天然石墨是一種非金屬礦物。 按其結(jié)晶的形狀分兩種：形狀呈顆粒狀的叫致密土狀石墨; 形狀呈魚鱗片的叫鱗片狀石墨。我國的石墨資源以鱗片狀石墨礦為主。 人造石

13、墨: 人造石墨是以無煙煤、 焦碳、 瀝青等原料， 經(jīng)過煅燒、 粉碎、 篩分、 成型、 石墨化等工藝過程而制成的產(chǎn)品。 反應(yīng)堆用石墨的要求：u純度高；u密度高；u石墨化程度高。分類：重水普通水液體鈹?shù)裙腆w：石墨、鈹及氧化慢化劑輻照對石墨的影響：u熱導(dǎo)率下降；u尺寸變化；u潛能。2）鈹）鈹鈹是較好的慢化劑和反射層材料。優(yōu)點：慢化能力比石墨大、高溫強度好、熔點、熱導(dǎo)率、比熱都比較高，所以適用于高溫反應(yīng)堆，較強的抗腐蝕能力，尤其在二氧化碳中穩(wěn)定性良好。缺點：較脆、難于加工、輻照性能差，且鈹有毒、價格貴。3）氧化鈹）氧化鈹氧化鈹是陶瓷燃料，熱中子吸收截面小、慢化能力大、熔點高，可在高溫液態(tài)金屬反應(yīng)堆和高

14、溫氣冷堆中做慢化劑、反射層及核材料基體。優(yōu)點：具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，在高溫液態(tài)金屬、二氧化碳等中都是穩(wěn)定的。缺點：但在濕空氣中加熱會生成毒性的氫氧化鈹揮發(fā)物，因此比金屬鈹難于加工。 中子吸收和感生放射性??；中子吸收和感生放射性??； 高的沸點和低的熔點；高的沸點和低的熔點； 高的比熱，唧送功率低；高的比熱，唧送功率低； 熱導(dǎo)率大；熱導(dǎo)率大； 有良好的熱和輻照穩(wěn)定性；有良好的熱和輻照穩(wěn)定性； 和系統(tǒng)其他材料相容性好；和系統(tǒng)其他材料相容性好； 價格便宜。價格便宜。4. 冷卻劑材料冷卻劑材料 冷卻劑材料要求冷卻劑材料要求常用冷卻劑常用冷卻劑水水作為冷卻劑和慢化劑主要應(yīng)用于輕水堆沸點低、存在沸騰臨界、在

15、高溫下有腐蝕作用重水 重水慢化堆采用重水作冷卻劑的好處是可以減少核燃料的裝載量或降低核燃料的濃縮度價格昂貴鈉鈉作為冷卻劑主要應(yīng)用于快中子堆。鈉水劇烈反應(yīng)、溫度梯度質(zhì)量遷移、金屬的擴散結(jié)合、存在由反應(yīng)性正空泡效應(yīng)引起的控制和安全問題。氣體 氣體作為冷卻劑主要應(yīng)用于氣冷堆因運行壓力和流量大而消耗功率大、價格昂貴、泄漏問題。包括：燃料包殼材料、堆內(nèi)構(gòu)件材料、反應(yīng)堆壓力容器材料、 反應(yīng)堆回路材料、蒸汽發(fā)生器材料、屏蔽材料和安全 殼材料。5.結(jié)構(gòu)材料結(jié)構(gòu)材料 a. 鋁、鎂及其合金 b. 鋯合金 c. 不銹鋼 d. 鎳基合金 e. 碳鋼 f. 混凝土幾種結(jié)構(gòu)材料幾種結(jié)構(gòu)材料要求要求：u熱中子吸收截面小、感

