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第一章 绪论 1

概述 1

第一节 核裂变反应和反应堆简介 3

1.1.1原子核的基本性质 3

1.1.2核裂变和核能的特点 4

1.1.3核裂变链式反应 5

1.1.4反应堆有效增殖系数与临界和反应性 5

1.1.5反应堆与核电站 6

1.1.6反应堆的分类与各典型堆的特点概述 6

1.1.7核电站的安全措施 9

第二节 反应堆材料与中子的相互作用 10

1.2.1中子与原子核的反应 10

1.2.2中子反应截面 11

1.2.3反应截面随中子能量的分区 12

1.2.4燃耗和辐照参数 13

1.2.5中子平均速度和靶核的平均宏观截面 14

1.2.6放射性及其衰变和半衰期 14

1.2.7放射性活度及其相关的剂量 15

参考文献 16

第二章 反应堆材料体系概述 17

第一节 反应堆各重要部件的功能和用材 17

2.1.1核燃料 17

2.1.2包壳材料 18

2.1.3堆内构件材料 21

2.1.4反应堆压力容器材料 21

2.1.5反应堆回路材料 22

2.1.6蒸汽发生器材料 23

2.1.7控制材料 24

2.1.8慢化材料和反射材料 25

2.1.9冷却剂材料 26

2.1.10屏蔽材料 27

2.1.11安全壳材料 27

2.1.12典型堆主要部件的用材及运行参数 27

第二节 燃料元件和组件概述 28

2.2.1燃料元件和组件 29

2.2.2典型堆的燃料元件 29

2.2.3本节总结 36

参考文献 36

第三章 金属学和位错基础 38

第一节 金属学基础概述 38

3.1.1纯金属的晶体结构 38

3.1.2实际金属的晶体结构及其缺陷 39

3.1.3晶面指数和晶向指数 42

3.1.4金属的典型晶胞结构 43

3.1.5滑移系 45

3.1.6合金的相结构 45

3.1.7铁碳平衡相图 46

3.1.8过冷奥氏体等温转变曲线 48

3.1.9过冷奥氏体连续冷却曲线 52

3.1.10回火脆性 53

3.1.11回复与再结晶和再结晶温度 54

3.1.12几个常用名词的含义 56

第二节 位错与强化 56

3.2.1位错的提出和类型 56

3.2.2柏氏回路和柏氏矢量 58

3.2.3位错密度 59

3.2.4位错应力场和应变能及位错的受力 59

3.2.5位错的运动 62

3.2.6位错与晶体缺陷之间的交互作用 63

3.2.7位错的萌生和增殖 67

3.2.8实际晶体中的位错 68

3.2.9位错反应 68

3.2.10扩展位错 69

3.2.11体心立方晶体中的位错 71

3.2.12金属的强化 71

参考文献 73

第四章 金属的力学性能和断裂韧性 74

第一节 常规力学性能和相关机制概述 74

4.1.1强度和塑性 74

4.1.2屈服现象和包申格效应 76

4.1.3应力状态柔性系数及力学状态图 77

4.1.4金属的缺口效应 78

4.1.5冲击韧性和脆性断裂理论 79

4.1.6金属的疲劳 84

4.1.7金属的蠕变 88

4.1.8金属的断裂 91

第二节 金属的断裂韧性 91

4.2.1线弹性条件下的断裂韧性 91

4.2.2弹塑性条件下的断裂韧性 97

4.2.3动态断裂韧性 102

参考文献 104

第五章 金属腐蚀概论 105

第一节 金属腐蚀概念与理论概述 105

5.1.1腐蚀的分类和压水堆腐蚀环境 105

5.1.2腐蚀速度的表示方法 107

5.1.3化学腐蚀 107

5.1.4电化学腐蚀 111

5.1.5电化学腐蚀的热力学判据 112

5.1.6缓蚀剂和电化学腐蚀速度 115

5.1.7电化学腐蚀动力学 116

5.1.8金属的钝化 119

第二节 金属的局部腐蚀 120

5.2.1孔蚀（点蚀） 120

5.2.2缝隙腐蚀 121

5.2.3电偶腐蚀 121

5.2.4晶间腐蚀 121

5.2.5苛性腐蚀 122

5.2.6氢损伤 122

5.2.7磨损腐蚀 123

5.2.8应力腐蚀 123

5.2.9 SCC的断裂特征 124

5.2.10应力腐蚀的开裂机制 125

5.2.11腐蚀疲劳 126

5.2.12腐蚀疲劳断裂机制 129

参考文献 130

第六章 辐照效应 132

第一节 辐照损伤 132

6.1.1反应堆结构材料的辐照损伤类型 132

6.1.2碰撞时的能量传递 133

6.1.3离位阈能和入射粒子阈能 133

6.1.4级联碰撞与撞出损伤函数 134

6.1.5离位峰和热峰 137

6.1.6沟道效应 138

6.1.7聚焦碰撞 139

6.1.8 Seeger对离位峰的修正 141

6.1.9级联碰撞离位原子数的计算与修正和计算机模拟结果 141

第二节 辐照效应 144

6.2.1级联碰撞后点缺陷的变化趋向 144

6.2.2辐照产生的缺陷 145

