具體描述
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《核電廠材料》一書的作者是瑞士加入國際第IV代（核電廠）倡議後在“甚高溫反應堆係統指導委員會的瑞士代錶，也是VHTR項目管理局材料部門的聯閤主席，對先進核電廠相關的結構材料問題有全麵透徹的瞭解。本書將對我國核電材料的設計、研究和開發具有一定的參考價值。內容簡介
本書係統介紹瞭核反應堆堆型以及核電廠所用材料、材料特性和材料所麵臨的挑戰、材料設計和壽命管理的理論知識。本書共分8章，分彆介紹瞭核電廠部件及其製造技術、核材料的力學性能、輻照損傷、核電廠中的環境損傷、先進的力學試驗和分析方法以及核電廠材料的設計、壽命和殘餘壽命。本書是一本的關於核電廠材料問題的專著，可供核電廠方麵從業人員以及核工程專業和核電材料專業學生們學習和使用。作者簡介
上海核工程研究設計院誕生於1970年2月8日，原名728工程研究設計院，現隸屬於國傢電力投資集團公司，以核電廠的研發、設計、運行服務為主營業務，具有工程設計、工程谘詢、工程造價谘詢、建設項目環境影響評價等甲級資質。
上海核工院完成瞭中國核電“三個第1”，即完成瞭我國第1座自行設計、自行建造核電站（秦山30萬韆瓦核電站）、第1座齣口核電工程（巴基斯坦恰希瑪30萬韆瓦核電站）的設計，以及第1座重水反應堆秦山三期核電工程的技術支持和工程建造管理工作。
目前，正承擔著三代核電技術AP1000的引進消化吸收和再創新任務，從事AP1000依托項目設計、CAP1000標準設計、大型先進壓水堆核電站重大專項CAP1400示範工程的研發與設計，以及其它核電工程研發設計與技術服務。
目錄
1 核電廠
1.1 當前反應堆
1.1.1壓水反應堆
1.1.2沸水反應堆
1.1.3 CANDU反應堆
1.1.4先進氣體反應堆
1.2反應堆概念的改進和發展
1.2.1先進輕水反應堆
1.2.2先進重水反應堆
1.2.3小型模塊化反應堆
1.2.4先進的新型反應堆概念
1.3中子譜、快堆和燃料循環……
1.3.1中子譜
1.3.2燃料循環
1.4第四代核電站
1.4.1鈉冷快堆
1.4.2鉛冷快堆
1.4.3超高溫反應堆係統
1.4.4氣冷快堆係統研發
1.4.5超臨界水堆
1.4.6熔鹽堆
1.5其他先進的核電站概念
1.5.1行波反應堆
1.5.2加速器驅動係統
1.5.3空間核電站
1.5.4核聚變
1.6核能與電能和熱能的轉化
參考文獻
2材料
2.1簡介
2.2基礎知識
2.2.1點缺陷
2.2.2綫缺陷
2.2.3麵缺陷
2.2.4擴散過程
2.2.5二元相圖
2.3核材料的種類
2.3.1鋼
2.3.2高溫閤金
2.3.3難熔閤金
2.3.4鋯閤金
2.3.5金屬間化閤物
2.3.6納米結構材料
2.3.7陶瓷材料
2.3.8塗料
參考文獻
3組件及生産
3.1核電站組件
3.1.1容器
3.1.2燃料元件
3.1.3控製杆
3.1.4其他反應堆內部結構
3.1.5管道和蒸汽發生器
3.1.6中間熱交換器
3.1.7能源轉換係統
3.1.8核裂變材料
3.1.9融閤
3.2生産技術
3.2.1熔化
3.2.2塑形
3.3粉末冶金
3.3.1粉末生産
3.3.2粉末壓製
3.4石墨
3.5縴維增強材料
3.6融閤過程
3.6.1埋弧焊和鎢極氬弧焊
3.6.2焊縫缺陷
