核燃料分类
核燃料特点
1）金属型燃料： 金属铀的优点：铀的核密度高，导热性能好。缺点是燃料的工
作温度低化学活性强，在常温下也会与水起剧烈反应而产生氢气， 在空气中会氢化，粉末状态的铀易着火。在高温下只能与少数冷却 剂相容。
2. 核燃料
核燃料：在反应堆内能使核裂变反应自持的易裂变物质。可 作为核燃料的易裂变物质是铀-233、铀-235和钚-239。其中铀235是天然存在的，而铀-233和钚-239分别由钍-232和铀-238用 人工方法转换而得。
核燃料要求
(1)热导率高； (2)抗辐照能力强，以达到高的燃耗； (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，且在低熔点时不发生有害的相变； (5)机械性能好，易于加工。
对于具有较大热中子吸收截面的材料。 （n，γ）反应产物是靶核的同位素 产物没有放射性，那么发生光子时，核会被反冲从而引起原子位移； 产物有放射性，那么其放出的粒子会使材料中掺入杂质原子。
（n，α），（n，β）反应直接产生杂质原子。
相比于快中子，每次俘获产生的杂质原子只有一个，所以热中子俘获引 起的辐照损伤比快中子小。
（2）中子
在反应堆中，中子是引起材料辐照损伤的重要原因， 中子进入物质后与原子发生碰撞，并把大量能量传递给原 子，被碰撞的原子离开原来晶体点阵中的平衡位置，成为 间隙原子，并留下一个相应的空穴。这样或多或少都会在 晶体中造成永久的缺陷，从而引起材料物理化学性质的永 久性质的变化。这样的效应通常称为辐照损伤。
1. 材料的辐照效应
辐照产生的晶体缺陷是引起材料性能变化的根源，由 于性能的变化直接关系到反应堆的安全和寿命，因而工 程上最关心的就是辐照效应。
来源：α 、β 粒子,γ 射线,中子和裂变碎片
（1）带电粒子和γ射线
β粒子、 γ射线通过物质时会引起电离或电子激发，即它 们仅扰动物质中原子和电子。由于β射线的射程短，因此电离 主要是由于γ射线的影响。电离作用使化合物的化学键破坏而 分解成单体。由于α粒子在物质中射程较短，在热中子反应堆 中，它们并不重要，暂不讨论。
热中子
激发的复核
吸收
γ射线
反冲核
由于(n,p) (n, α)反 应产生杂质原子
位移原子 （间隙原子和空穴）
电离和电子激发
快中子
(n,p) (n, α)
反冲核
射程结束
位移峰
中子在弹性碰撞中所能传递的最大能量E为
E

4A ( A 1)2
En
对于大多数金属，其位移能约为25eV。则由上式可求出对质量数为A的原子发 生位移所必需的中子初始能量En。例如对于Fe，A=56，要把一个铁原子撞出平 衡位置，中子初始能量至少为363eV。
化和改进与发展都起着重要的先导作用。 核动力设备的材料必须按照其使用条件合理选用，必须符合
国家制定的相应规范和标准
核电站材料问题
建造、运行上出现的问题多半与材料有关； 国内：秦山二期压力容器、田湾蒸汽发生器… 国外：Davis-Besse封头腐蚀，南Texas下部仪表管腐蚀…
反应堆材料的工况比较复杂：温度、压力和腐蚀介质、中子 辐照、震动、流体冲刷等；
主要内容
1. 材料的辐照效应 2. 核燃料 3. 慢化剂材料 4. 冷却剂材料 5. 结构材料
前言
反应堆材料在核电站中的作用和地位是十分重要的：
1.反应堆安全的重点是防止堆内放射性物质外逸； 2.核电厂的可靠性和经济性也与材料密切相关； 3.反应堆材料对各种堆型的设计、建造和寿命也有密切的关
系； 4.反应堆材料对反应堆的建设质量和水平以及系列化、商品
（3）裂变碎片
裂变碎片带有大部分裂变所释放的能量，因此它 也使原子发生位移。且由于它的射程短，所以原子位 移只发生在发生裂变附近极小的区域出现，所形成的 位移峰效应和快中子相似。
裂变碎片会使核燃料点阵中掺入杂质原子，而裂变碎片相比于重核 （核燃料）具有较低的固体密度，从而导致燃料体积的肿胀。 气体裂变产物将聚集成气泡，其体积比核燃料原子大许多倍，是造成 很燃料体积肿胀的重要原因。
反应堆材料的性能应满足下列要求:
核性能 力学性能 化学性能 物理性能 辐照性能 工艺性能 经济性
反应堆材料的性能要求-1
（1）核性能
为减少中子消耗、降低235U的临界质量(堆芯临界尺寸) 和浓度(富集度)，除控制材料外，堆芯所有结构材料的 中子吸收截面都应该尽可能地小；
设计时，堆材料的使用性能需与工况要求相互匹配，并留有 充足余量，需要通过合理选材、改进工艺或开发新材料，以 降低成本、延长寿命和改进堆型。
在核电站的定型化、 标准化、系列化和商品化的各阶段中， 都需要有大量材料数据作基础。
2003年4月12日，南Texas USA 2002年3月6日，Davis-Besse USA 2004年8月9日，日本美滨给水管
3 反应堆材料的性能要求-3
(5) 工艺性能 冶炼、铸造、煅压、冷加工和焊接性能都应良好； 淬透性大，无时效、回火脆性和二次硬化以及延迟 脆性等倾向。
(6) 物理性能 导热率大，热膨胀系数小；
(7) 经济性 工艺简单易行，原材料来源方便，制造成本低廉。
在满足上述要求基础上，应优先选用工艺成 熟，使用经验丰富的材料。
为减少放射性危害o。
3 反应堆材料的性能要求-2
（2） 机械性能 强度、塑韧性和热强性高，缺口敏感性和晶体长 大倾向性小。
（3）化学性能 抗腐蚀、抗高温氧化能力强；点腐蚀、晶间腐蚀 和应力腐蚀倾向性小。
（4）辐照性能 辐照期间组织、结构应稳定，脆化、肿胀等辐照 效应和PCI（芯块与包壳的相互作用）小； 杂质和气体合量少，纯洁度高，尤其Cu、P、S 含量应尽量少，成分偏析小； 晶粒和沉淀强化相要细小稳定。
对于能量为1MeV的中子，可以在铁中发生一次弹性碰撞将评价使几百个原子 产生位移。其中某些位移原子有可能移动到另一个空位而不造成材料缺陷。
快中子穿过物质产生大量位移原子，这些位移原子都在一次碰撞原子附件很小 的体积内产生，主要导致大量的能量传递给这样的小体积的物质，从而使这块 小体积物质在短时间内温度升高甚至熔化。