16、生放射性小、半衰期短；u強度高、塑韌性好，抗腐蝕性強、對晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕 和吸氫不敏感；u熱強性、熱穩(wěn)定性和抗輻照性能好；u導(dǎo)熱率高、熱膨脹系數(shù)小，與燃料和冷卻劑相容性好；u易加工、便于焊接和成本低廉。適宜作包殼用的材料主要有：鋁及鋁合金、鎂合金、鋯合金鋯合金和奧氏體不銹鋼以及高密度熱解碳等。1）包殼材料）包殼材料 功能功能：u支撐燃料組件以及它們的精確定位；u為控制棒及堆芯測量裝置和輻照監(jiān)督提供支撐和導(dǎo)向；u合理分配冷卻劑流量和減少壓力容器內(nèi)表面的中子注量等。要求要求：(1)強度高、塑韌性大、高溫性能好； (2)中子吸收截面和中子俘獲截面以及感生放射性； (3)抗輻照、耐腐蝕并與冷卻劑相容

17、性好；(4)熱膨脹系數(shù)小，導(dǎo)熱性能好；(5)易加工、成本低。PWR的堆內(nèi)構(gòu)件用材主要是奧氏體不銹鋼，部分材料采用鎳基合金。2）堆內(nèi)結(jié)構(gòu)材料堆內(nèi)結(jié)構(gòu)材料要求要求：u強度高、塑韌性好、抗輻照、耐腐蝕，與冷卻劑 相容性好；u純凈度高、偏析和夾雜物少、晶粒細、組織穩(wěn)定；u容易冷熱加工，包括焊接性能好和淬透性大；u成本低，高溫高壓下使用經(jīng)驗豐富等。應(yīng)用應(yīng)用 輕水動力堆壓力容器早期曾采用A212B鍋爐鋼，但為了提高強度、增大淬透性和改善焊接性能以及隨著堆功率增大等原因，它又經(jīng)歷了A 212B(板材)A302 B(板材)A 533B(板材)A5082 (鍛材)A5083 (鍛材)的發(fā)展過程。目前國內(nèi)外廣泛采

18、用A5083鋼。3）堆內(nèi)壓力容器材料）堆內(nèi)壓力容器材料要求要求：u抗應(yīng)力腐蝕、晶間腐蝕和均勻腐蝕的能力強；u基體組織穩(wěn)定、夾雜物少，具有足夠的強度、 塑性和熱強性；u鑄造和焊接性能好，生產(chǎn)工藝成熟；u成本低，有類似工況的使用經(jīng)驗；應(yīng)用應(yīng)用沸水堆多采用AISI304不銹鋼，壓水堆早期曾采用304或316無縫鋼管?，F(xiàn)在多采用含有少量鐵素體的AISI 316離心鑄造管。快堆一回路管道多用316不銹鋼，二回路管道采用304或316不銹鋼。CANDU重水堆的回路管道也是采用奧氏體不銹鋼。4）反應(yīng)堆回路材料）反應(yīng)堆回路材料傳熱管材料要求傳熱管材料要求：u熱強性、熱穩(wěn)定性和焊接性能好；u基體組織穩(wěn)定，導(dǎo)熱率

19、高、熱膨脹系數(shù)??；u抗均勻腐蝕和抗局部腐蝕能力強；u具有足夠的塑性和韌性。以便適應(yīng)彎管、脹管的 加工和抗振動。應(yīng)用應(yīng)用 壓水堆蒸汽發(fā)生器的傳熱管早期曾采用過18-8型不銹鋼并滿意地使用了三年多。但因奧氏體不銹鋼對應(yīng)力腐蝕敏感，后被耐熱、耐蝕合金因科鎳600(Inconel-600)所代替。5）蒸汽發(fā)生器材料）蒸汽發(fā)生器材料6）屏蔽材料）屏蔽材料 用于防止光子、中子和放射性射線或熱輻射危害的材料，稱為屏蔽材料。它大量用在反應(yīng)堆周圍，以阻擋各種射線，防止堆內(nèi)中子和射線對人員的危害、設(shè)備的損傷和測試信號的干擾等。根據(jù)射線和物質(zhì)相互作用的機制可知，原子序數(shù)大、密度高的材料常用作屏蔽射線，如鉛、鑄鐵和重