3.6.3其他粘結方法
3.7塗層和錶麵處理
3.7.1內襯
3.7.2化學氣相沉積
3.7.3物理氣相沉積
3.7.4熱噴塗
3.7.5其他錶麵處理
參考文獻
4核材料的力學性能
4.1簡介
4.2材料強度
4.2.1單晶塑性變形
4.2.2應力 - 應變麯綫
4.2.3強化機製
4.3韌性
4.3.1衝擊試驗和斷裂麵轉變溫度
4.3.2斷裂韌性
4.4蠕變
4.4.1蠕變麯綫
4.4.2應力斷裂麯綫
4.4.3金屬熱蠕變的機製的
4.4.4蠕變損傷
4.4.5應力斷裂數據外推法
4.4.6蠕變裂紋擴展
4.4.7核電站陶瓷材料的熱蠕變
4.5疲勞
4.5.1簡介
4.5.2基本原則
4.5.3疲勞結果的錶示
4.5.4疲勞裂紋擴展
4.5.5疲勞現象
4.5.6蠕變疲勞相互作用
參考文獻
5輻射損傷
5.1簡介
5.2早期輻射損傷
5.3輻射産生的點缺陷的應對
5.3.1溫度的影響
5.3.2晶格類型影響
5.3.3化學成分的影響
5.4其他類型的輻射損傷
5.4.1輻射引起的離析（RIS）
5.4.2輻射析齣
5.4.3非晶化
5.4.4異類原子的生成
5.5輻射導緻的尺寸變化
5.5.1輻射腫脹
5.5.2輻射蠕變
5.6高溫輻射效應
5.7輻射對力學性能的影響
5.7.1強度和韌性
5.7.2輻射對疲勞和疲勞裂紋擴展的影響
5.7.3蠕變和蠕變疲勞
5.8非金屬結構材料的輻射損傷
5.8.1石墨
5.8.2碳化矽
5.9組件輻射損傷
5.9.1輕水反應堆
5.9.2先進反應堆的輻射損傷
參考文獻
6核電站的環境損害
6.1腐蝕的基礎知識
6.1.1腐蝕的形式
6.1.2腐蝕試驗
6.1.3應力腐蝕開裂（SCC）
6.1.4腐蝕和疲勞載荷
6.1.5高溫的影響
6.2輕水反應堆的環境影響
6.2.1基礎知識
6.2.2壓力邊界
6.2.3反應堆內部
6.2.4鋯閤金包層腐蝕
6.3先進反應堆的環境影響
6.3.1鈉冷快堆
6.3.2高溫氣體反應堆
6.3.3其他高級核電站
6.4核聚變
參考文獻
7先進的機械測試和分析方法
7.1簡介
7.2微機械測試
7.2.1疲勞裂紋擴展試驗
7.2.2斷裂韌性試驗
7.2.3剪切衝壓
7.2.4微納米硬度測試
7.2.5微量樣品的壓縮和拉伸試驗
7.3先進的輔助設備
7.3.1輻射
7.3.2利用聚焦離子束製備微量樣品
7.3.3微量樣品幾何變化的測量
7.4顯微組織調查
7.4.1掃描電子顯微鏡
7.4.2透射電子顯微鏡
7.4.3其他分析技術
7.4.4光束綫分析
7.5建模技術
7.5.1第一原則
7.5.2分子動力學
7.5.3濛特卡羅動力學和速率理論
7.5.4位錯動力學
7.5.5熱力學計算
7.5.6多尺度建模的一些結果
7.6展望
參考文獻
8設計、生命周期和剩餘壽命
8.1簡介
8.2負荷和應力的組件
8.2.1等效應力
8.2.2凹位
8.3代碼和設計規則
8.3.1代碼的一般結構
8.3.2材料選擇問題
8.4材料性能數據庫需求
8.5無損檢測/評估
8.5.1一般注意事項
8.5.2無損檢測技術
8.5.3先進的材料特性
8.5.4 先進核能係統的無損檢測
8.5.5 反應堆壓力容器案例
參考文獻
前言/序言
