核反应堆燃料元件 冶金与加工PDF电子书下载

第一章核裂变能 1

1-1 引言 1

1-2原子结构和同位素 1

1-2-1原子结构 1

1-2-2同位素 1

目录 1

1-3放射性 2

1-3-1放射性同位素 2

1-3-3放射半衰期 3

1-3-2放射衰变 3

1-4中子反应 4

1-4-1中子－核反应的类型 4

1-4-2弹性散射 4

1-4-3非弹性散射 5

1-4-4中子俘获反应 5

1-5-2裂变中子 6

1-5-1核裂变 6

1-5裂变过程 6

1-4-5核截面 6

1-5-3裂变能 7

1-5-4裂变产物 8

1-5-5裂变材料的生产 8

1-6核反应堆 9

1-6-1反应堆构造的一般特征 9

1-6-2临界质量 10

1-6-3快中子反应堆和增殖反应堆 11

1-6-4热中子和超热中子反应堆、增殖反应堆 12

参考文献 13

第二章燃料元件诸问题 14

2-1引言 14

2-2核燃料 14

2-3燃料元件的运行条件 15

2-3-1包壳 15

2-3-2热迁移 16

2-3-3辐照损伤 18

2-4 燃料元件设计方面的限制因素 19

2-4-1包壳成分 20

2-4-2燃料成分 21

2-4-3冷却剂同燃料的关系 21

2-4-4燃料尺寸 22

2-4-5燃料寿命 22

2-5决定燃料元件寿命的因素 23

2-5-1燃料的贫化 23

2-5-2包壳腐蚀 24

2-5-3燃料芯体的暴露 24

2-5-4燃料的畸变 27

2-6反应堆的灾难性事故 27

第三章铀及其合金 29

3-1 引言 29

3-2金属铀的制取 29

3-2-1真空铸造和浓缩铀 29

3-2-3分析 30

3-2-2高纯金属铀 30

3-3物理性质和热学性质 32

3-4物理冶金 33

3-4-1结晶学和同素异构转变 33

3-4-2塑性形变机制 35

3-4-3 α铀的织构 37

3-4-4择优取向对性能的影响 41

3-4-5金相和X射线衍射技术 43

3-4-6回复、再结晶和晶粒长大 45

3-4-7相变对组织和晶粒度的影响 47

3-4-8 β处理对组织和晶粒度的影响 49

3-4-9 β处理时的尺寸变化 51

3-4-10细化铸态铀晶粒的热处理 52

3-4-11晶粒度比较 52

3-4-12机械性能 53

3-5铀合金 57

3-5-1合金化行为 57

3-5-2合金元素对晶粒度的影响 58

3-5-3铀－铝合金 59

3-5-4铀－铍合金 62

3-5-5铀－铬合金 62

3-5-6铀－？合金 64

3-5-7铀－钼合金 66

3-5-8铀－铌合金 70

3-5-9铀－硅合金 71

3-5-10铀－锆合金 72

3-6-2空气中的腐蚀 78

3-6-1腐蚀反应 78

3-6腐蚀 78

3-6-3铀在水中的腐蚀 79

3-6-4合金元素对铀在水中腐蚀的影响 80

参考文献 83

第四章二氧化铀 89

4-1 引言 89

4-1-1陶瓷燃料的优缺点 89

4-2-1概要 90

4-2陶瓷体制备的原则 90

4-1-2应用 90

4-2-2压实和烧结 91

4-3二氧化铀 92

4-3-1结构和性质 92

4-3-2二氧化铀粉末的化学制备 94

4-3-3二氧化铀粉末的物理处理 97

4-3-4加工技术 98

4-4-1与冷却剂的相容性 107

4-4二氧化铀的性能 107

4-4-2辐照尺寸稳定性 108

4-4-3热学性能 108

4-4-4裂变产物的保留 111

4-4-5其它各种效应 112

4-5铀的其它化合物 113

参考文献 117

第五章包壳材料 120

5-1 引言 120

5-2-1核子性能 121

5-2反应堆环境的独特要求 121

5-3已在应用的包壳材料的比较 122

5-2-2辐照稳定性 122

5-3-1抗腐蚀性 123

5-3-2机械性能 124

5-4铝 125

5-4-1腐蚀 125

5-4-2机械性能和加工 127

5-4-3改良合金 127

5-5-1腐蚀 128

5-5锆 128

5-5-2锆中的氢 130

5-5-3机械性能和加工 131

5-5-4改良合金 132

5-6镁 132

5-6-1腐蚀 132

5-6-2机械性能和加工 133

5-7-1腐蚀 134

5-6-3改良合金 134

5-7不锈钢 134

5-7-2机械性能和加工 136

5-7-3改良合金 136

参考文献 137

第六章芯体与包壳的相互作用 141

6-1 引言 141

6-1-1机械结合 141

6-1-2直接的冶金结合 141

6-1-3中间层结合 141

6-2芯体－包壳组合中的重要因素 142

6-2-1加工相容性 142

6-2-2尺寸稳定性 142

6-2-3导热性 142

6-2-4腐蚀稳定性 143

6-2-5芯体与包壳的相互扩散 143

6-3-1用铝包覆的铀和铀合金燃料元件 146

6-3芯体－包壳组合的例子 146

6-3-2用锆和锆合金包覆的金属燃料元件 154

6-3-3用不锈钢包覆的铀和铀合金燃料元件 162

