第一章 绪论 1
参考文献 7
第二章 热物理与电学性能 9
2.1引言 9
2.2 Pb-Bi合金相图 10
2.3正常熔点 12
2.3.1 Pb 12
2.3.2 Bi 13
2.3.3 LBE合金 14
2.4熔化与凝固时体积的变化 15
2.5正常熔点处的熔化潜热 17
2.5.1 Pb 17
2.5.2 Bi 18
2.5.3 LBE合金 19
2.6正常沸点 19
2.6.1 Pb 19
2.6.2 Bi 21
2.6.3 LBE合金 21
2.7正常沸点处的汽化潜热 22
2.7.1 Pb 22
2.7.2 Bi 23
2.7.3 LBE合金 23
2.8饱和蒸汽压 24
2.8.1 Pb 24
2.8.2 Bi 25
2.8.3 LBE合金 26
2.9表面张力 28
2.9.1 Pb 28
2.9.2 Bi 29
2.9.3 LBE合金 30
2.10密度 32
2.10.1 Pb 32
2.10.2 Bi 32
2.10.3 LBE合金 36
2.11热膨胀 37
2.12声速和压缩性 38
2.12.1 Pb 39
2.12.2 Bi 40
2.12.3 LBE合金 40
2.13比热 42
2.13.1 Pb 42
2.13.2 Bi 43
2.13.3 LBE合金 44
2.14临界参数和状态方程 46
2.14.1临界参数 46
2.14.2状态方程 49
2.15黏度 50
2.15.1 Pb 50
2.15.2 Bi 51
2.15.3 LBE合金 51
2.16电阻率 53
2.16.1 Pb 54
2.16.2 Bi 54
2.16.3 LBE合金 55
2.17热导率和热扩散率 57
2.17.1 Pb 57
2.17.2 Bi 58
2.17.3 LBE合金 59
2.18结论 61
参考文献 63
第三章 热力学关系和液态重金属与其他冷却剂的相互作用 68
3.1引言 68
3.2焓、熵（固态和液态）——自由能和混合熵 68
3.3纯度要求 70
3.4金属和非金属杂质在LBE合金和Pb中的溶解度 72
3.4.1金属元素在LBE合金和Pb中的溶解度 72
3.4.2氧在纯Pb与LBE合金中的溶解度 73
3.5扩散系数 76
3.5.1某些金属元素的扩散系数 76
3.5.2氧的扩散系数 79
3.6化学反应与三元相图 80
3.7 Pb和LBE合金与水的交互作用 81
3.7.1文献调研 81
3.7.2有关的风险 83
3.7.3数值模拟程序 83
3.8 Pb或LBE合金与Na的交互作用 83
3.9 LBE合金和Pb与有机化合物的交互作用 86
参考文献 86
第四章 化学控制和监测系统 90
4.1引言 90
4.2 Pb和LBE合金中氧含量的控制 90
4.2.1氧含量的上限 91
4.2.2氧含量的下限 92
4.2.3活性氧控制细则 95
4.2.4核系统的方针 97
4.2.5氧控制系统 99
4.2.6氧的均匀化问题 100
4.3杂质特征和控制要求 102
4.3.1杂质来源 102
4.3.2杂质行为和提纯要求 104
4.3.3活化杂质 107
4.3.4产率评估 107
4.3.5运行的结果 108
4.4化学监测仪器 109
4.4.1在线电化学氧传感器 109
4.4.2采样系统和分析方法的发展 123
4.5总结 128
参考文献 128
第五章 铅铋共晶合金和铅辐照后的性能 134
5.1引言 134
5.2理论考虑 135
5.2.1 Po的挥发特性 135
5.2.2 Po的挥发途径 137
5.2.3半经验Miedema模型估算含Po二元系统的热力学数据 143
5.2.4 I在液态LBE散裂靶中的热化学关系分析 163
5.3辐照后 LBE合金的研究 163
5.3.1挥发性放射核素的释放 163
5.3.2液态LBE合金中Hg和T1的热释放行为 168
5.3.3非正常情况下挥发性放射核素的释放 171
5.4辐照效应 172