在全球應對溫室效應的背景下，核能作為一種能夠減少二氧化碳排放量的低碳能源，同時還具有燃料消耗少、發電成本低和運行穩定的優點，受到能源界的青睞。2011年日本“福島核電站事故”引發瞭人們對核安全的擔憂，但同時也提升瞭核能界對裂變核電廠更大的興趣。人們把目光投嚮瞭效率和安全性更高的先進核電廠，第IV代核反應堆概念是1999年在美國核學會年會上為滿足安全、經濟、可持續發展、極少廢物的生成、燃料增殖風險低等基本要求提齣的新一代先進核反應堆概念。2000年，為瞭進一步發展第IV代核反應堆概念，又組建瞭Gen-IV國際論壇（GIF），中國積極參與瞭該項研發工作，並在高溫氣冷堆領域處於國際領先水平。除此之外，近年來還有聚變堆等先進概念受到瞭廣泛的關注。我國於2007年引進瞭美國第III代先進非能動壓水堆核電廠AP1000技術，AP1000是國際上研發成功的III代+先進核電廠技術之一，並獲得瞭美國核管會批準。中國在消化吸收AP1000技術的基礎上，自主開發瞭大型先進壓水堆核電廠CAP1400。“大型壓水堆核電站重大專項”是國傢“十二五”期間確定的重大專項之一，上海核工程研究設計院是大型先進壓水堆核電廠CAP1400的設計單位和該重大專項研究課題的主要承擔單位。在課題研究過程中，課題組成員調研和查找瞭大量的國內外文獻資料，本書就是其中之一。書中對各種堆型核電廠及其結構材料以及相關的理論和工藝知識作瞭較為全麵的介紹。由於國內針對核電廠材料的專門書籍還很少，齣版本書的中譯本對廣大讀者瞭解國際核能發展現狀，促進我國核電材料設計、研究和開發，具有一定的參考價值。
本書作者沃爾夫岡?霍費爾納博士長期在瑞士聯邦技術研究院工作，是瑞士加入國際第IV代（核電廠）倡議後在“甚高溫反應堆係統指導委員會（VHTRSystemsSteeringCommittee）”的瑞士代錶，也是VHTR項目管理局材料部門的聯閤主席，因此對先進核電廠相關的結構材料問題有全麵而透徹的瞭解。譯者希望通過本書中譯本的齣版能夠使讀者在瞭解先進核電廠結構材料問題方麵有一定的藉鑒、啓發和幫助作用。本書各章都附有大量參考文獻，也為讀者進一步深入探討提供瞭便利。
本書的翻譯工作由上海核工程研究設計院工程設備所材料組的專業技術人員承擔，具體分工如下：寜鼕，前言、第1章和第2章；王弘昶、王秉熙，第3章；王永東，第4章4.5節前，王弘昶、楊義忠、石悠，第4章4.5節後；楊義忠，第5章；王誼清，第6章；石悠，第7章；李玲，第8章。另外，寜鼕對全書進行瞭統稿和校對。這裏，我們特彆感謝上海交通大學材料學院陳世樸教授，他不僅翻譯瞭本書的導論，還對全書譯稿進行瞭認真細緻的校訂和審核，正是在陳世樸教授的幫助下，纔使得本書得以按時順利齣版。另外，我們也對上海交通大學材料學院顧劍峰教授和上海科學技術齣版社的姚晨輝老師真誠負責的指導錶示由衷的感謝。
我們真誠希望本書的中譯本能夠成為廣大讀者的一本有用的參考書。
由於本書涉及多學科交叉的知識領域，加之受到齣版計劃的時間所限，譯文中難免存在疏漏及不足之處，敬請讀者批評指正。
譯者
用戶評價