6-3-4用金属包覆的陶瓷燃料元件 163

参考文献 169

第七章裂变材料的辐照行为 173

7-1 引言 173

7-1-1问题的概述 173

7-1-2燃耗单位 174

7-2尺寸不稳定性 175

7-2-1裂变损伤 175

7-2-2肿胀 177

7-2-3其它尺寸不稳定性来源 183

7-3金属燃料辐照行为的一般论述 183

7-3-1铀的各向异性生长 184

7-3-2铀在辐照下的蠕变 186

7-3-3相逆变 188

7-3-4金属燃料的肿胀 189

7-4金属燃料 196

7-4-1铀 196

7-4-2铀合金 205

7-4-3克服肿胀的办法 216

7-5弥散燃料 216

7-5-1材料选择 217

7-5-2裂变弥散相的颗粒度 217

7-5-3弥散相与基体的相容性 219

7-5-4辐照行为 220

参考文献 223

第八章燃料元件设计的堆工问题 231

8-1 引言 231

8-2物理、辐照损伤及腐蚀的某些考虑 233

8-3传热学基础 233

8-3-1结合状态的考虑 234

8-3-2燃料内部的热传导 236

8-3-4沸腾 239

8-3-3强制对流传热 239

8-3-5烧毁 240

8-4流体力学基础 241

8-4-1自然循环沸腾 241

8-4-2 非沸腾系统中的压降 242

8-5热管因子的影响 244

8-6通量分布不均匀的影响 245

8-7反应堆可能的瞬态过程对设计工况的影响 248

8-8热应力 249

8-9结论 250

参考文献 251

第九章芯材加工 253

9-1引言 253

9-2熔炼和铸造 253

9-2-1熔炼炉 253

9-2-2铀的熔炼 256

9-2-3铀合金熔炼 258

9-2-4健康、安全和物料平衡 261

9-3粉末冶金加工 262

9-3-1铀及其合金 263

9-3-2金属陶瓷型燃料元件 265

9-3-3设备 266

9-3-4健康和安全 266

9-4压力加工 267

9-4-1轧制 267

9-4-2锻造 276

9-4-3挤压 278

9-4-4其它加工方法 282

9-5熔焊 284

9-6切削加工 285

9-6-1铀 285

9-6-2健康和安全 288

参考文献 290

第十章包覆和结合技术 293

10-1引言 293

10-2-1滑动配合 294

10-2机械结合 294

10-2-2静液压和热气压包覆 295

10-2-3电缆挤压（挤压包覆） 300

10-2-4旋转锻造 304

10-2-5拉拔 306

10-3直接冶金结合 307

10-3-1轧制结合 307

10-3-2挤压结合（共挤） 314

10-3-3铸造结合 323

10-4间接或中间层结合 327

10-4-1铝－硅法 327

10-4-2热压包覆 332

10-5液体金属结合 334

10-5-1一般考察 334

10-5-2程序 335

10-6端部密封和封顶 337

10-6-1焊接 337

10-6-2钎焊 341

10-6-3点密封技术 344

10-6-4旋转模锻 345

10-7附录 346

10-7-1铀的镀镍程序 346

10-7-2轧制结合加工程序详述 348

参考文献 356

11-1-2燃料组件的用途 361

11-1-1燃料组件的定义 361

11-1 引言 361

第十一章燃料组件概念 361

11-2组装燃料组件用的材料 362

11-2-1金属材料的选择 362

11-2-2燃料组件组装中金属的焊接 363

11-2-3燃料组件中材料的种类 363

11-2-4燃料组件的尺寸及应力控制 363

11-3棒状元件组成的燃料组件 364

11-3-1结构 364

11-3-2焊接方法 368

11-4板状元件组成的燃料组件 369

11-3-3检查方法 369

11-4-1结构 370

11-4-2焊接或组装方法 371

11-5管状元件组成的燃料组件 373

11-5-1管状元件的排列方式 373

11-6复杂元件组成的燃料组件 374

11-6-1结构 374

11-5-2组件接头 374

11-6-2焊接或组装方法 375

参考文献 376

第十二章检查和试验 378

12-1核燃料元件检查和试验的必要性 378

12-2燃料元件需检查和试验的项目 378

12-2-1 成份 378

12-2-2完善程度 379

12-2-3形状和尺寸 379

12-3-4燃料组件 380

12-3-3元件加工 380

12-4检查和试验方法 380

12-3加工流程中检查和试验的几个阶段 380

12-3-2原料加工 380

12-3-1原料 380

12-4-1贯穿辐射 382

12-4-2声波和超声波 389

12-4-3渗透和压力 393

12-4-4电磁法 395

12-4-5光学 401

12-4-6热学 402

12-4-7化学 403

12-4-8机械测量 405

12-4-9检查和试验的一般原则 408

参考文献 410

附录相图 416

参考文献 424