5.4.1 ISOLDE设备中受质子辐照的熔融Pb-Bi靶的气态和挥发元素产出率的测量 172
5.4.2放射性实验 180
参考文献 182
第六章 结构材料与铅铋共晶合金、铅的相容性：数据标准化、腐蚀机理和腐蚀速率 184
6.1引言 184
6.2基本原理 184
6.2.1腐蚀 184
6.2.2氧化 186
6.3总结和文献数据评论 190
6.4结论和需要进一步补充的数据 219
6.4.1结论 219
6.4.2需要进一步补充的数据 220
6.5腐蚀测试过程的建议（标准化） 220
6.5.1实验前准备 220
6.5.2测试条件 221
6.5.3实验后分析 222
参考文献 223
第七章 铅铋共晶合金和铅对结构材料力学性能的影响 226
7.1引言 226
7.2 LME 228
7.2.1润湿：从理想到实际的金属系统 228
7.2.2 LME判据和定义 231
7.3环境辅助断裂 233
7.3.1 EAC的定义 233
7.3.2 EAC发生的唯象判据 233
7.4奥氏体和铁素体/马氏体钢与Pb、LBE合金和其他液态金属接触的拉伸行为 234
7.4.1定义 234
7.4.2 HLM中光滑、粗糙和有缺口的马氏体钢试样的拉伸行为 234
7.4.3 LME效应：与LBE合金或Pb接触的T91钢的行为 236
7.4.4防止LME效应的主要要求 242
7.4.5可能被解释成EAC效应的实验结果 243
7.5与Pb和LBE合金接触的316L奥氏体钢和T91钢的疲劳特性 246
7.5.1定义 246
7.5.2与LBE合金接触的铁素体/马氏体钢的低周循环疲劳行为 247
7.5.3在LBE合金中保持时间对T91钢疲劳特性的影响 248
7.5.4在LBE合金中预先浸入对T91钢疲劳特性的影响 249
7.5.5 LBE合金对T91钢和MANET-Ⅱ的疲劳裂纹扩展的影响 249
7.5.6 LBE合金对T91钢疲劳断裂表面形态的影响 251
7.5.7 LBE合金对T91钢和MANET-Ⅱ疲劳裂纹萌生的影响 252
7.5.8与在Li中和Na中相比，与铅合金接触的316L奥氏体不锈钢的低周疲劳行为 254
7.6蠕变特性：定义及与Pb和LBE合金接触的316L奥氏体钢和T91钢的目前发展状况 255
7.6.1定义 255
7.6.2在空气及液态金属中（除Pb、LBE之外）的马氏体和奥氏体不锈钢的蠕变特性 255
7.6.3在Pb或LBE合金中，奥氏体和铁素体/马氏体钢的蠕变和蠕变裂纹生长 255
7.6.4液态金属加速蠕变 256
7.6.5与Pb接触的T91钢的加速塑性应变 256
7.6.6与LBE合金或Pb接触的T91钢和316L奥氏体钢的蠕变裂纹生长 256
7.7断裂力学：与Pb或LBE合金接触的316L奥氏体钢和T91钢的情况 257
7.8试验程序推荐规范 257
7.8.1 LBE合金中的力学试验ASTM标准 257
7.8.2 HLM实验装置的适应性 260
7.8.3试验过程的推荐规范 260
7.9总结 261
参考文献 263
附表 271
第八章 辐照对结构材料和铅铋共晶合金相容性的影响 304
8.1引言 304
8.2 LBE合金中受质子和中子辐照的铁素体/马氏体钢T91（PSI） 304
8.2.1 LiSoR 305
8.2.2辐照 305
8.2.3表面分析 306
8.2.4拉伸试验 309
8.2.5在LANSCE WNR设备中，预氧化HT9的质子辐照 312
8.3在BR2 （SCK·CEN）中的中子辐照 312
8.3.1材料 312
8.3.2拉伸试验 313
8.3.3 LBE调节 314
8.3.4液态LBE合金和辐照（1.7dpa）对AISI 316L的影响 314
8.3.5液态LBE合金和辐照（4.36 dpa）对T91钢的影响 315
8.3.6液态LBE共晶合金和辐照（4.36 dpa）对EM10的影响 316
8.3.7液态LBE合金和辐照（4.36dpa）对HT9的影响 317