20、混凝土等；原子序數(shù)小，密度低的材料，如石墨、石蠟和輕水等常用作屏蔽中子。但對高能中子也常用重金屬或不銹鋼作屏蔽材料，利用它們對高能中子的非彈性散射吸收中子能量。另外還常用硼、三氧化二硼或碳化硼的形式與中子屏蔽材料組合使用，以減少(n，)反應(yīng)的放射源強度。 安全殼的體積很大，直徑約為40m，高60m左右。內(nèi)層的鋼密封襯是在現(xiàn)場組裝和焊接的，焊前無法預(yù)熱、焊后難以進行熱處理。所以要求材料焊接性好、雜質(zhì)少、強度高、塑韌性大。安全殼材料多采用碳錳鋼，如A516，16Mn和15MnNi 63鋼等。當殼體厚度超過38mm時，為了提高淬透性，改善強度和韌性以及焊接性能，需采用低合金高強度鋼A537或A387

21、。7）安全殼材料）安全殼材料 控制材料是實現(xiàn)反應(yīng)堆的可調(diào)功能的材料，其特點是中子吸收截面大，對反應(yīng)推的正反應(yīng)性有抑制、釋放和調(diào)節(jié)的作用。u能有效地吸收中子外，能抗腐蝕；u在運行的溫度和輻照條件下具有化學(xué)和尺寸穩(wěn)定性；u有足夠的機械強度；u有良好的熱傳導(dǎo)性以把吸收中子反應(yīng)所產(chǎn)生的熱量導(dǎo) 出；u價廉易得，容易加工。常用的控制材料是鉿、鎘、銀-銦-鎘、硼及釓、釤等稀土元素。6. 控制材料控制材料 控制材料控制材料要求鎘鎘鎘具有很高的熱中子吸收截面，而且價格也夠便宜，但由于熔點低，在中子能量低于0.18eV時吸收截面很快下降，因此只能用于低溫的研究性反應(yīng)堆中。銀銀-銦銦-鎘鎘把熱中子吸收截面打的銦、銀

22、制成合金，具有很強的中子吸收能力。絕大多數(shù)反應(yīng)堆都用這種合金做吸收體。它易于加工，有足夠的強度，但在含硼壓水堆中抗腐蝕性不夠理想。硼硼熱中子反應(yīng)堆中控制棒和可燃毒物多用含硼材料。天然硼有兩種同位素硼-10和硼-11，吸收中子主要依靠硼-10。所以把材料中的硼-10富集可提高控制效率。其缺點是吸收中子后產(chǎn)生氦氣，產(chǎn)生的氦氣會使材料體積膨脹，尤其在高燃耗時輻照損傷更為嚴重。硼的應(yīng)用：將碳化硼做成芯塊后裝入不銹鋼管在組合十字形控棒或裝配成棒束型控制棒；在壓水堆中用作化學(xué)補償控制;補償反應(yīng)堆剩余反應(yīng)性。主要控制材料特點主要控制材料特點鉿鉿 鉿是做水堆控制棒的最好材料。特點： （1）具有相當?shù)臒嶂凶游?/p>

23、及大的超熱中子吸收截面 （2）鉿的四種同位素都有較大吸收截面 （3）能以金屬形式且沒有包殼情況下應(yīng)用 （4）在高溫水、氦、鈉中都有很好的抗腐蝕性能 （5）熔點高、耐熱性好 （6）有足夠的機械強度，滿意的焊接性能和加工性能 （7）鉿稀少而昂貴，因而限制了在民用堆上的應(yīng)用稀土元素稀土元素 稀土元素有大的熱中子吸收截面，也有較大的超熱吸收截面。由于稀土元素金屬的活性太高，成本也比稀土氧化物貴，因此都以氧化物的形式應(yīng)用。稀土氧化物的熔點高，但在熱水中會迅速水解而發(fā)生腫脹，因此即使將稀土氧化物彌散在基體金屬內(nèi)也必須有包殼。壓水堆都是采用控制棒和冷卻劑中加硼酸(化控)以及固體可燃毒物三種方式聯(lián)合控制。 a