6.2.3辐照硬化理论 148

6.2.4辐照硬化理论的实验证明 154

6.2.5辐照缺陷的回复 157

参考文献 158

第七章 核压力容器材料 160

第一节 核压力容器材料与安全规范 160

7.1.1轻水堆压力容器的结构与作用 160

7.1.2核压力容器材料 160

7.1.3水堆压力容器材料的安全研究重点 163

7.1.4水堆压力容器防脆断的规范标准 164

7.1.5防止脆性断裂的措施与判据 164

7.1.6运行限制曲线及其求法 170

7.1.7抗失水事故的韧性要求（承压热冲击） 170

第二节 核压力容器钢的辐照效应 171

7.2.1压力容器钢辐照脆化的检验方法 171

7.2.2辐照参数对压力容器钢的辐照影响 172

7.2.3预期辐照效应的计算及容器不同壁厚处的△RTNNDT计算 175

7.2.4合金元素对压力容器钢辐照性能的影响 178

7.2.5钢中杂质元素对辐照性能的影响 183

7.2.6生产工艺对辐照性能的影响 185

7.2.7辐照后退火 186

7.2.8减小辐照效应的措施 187

7.2.9环境介质对核压力容器完整性的影响 190

参考文献 192

第八章 不锈钢 195

第一节 不锈钢的类型和合金化原理 195

8.1.1不锈钢的产生 195

8.1.2不锈钢的分类与成分特点 195

8.1.3各类不锈钢的成分特点和发展 197

8.1.4不锈钢的性能比较 202

第二节 反应堆用不锈钢 204

8.2.1反应堆中为何常用奥氏体型不锈钢 204

8.2.2奥氏体不锈钢的腐蚀 205

8.2.3铬镍奥氏体不锈钢的热处理 213

8.2.4奥氏体不锈钢的辐照效应 215

8.2.5快堆燃料元件包壳材料的改进和发展 221

参考文献 222

第九章 耐热钢和高温合金 224

第一节 耐热钢 224

9.1.1耐热钢的性能要求 224

9.1.2耐热钢的合金化措施 225

9.1.3反应堆用的耐热钢 228

9.1.4高铬镍奥氏体型耐热钢（改进型气冷堆元件包壳） 232

第二节 耐热、耐蚀高温合金 234

9.2.1高温合金的合金化原理和相组织 234

9.2.2合金元素的作用及其对性能的影响 236

9.2.3反应堆用高温合金 238

9.2.4定位格架用的镍基合金 244

9.2.5高温合金的热处理 246

参考文献 249

第十章 燃料元件包壳材料 250

第一节 铝合金与镁合金 250

10.1.1铝合金 250

10.1.2镁合金 258

第二节 锆合金 259

10.2.1锆合金分类及合金化原理 260

10.2.2锆锡合金的发展 261

10.2.3新型锆合金 264

10.2.4锆锡合金的性能要求 265

10.2.5锆铌合金 266

10.2.6锆合金管的生产工艺和累积退火参数 268

10.2.7锆合金的力学性能 268

10.2.8锆合金的蠕变性能 271

10.2.9锆合金的疲劳性能 273

10.2.10锆合金的腐蚀 273

10.2.11锆合金的吸氢与氢脆 277

10.2.12锆合金的辐照生长 279

10.2.13芯块与包壳的相互作用 280

10.2.14辐照对锆合金力学性能的影响 284

10.2.15 辐照对锆合金腐蚀性能的影响 286

参考文献 288

第十一章 控制、慢化和反射材料 290

第一节 反应堆控制材料 290

11.1.1反应性控制的任务和原理 290

11.1.2控制棒控制及其特点 291

11.1.3化学补偿控制 292

11.1.4可燃毒物控制 292

11.1.5控制棒材料的性能要求及其类型 294

11.1.6主要控制材料性能及其特点简述 296

第二节 慢化剂材料与反射层材料 302

11.2.1有关中子慢化的几个物理量 303

11.2.2慢化材料的性能要求 304

11.2.3石墨 305

11.2.4石墨选材准则 309

11.2.5铍和氧化铍 310

11.2.6轻水和重水 310

11.2.7氢化物 311

参考文献 312

第十二章 辐照装置与辐照后试验 313

第一节 结构材料的辐照装置 313

12.1.1辐照装置的分类、特点和要求 313

12.1.2辐照参数的测量与堆内辐照温度的调节 314

12.1.3核压力容器钢的辐照装置 314

12.1.4边辐照边测量性能数据的辐照装置 319

12.1.5堆内辐照回路 321

第二节 辐照后试验 322

12.2.1辐照后的试验与要求 322

12.2.2国外热室自动冲击试验机简介 323

12.2.3中国原子能科学研究院自动冲击试验半热室简介 323

12.2.4冲击试验自动化装置及其设计 324

12.2.5侧膨胀仪的研制 325

12.2.6冲击机的防护系统 326

12.2.7用于样品分装、尺寸测量和断口观测的小热室 326

12.2.8冲击试验半热室的辅助设备 327

12.2.9其它试验设备 328

参考文献 328