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核材料

来源:中文百科专业版 浏览: 发布时间:2020-06-27

核材料拼音hé cái liào英文:nuclear material),核工业中所用材料的总称。包括裂变反应堆聚变反应堆建造、核武器制造及核燃料循环中使用的材料,如核燃料、增殖材料、包壳材料、反应堆控制材料、慢化剂、冷却剂、屏蔽材料等。其中有些材料在传统工业中很少应用,只是为了满足核工业所要求的特殊性能而发展起来的,如含铀(U)、钚(Pu)、钍(Th)、氘(D)、氚(T)、锆(Zr)、铪(Hf)等的材料。此外,在传统工业中已被广泛采用的材料,如铝合金、不锈钢、石墨、钠(Na)等,在核工业中应用时,对它们的化学成分和对环境(如辐照、腐蚀)的适应能力也有特殊要求。在某些场合核材料专指易裂变材料铀−235、铀−233、钚−239,聚变核燃料氚和锂−6。这些材料是核武器的关键材料,为保证其安全和合法利用,各国的核安全当局都将其列为核材料管制范围。

核工业是在第二次世界大战期间为了制造核武器而发展起来的,战后则开始核能的和平利用。

反应堆材料

用于建造反应堆的材料,包括核燃料、冷却剂材料、慢化材料、结构材料、控制材料、屏蔽材料等,它已形成一个材料体系。反应堆材料除了应具有一般工程材料所具有的性能外,还应有良好的核物理性能,以及能很好地与反应堆环境相容的特性。

对反应堆材料的研究主要着重于其核物理性能、辐照效应、化学相容性等的研究,以及与各种应用有关的性能研究。这种研究大大拓宽了材料科学技术的发展和应用。

冷却剂材料

用于导出反应堆内核裂变产生热量的工作介质材料,主要有气态和液态两类。常见的液态冷却剂材料有水、重水以及液态金属——钠、钠钾合金、铋、铅铋合金等。常见的气体冷却剂材料有二氧化碳(CO2)、空气和氦气(He)等。

慢化材料

在热中子反应堆中用于将裂变中子慢化成热中子的材料,亦称慢化剂、减速剂。常用慢化材料有固态的和液态的两类。固态慢化材料有石墨、铍及氧化铍。常用的液态慢化材料有轻水及重水,此外还有有机慢化材料。对于慢化材料,除了要求其具有优良的核性能外, 还要求其有良好的工程使用性能。

结构材料

反应堆结构材料包括堆芯结构材料、燃料(棒)包壳材料以及反应堆压力容器、驱动机构材料等。选择商用反应堆结构材料时,应考虑其强度、韧性、耐腐蚀性以及铁素体钢抗辐照脆化的性能。核级高韧性低合金钢、不锈钢、基合金等广泛用作堆芯结构材料和反应堆压力容器材料。锆合金广泛用于燃料(棒) 包壳材料和燃料组件结构材料。

控制材料

用于制造控制反应堆反应性的控制元件的材料,此类材料具有强吸收中子性质。这类材料有铪、银-铟-镉合金、含硼材料和稀土材料中的钐、铒、铕、钆以及它们的某些氧化物和碳化物。

屏蔽材料

反应堆结构中用于减弱各种射线、避免使工作人员及设备遭受辐照损伤的设施所用的材料, 主要有铅、铁、重混凝土、水等材料。

核燃料

核燃料是指能产生裂变或聚变核反应并释放出巨大核能的物质。核燃料可分为裂变燃料和聚变燃料(或称热核燃料)两大类。裂变燃料主要指易裂变核素如铀235、钚239和铀233等。此外,由于铀238和钍232是能够转换成易裂变核素的重要原料,且其本身在一定条件下也可产生裂变,所以习惯上也称其为核燃料。聚变燃料包含氢的同位素氘、氚,锂6和其化合物等。

核工程材料是指反应堆及核燃料循环和核技术中用的各种特殊材料,如反应堆结构材料、元件包壳材料、反应堆控制材料、慢化剂、冷却剂、屏蔽材料等等。例如特种铝合金、铍、特种不锈钢、特种陶瓷、高分子材料等。

非核燃料

非核燃料是指吸收中子后可发生链式反应的核素或可新生成易裂变核素的可转换材料。235U、239pu、233U的中子诱发裂变的能量阈值为零,它们被称作易裂变核素,即是能在热中子反应堆中使用的核燃料。232Th和238U吸收中子后,可生成新的易裂变材料233U和239pu,232Th和238U被称为可转换材料。238U和232Th资源丰富,为核能的利用提供了广阔的材料来源。核材料均是放射性核素,使用时必须注意防护。对Pu、233U、浓缩度超过20%的235U实行严格控制与管理,防止上述特种核材料被盗,用来非法生产核武器。

安全保障规程适用于燃料循环的全部环节,包括燃料制造、发电、燃料后处理、贮存和运输。核材料必须置于设有多重实体屏障的保护区内,并实行全面管制与统计,防止损失与扩散。

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