我是一名對工程技術充滿好奇的普通讀者，對那些龐大而復雜的機器總是充滿探索的欲望。《核電廠材料》這本書，就像一本為我量身定製的“核電廠內部解剖指南”，它深入地揭示瞭這些巨型裝置是如何被“建造”起來的。書中對核島和汽機島關鍵設備的材料選擇進行瞭詳細的描述，讓我得以一窺建造這些設備的“建築材料”到底是什麼樣的。我瞭解到，構成反應堆容器的特種鋼材，不僅要承受極高的溫度和壓力，還要抵禦強大的中子轟擊，這對材料的強度、韌性和耐輻照性都提齣瞭極高的要求。書中對核燃料包殼材料的分析，也讓我對其在高溫、腐蝕環境下與燃料的相互作用有瞭初步的認識。此外，書中還涉及到瞭用於冷卻、屏蔽等不同功能的材料，它們各自的特性和在係統中的作用，都讓我對核電廠的整體設計有瞭更全麵的理解。這本書的價值在於，它讓我從一個全新的角度看待核電廠，不再僅僅是一個發電的場所，而是一個由無數精挑細選的材料組成的、在極端條件下協同工作的精密工程。
評分作為一名希望瞭解核電廠運作細節的科技愛好者，我一直對那些看不見的、決定著設備可靠性的內在因素感到好奇。《核電廠材料》這本書，恰恰滿足瞭我的這一需求。它並沒有過多地介紹核電的物理原理，而是像一位經驗豐富的工程師，為我詳細講解瞭構成核電廠心髒部分的各種“骨骼”和“皮膚”——那些承載著巨大壓力、承受著炙烤溫度、飽受著輻射侵蝕的材料。書中對反應堆壓力容器鋼材的韌性斷裂、對蒸汽發生器管道的應力腐蝕，以及對核燃料芯塊熱膨脹的描述，都讓我對這些看似堅固的金屬結構內部可能存在的挑戰有瞭更深刻的認識。我瞭解到，工程師們需要花費巨大的精力來選擇能夠經受住這些嚴酷考驗的材料，並對它們進行精密的加工和嚴格的質量控製。書中關於材料在不同運行狀態下的性能變化，例如在長期輻照下的尺寸穩定性、在高溫高壓下的蠕變特性，都讓我對核電廠的復雜性和其背後所需的工程智慧感到由衷的贊嘆。它讓我明白，核電廠的每一塊鋼闆、每一根管道，都不是隨意選擇的，而是經過瞭無數次科學計算和實驗驗證的結果，是保障安全運行的基石。
評分我對可持續能源的發展趨勢非常關注，也一直對核能的潛力抱有期待，但關於其安全性的疑慮也從未消除。《核電廠材料》這本書，為我提供瞭一個瞭解核電廠安全保障體係的獨特視角。它並沒有直接討論事故預防措施，而是通過深入剖析構成核電廠關鍵組件的材料特性，揭示瞭為何核電廠能夠保持如此高的安全水平。書中對核反應堆結構材料在極端工況下的可靠性分析，例如在地震或意外事故發生時，材料的延展性和吸收能量的能力，都讓我看到工程師們在設計中對最壞情況的充分考慮。書中關於屏蔽材料對輻射的阻隔能力，以及在長時間運行中材料性能的穩定性，都讓我意識到，核電廠的安全不僅僅是程序上的要求，更是建立在對材料物理和化學性質深刻理解的基礎之上。我瞭解到，科學傢們不斷研發新的材料，旨在提高核電廠的固有安全性，例如能夠吸收更多中子的材料，或者在高溫下仍能保持穩定性的材料。這本書讓我明白，核電廠的安全，是建立在一個復雜而精密的材料科學體係之上的，它是一個持續不斷的研究和改進過程。
評分我是一名在工程項目中從事質量控製工作的專業人士，深知材料在項目成功中的決定性作用。《核電廠材料》這本書，為我提供瞭一個瞭解核電廠這一特殊領域材料質量控製的寶貴視角。書中對不同類型核電廠關鍵設備所用材料的性能要求、檢驗標準以及潛在的缺陷進行瞭詳細的闡述。我瞭解到，核電廠對材料的質量控製要求遠超一般工業標準，從原材料的冶煉、加工，到最終成品的性能測試，每一個環節都必須經過嚴格的把關。書中對材料缺陷（如夾雜物、裂紋、氣孔等）在核電廠運行中可能帶來的風險分析，以及如何通過無損檢測等技術來識彆和規避這些風險，都為我在日常工作中提供瞭重要的參考。此外，書中關於材料在服役期間的性能監測和壽命評估的討論，也讓我對如何確保核電廠長期安全穩定運行有瞭更深的認識。這本書讓我明白，在核電這樣一個高風險、高迴報的領域，對材料質量的極緻追求，是保障安全和可靠性的不二法門。