24、. 鋁、鎂及其合金 b. 鋯合金 c. 不銹鋼 d. 鎳基合金 e. 碳鋼 f. 混凝土幾種結(jié)構(gòu)材料幾種結(jié)構(gòu)材料 鋁的熱中子截面及活化截面較小，導(dǎo)熱性能好，價廉易得，鋁的熱中子截面及活化截面較小，導(dǎo)熱性能好，價廉易得，耐輻照及加工性能好。并有適當?shù)膹姸群土己玫乃苄?，對耐輻照及加工性能好。并有適當?shù)膹姸群土己玫乃苄?，?00以下的純水也有較好的抗蝕性。但鋁的熔點低，在以下的純水也有較好的抗蝕性。但鋁的熔點低，在溫度較高時，機械強度和抗腐蝕性能不能滿足要求，因此溫度較高時，機械強度和抗腐蝕性能不能滿足要求，因此鋁和鋁合金一般在石墨水冷生產(chǎn)堆、實驗研究堆等溫度較鋁和鋁合金一般在石墨水冷生產(chǎn)堆、實驗研

25、究堆等溫度較低的反應(yīng)堆中作燃料包殼和其他結(jié)構(gòu)材料。當鋁被用作包低的反應(yīng)堆中作燃料包殼和其他結(jié)構(gòu)材料。當鋁被用作包殼材料時，為防止殼材料時，為防止UAl反應(yīng)特在燃料與包殼之間鍍了一反應(yīng)特在燃料與包殼之間鍍了一層鎳。層鎳。 鎂合金也稱為鎂諾克斯合金，意為耐氧化的鎂。鎂合金也稱為鎂諾克斯合金，意為耐氧化的鎂。由于它塑性好、熱中于吸收截面小、抗由于它塑性好、熱中于吸收截面小、抗CO2氧化氧化能力強并與鈾相容性好，所以被選作為天然鈾、能力強并與鈾相容性好，所以被選作為天然鈾、二氧化碳氣冷堆二氧化碳氣冷堆(也稱鎂諾克斯堆也稱鎂諾克斯堆)的元件包殼材料。的元件包殼材料。因包殼鎂合金延性高，故對輻照和熱循環(huán)引

26、起的因包殼鎂合金延性高，故對輻照和熱循環(huán)引起的應(yīng)力變化和鈾的尺寸變化適應(yīng)能力強。另外，鎂應(yīng)力變化和鈾的尺寸變化適應(yīng)能力強。另外，鎂合金又具有較高的抗蠕變能力，這對保證燃料元合金又具有較高的抗蠕變能力，這對保證燃料元件的完整性也有利。第三，鎂合金熱中子吸收截件的完整性也有利。第三，鎂合金熱中子吸收截面小，設(shè)計上允許鎂包殼的管壁可以增厚，并且面小，設(shè)計上允許鎂包殼的管壁可以增厚，并且可以采用較大的散熱肋條?？梢圆捎幂^大的散熱肋條。 以鋯為基加入其它合金元素組成的合金，稱為鋯合金。鉻合金的熱中于吸收截面小、導(dǎo)熱率高、機械性能好又具有良好的加工性能以及同UO2相容性好，尤其對高溫水、高溫水蒸氣也具有良好的抗蝕性能和足夠的熱強性，所以鋯合金被廣泛用作水冷動力港的包殼材料和堆芯結(jié)構(gòu)材料。表格2-9、10-9 不銹鋼在高溫下具有很好的機械性能；良好的抗腐蝕性不銹鋼在高溫下具有很好的機械性能；良好的抗腐蝕性能；與燃料有好的相容性；以及相當好的抗輻照性能。因能；與燃料有好的相容性；以及相當好的抗輻