第二讲反应堆材料体系概述.ppt

(2) 包壳材料 燃料包壳管是反应堆的第二道安全屏障。作用: 支撑、保护燃料不受冷却剂浸蚀 防止裂变产物进入冷却剂回路。 材料应具备下列性能： (1) 中子吸收截面小，导热率好； (2) 强度高，塑韧性好，耐蚀性强、对应力腐蚀不敏感； (3) 热强性、热稳定性和抗辐照性能好。 PWR燃料元件包壳一般都采用锆合金: 中子吸收截面小 在350℃下具有优良的机械性能和抗水腐蚀能力 (3) 反应堆压力容器材料 压力容器及一回路压力边界是核电站的第三道安全屏障。 保持一回路系统压力，防止冷却剂沸腾； 在燃料元件一旦破损时，保证放射性物质或气体仍保留在一回路系统内。 广泛采用MnMoNi钢，如A508-Cl.3(16MnD5)、A533 grade B，为防止腐蚀，与冷却剂接触的内壁堆焊了一层或两层奥氏体不锈钢里衬(308L/309L)。 (4) 回路材料 PWR核电站回路系统包括：反应堆、蒸汽发生器、主泵、稳压器和回路管道等（统称核岛）。 一回路对反应堆安全十分重要，为防止破坏引起失水事故（LOCA），一回路管道材料应满足下列要求： 抗应力腐蚀、晶间腐蚀、均匀腐蚀、冲刷腐蚀能力强； 高、低温强度和塑韧性好； 焊接和铸造性能好。 一回路管道材料大量使用奥氏体、或双相不锈钢和镍基合金等 (5) 蒸发器材料 蒸汽发生器结构主要由筒体、管板、水室、汽水分离器、干燥器和倒U形传热管组成。 U形管是主要传热构件，多达几千根，总长约70－110公里，设计时留有足够的堵管裕量，即使寿期内有上千根停用，仍有足够的传热面积。传热管材料需具备： （1）导热性能好、热膨胀系数小； （2）抗应力腐蚀能力强； （3）热强性、热稳定性和焊接性能良好； （4）塑韧性好，以便制管、弯管和胀管的加工。 PWR蒸汽发生器传热管早期用不锈钢，如304型，后用INCONEL-600，发现其晶间腐蚀敏感性后又改用INCOLOY-800或INCONEL-690合金，经稳定化处理 蒸发器传热管的损伤 (6) 控制材料 控制材料的特点是中子吸收截面大，如硼B-10、铪Hf、镉Cd等。 主要用作控制棒和可燃毒物。 反应堆的功率调节、后备反应性的储备以及开堆、停堆等都需要用控制材料制成的控制棒、调节棒、可燃毒物等来实现。 (7) 安全壳材料 安全壳是核电站的第四道安全屏障。目的： 防止当发生强烈地震或失水等严重事故时，保证放射性物质全部保持在安全壳内，不外逸污染环境。 防止外界自然力或人为原因损坏反应堆或威胁反应堆安全。 安全壳的体积庞大，其组装、焊接是现场进行的，焊后难以进行热处理。 要求材料焊接性能好、杂质少、强度高，塑韧性好。 安全壳材料国外多采用SA516和SA517钢或16Mn钢。也有采用高强度A543钢的。 AP1000用SA-738-B钢。 (8) 慢化材料 目的： 将裂变放出的快中子慢化成热中子，以便235U吸收发生核裂变(因为235U吸收慢中子发生裂变的效率比快中子要高很多)。 方法： 靠非弹性碰撞降低快中子能量。 慢化材料的特性： 质量轻、中子散射截面大，所以多用轻水、重水和石墨等。 (9) 冷却剂材料 冷却剂是将核裂变能导出堆芯的载热剂。 冷却剂性能： 导热性好，比热容大、流动性好和腐蚀性小。 常用的冷却剂： 轻水、重水 He、CO2 液体金属如钠、钠钾合金、铅铋合金等 现代发展起来的还有熔盐等。 压水堆的冷却剂与慢化剂功能合一都用轻水或重水。 (10) 反射与屏蔽材料 反射材料： 作用 减少中子损失，尽量使活性区边界逸出的中子被反弹回堆芯。 材料要求： 原子量小、中子散射截面大，吸收截面小。散射截面大，意味着与中子碰撞机会多，于是中子回弹到堆芯的几率也大 除常用的慢化剂可作反射层材料外，石墨、铍和氧化铍也是较好的反射材料 屏蔽材料： 反应堆的屏蔽分射线屏蔽、中子屏蔽和热屏蔽三种。 射线屏蔽主要靠密度大的材料，比如铅、重混凝土可屏蔽高能射线。 屏蔽中子用轻质材料，比如轻水、石墨和石蜡等。 热屏蔽用空心腔不锈钢弧型瓦或增厚吊栏或增大压力容器与堆芯之间的距离达到隔热目的。 3.燃料元件和组件 以核燃料为芯体，与冷却剂有隔离包壳并易装卸更换的独立结构单元，称为燃料元件。 为便于同控制棒组件配装和合理布置堆芯，特将一定数量的燃料元件棒用定位格架和上下管座，按设定的排列方式组装成燃料组件。 并便于构成堆芯冷却剂通道、增加整体刚性和换料时装卸方便。 压水堆堆芯 堆芯 堆腔 换料中 新堆装料 反应堆的组成 燃料芯块 控制棒 燃料组件 安置核材料的物体—燃料棒； 冷却燃料棒和带走能量的载体—冷却剂； 使中子慢化的物体—慢化剂； 控制中子数量，即控制功率的物体—控制棒。 冷却剂（慢化剂）人口 返回 燃料芯块 功能 含裂变材料的混