8.4在PSI的SINQ靶中质子谱和中子谱的辐照 318
8.5将来的辐照项目（DEMETRA项目） 319
参考文献 320
第九章 高温下铅和铅铋共晶合金的腐蚀防护 322
9.1引言 322
9.2表面保护方法 323
9.2.1稳定性氧化物的合金化 323
9.2.2耐腐蚀涂层 326
9.2.3 LBE合金的缓蚀剂 328
9.3合金和涂层的腐蚀测试 329
9.3.1表面合金 329
9.3.2块体合金 329
9.3.3涂层 332
9.4总结 336
参考文献 336
第十章 低普朗特数的热工水力学 339
10.1引言 339
10.2液态金属特征 339
10.3守恒方程 342
10.4层流动量传输 344
10.4.1通道流或管道流 345
10.4.2边界层方程 346
10.4.3总结和讨论 347
10.5层流能量传输 348
10.5.1管道层流类型 349
10.5.2流体流动和传热参数 350
10.5.3热边界条件 351
10.5.4圆管中的层流传热 352
10.5.5层流传热小结 357
10.6湍流动量传输 358
10.6.1湍流描述 359
10.6.2湍流的雷诺方程和输运方程 360
10.6.3典型湍流模型 361
10.6.4边界层近似法 362
10.6.5小结 363
10.7湍流能量传输 364
10.7.1湍流能量传输的雷诺方程 364
10.7.2流体流动和传热参数 364
10.7.3湍流传热的实验观测 367
10.7.4湍流传热的闭合方法 368
10.7.5工程应用的传热关系式 375
10.8总结 388
参考文献 389
第十一章 仪表仪器 401
11.1测量技术发展背景 401
11.2流量计 402
11.2.1电磁流量计 402
11.2.2以动量为基础的流量计 408
11.2.3压力和计数器流量计 411
11.2.4超声波传输时间法（UTT） 415
11.3压力传感器 417
11.3.1压力计的型号及操作经验 417
11.3.2在完全发展湍流管道流动中的压力校正 418
11.4局部速度测量 420
11.4.1超声波多普勒测速仪 420
11.4.2永磁探针（PMP） 423
11.4.3反应探针（RP） 425
11.4.4热线风速仪（HWA） 426
11.4.5过渡时间法 428
11.4.6中子放射线照相术 430
11.4.7纤维力学系统（FMS） 431
11.4.8毕托管和普朗特管 432
11.5空隙率传感器 436
11.5.1电磁传感器 437
11.5.2 X射线、γ射线和中子射线照相术（NR） 439
11.5.3电阻探针或导电探针 449
11.5.4两相流动的超声多普勒测速仪（UDV） 454
11.6温度测量 456
11.6.1热电偶 456
11.6.2热辐射表面温度测量（HETSS） 461
11.7电位计 463
11.7.1直接接触式传感器 463
11.7.2非侵入性液位计 465
11.8自由表面测量 467
11.8.1光学方法 467
11.8.2声学测距 483
11.9总结 487
参考文献 488
第十二章 HLM实验用设备 499
12.1引言 499
12.2技术设备及其应用 499
12.3材料测试设备及其应用 509
12.4热工水力学设备及其应用 534
第十三章 安全指南 557
13.1 Pb对人体健康和环境的影响 558
13.2规章制度 561
13.3常见安全控制和实践 564
13.4 HLM研发中的安全操作 565
参考文献 569
第十四章 液态重金属冷却剂技术的展望及研发重点 571
14.1引言 571
14.2 HLM系统在600℃运行的技术差距、研发需求以及优先方向 572
14.2.1 HLM热物性质 572
14.2.2 HLM化学性质 573
14.2.3材料 573
14.2.4技术 574
14.2.5热工水力学 574
附录Ⅰ投稿人名单 576
附录Ⅱ工作组成员 579