評分我對科學技術的最新發展動態有著濃厚的興趣，特彆是那些能夠改變我們生活方式的前沿技術。《核電廠材料》這本書，為我提供瞭一個瞭解核能技術未來發展方嚮的窗口。書中不僅介紹當前核電廠普遍使用的材料，還對下一代核反應堆所需的新型材料進行瞭探討。例如，書中對第四代核能係統所設計的先進材料，如耐高溫的陶瓷基復閤材料和能夠承受高燃耗的特種閤金，進行瞭詳細的介紹。這些新型材料的齣現，預示著未來核電廠將能夠實現更高的能量轉換效率、更低的核廢料排放，以及更強的固有安全性。書中關於材料在未來核聚變反應堆中的應用前景的討論，也讓我對核能的終極夢想有瞭更直觀的認識。它讓我看到，材料科學的每一次突破，都可能為核能技術的進步帶來革命性的飛躍，從而推動人類社會邁嚮更清潔、更可持續的能源未來。這本書讓我對核能技術的長遠發展充滿瞭期待。
評分作為一名材料科學的研究生，我一直對核能領域的材料應用充滿興趣，而《核電廠材料》這本書，無疑為我打開瞭一扇瞭解該領域前沿研究的窗口。書中對用於建造核反應堆核心部件的特種閤金，如鎳基高溫閤金和不銹鋼的詳細介紹，讓我對它們的顯微組織、晶界強化機製以及在高溫和輻照下的結構演變有瞭更深入的理解。尤其令我著迷的是關於核燃料的陶瓷材料，如氧化物燃料和碳化物燃料，書中不僅探討瞭它們的晶體結構和熱力學性質，還分析瞭它們在高溫裂變過程中産生的“氣泡”效應以及如何通過材料設計來緩解這些問題。此外，書中關於中子吸收材料，如鎘、釓等的應用，以及它們如何通過控製鏈式反應來調節反應堆功率，也為我的核材料研究提供瞭新的思路。書中對材料失效模式的分析，例如輻照損傷、氫脆、應力腐蝕開裂等，也讓我對如何進行材料的長期性能預測和壽命評估有瞭更係統的認識。我從中學習到瞭許多關於材料在極端環境下性能退化機製的最新研究成果，並對未來新型核材料的研發方嚮有瞭更清晰的認識。這本書為我提供瞭一個寶貴的理論框架和實踐指導，讓我能夠更自信地投身於核材料的研究與開發。
評分作為一名對核能領域充滿好奇心的門外漢，我最近偶然翻閱瞭一本名為《核電廠材料》的書籍。盡管我對書中那些復雜的化學符號和材料性能錶感到有些陌生，但通過它，我仿佛打開瞭一扇通往核電廠核心技術的大門。書中對不同類型核反應堆的構造進行瞭細緻的描繪，讓我得以一窺那些龐大而精密的機器是如何運作的。我尤其對書中關於冷卻劑循環係統的闡述印象深刻，那部分內容生動地解釋瞭如何將核反應産生的巨大熱量有效導齣，並轉化為電能，這是一個多麼瞭不起的工程壯舉！書中還涉及瞭一些關於核燃料的知識，雖然我無法完全理解其中的核物理原理，但它讓我意識到，這些看似普通的“燃料”背後，蘊含著多麼強大的能量，以及如何將其安全地釋放和控製。此外，書中關於材料在極端環境下的錶現的討論，也讓我對工程師們的智慧和嚴謹肅然起敬。他們是如何在高輻射、高溫、高壓的嚴苛條件下，選擇並設計齣能夠長期穩定運行的材料的呢？這其中的挑戰和解決方案，都讓我對核能技術的進步有瞭更深的認識。這本書不僅僅是一本技術手冊，更像是一部關於人類智慧與勇氣挑戰未知力量的史詩，它讓我對核電廠這一復雜係統有瞭初步的、宏觀的理解，也激發瞭我進一步探索核能科學的興趣。
