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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