評分我對能源産業的未來充滿關注，特彆是像核能這樣具有清潔高效潛力的技術。在閱讀《核電廠材料》的過程中，我驚喜地發現，這本書並非僅僅是枯燥的材料性能羅列，而是深入地探討瞭材料選擇如何直接影響核電廠的安全性、效率和經濟性。書中對不同核反應堆類型（如壓水堆、沸水堆、快堆等）所需的特定材料特性進行瞭詳細分析，這讓我理解瞭為什麼並非所有核反應堆的設計都適用相同的材料。例如，書中關於快堆燃料包殼材料的討論，讓我瞭解到為瞭應對更高的燃耗深度和中子注量，需要采用比傳統反應堆更耐輻照、更高溫的材料。書中對核廢料處理和儲存過程中所需特殊材料的介紹，也讓我看到瞭核能領域從“齣生”到“安息”的全生命周期管理，以及材料在其中扮演的至關重要角色。我特彆關注書中關於材料老化和退化的部分，這對於評估核電廠的長期安全性和製定維護策略至關重要。這本書讓我意識到，材料科學的每一次進步，都可能為核能技術的升級換代帶來新的可能性，例如更高效的燃料、更安全的反應堆設計，以及更經濟的核廢料處理方案。
評分我是一名對曆史和科技發展都感興趣的普通讀者，偶然間看到《核電廠材料》這本書，我抱著瞭解這項“神奇”技術的目的翻閱瞭一下。書中並沒有像曆史書那樣講述核電發展的麯摺曆程，也沒有像科普讀物那樣用通俗易懂的語言解釋核能的原理，而是以一種更為宏觀和工程化的視角，展現瞭核電廠建設中至關重要的“幕後英雄”——材料。我看到瞭書中對於建造核反應堆的那些龐大金屬結構，是如何被精心挑選和製造的，那些厚重的鋼闆、精密的管道，它們承受著何等巨大的壓力和高溫，這是我之前從未想象過的。書中提到的用於控製反應堆核心溫度的冷卻劑，以及那些能夠抵禦強大輻射的屏蔽材料，都讓我對核電站的復雜性和安全性有瞭更直觀的認識。雖然我無法完全理解那些具體的材料性能參數，但從中我能感受到，每一個看似微不足道的材料選擇，都關係到整個核電站的安全和穩定運行。這本書讓我意識到，科技的進步不僅僅在於理論的突破，更在於將這些理論轉化為切實可行的工程應用，而材料，無疑是這一切實現的基石。它讓我看到瞭人類在挑戰自然規律、駕馭強大能量過程中的智慧與決心。
評分我是一名在電力行業工作的資深工程師，主攻方嚮是輸配電係統，因此對於核電廠的具體運作機製瞭解不多，但《核電廠材料》這本書卻以一種意想不到的方式吸引瞭我。初讀之時，我對書中關於各種閤金、陶瓷、聚閤物在高溫高壓、強輻射環境下的性能指標感到既驚嘆又有些吃力，但隨著閱讀的深入，我逐漸領悟到這些材料選擇的背後，是無數次嚴謹的實驗、精密的計算和對潛在風險的深刻洞察。書中對核燃料棒包殼材料的分析尤為詳盡，詳細介紹瞭鋯閤金的優缺點，以及在不同工況下可能齣現的應力腐蝕、輻照脆化等問題，這讓我聯想到我們在輸電綫路設計中也需要考慮材料的長期穩定性，隻不過核電廠麵臨的環境更為極端。書中對於反應堆壓力容器的材料選擇也進行瞭深入探討，涉及鋼材的韌性、強度以及抗疲勞性能，這些都是保證核電廠安全運行的基石。我甚至在書中看到瞭關於乏燃料儲存技術的部分，瞭解瞭為處理這些具有高放射性的“廢料”，需要采用多麼特殊的材料和設計方案，這充分體現瞭核能技術在安全性方麵的極緻追求。這本書的價值在於，它不僅僅羅列瞭材料的性能數據，更重要的是，它揭示瞭這些材料在特定工程應用中所扮演的關鍵角色，以及科學傢和工程師們是如何通過對材料的深刻理解，來構建如此復雜而又至關重要的能源設施。
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