核电站爆炸的原因

1、2020/9/14,1,核电站材料阮於珍编著,第一章 概述 （3学时）,2020/9/14,2,核电简史,1955年开始发展核工业主要为军用 1972年开始筹建核电站 秦山一期30万千瓦（300MW）核电站1981年11月获批准，1985年开工，1994年竣工 大亚湾100 万千瓦（1000MW）核电站1982年12月批准，1987年开工，1995年竣工,2020/9/14,3,当前已运行的核电站,秦山一期30万 秦山二期265万 秦山三期272.8万 大亚湾2100万 岭澳2100万 田湾2100万,2020/9/14,4,在建核电站,秦山二期265万 三门 2100万 岭澳二期2100万

2、方家山2100万 红沿河2100万 宁德2100万,海阳 福清 阳江 台山,2020/9/14,5,1.1 材料在核电站中的重要性（材料问题的严峻性）,核电厂经济性面临的挑战 核电厂安全性面临的挑战 核电厂材料的工作条件 高温，高压，温度梯度，强辐射，腐蚀,2020/9/14,6,核电厂材料的工作条件PWR,高温：290-320 高压：15.5 MPa 温度梯度：2000-4000 /cm 强辐射: 、中子、裂变产物 腐蚀：腐蚀介质、水的辐照分解产物,2020/9/14,7,常用动力堆简介,BWR PWR HWR LMFBR,2020/9/14,8,图1.1,沸水堆电站系统,2020/9/14

3、,9,沸水堆电站系统,2020/9/14,10,压水堆电站系统,图1.2,2020/9/14,11,压水堆电站系统,2020/9/14,12,重水堆流程图,2020/9/14,13,CANDU 型反应堆流程图,图 1.3,2020/9/14,14,快堆电站系统,图1.4,2020/9/14,15,池式快堆电站系统,2020/9/14,16,回路式快堆电站系统,2020/9/14,17,1.2 材料的分类,2020/9/14,18,材料的分类,1）常规岛用材料：凡是不暴露于放射性环境或一次水回路的材料都属于这一类。这类材料与一般工业用材没特殊的区别， 2）反应堆核岛用材料：由于这部分材料暴露在辐

4、射场内，存在核材料的特殊问题。 （1）核燃料： a 易裂变核素任何能量中子都能引起核裂变的核素。如铀-235、铀-233、钚-239。 b 可转换核素是指某核素在俘获高能中子（1MeV）以后会转换为可裂变核素。 如钍-232、铀-238 。 (2) 非核燃料（又统称结构材料）：包括包壳材料，结构材料，慢化材料，冷却剂材料，反射材料，控制材料及屏蔽材料。,2020/9/14,19,包壳材料,是指包裹核燃料的材料。包壳是燃料与冷却剂隔离的屏障；也是反应堆安全的第一道屏障。它的作用是防止燃料与冷却剂反应；防止裂变产物逃逸；保持燃料棒的完整性。 要求材料具有小的中子吸收截面、高的导热系数、强度好、韧塑

5、性好、耐腐蚀、抗辐照、热稳定性好等。,2020/9/14,20,结构材料,主要是指堆芯和一回路的结构材料。包括压力容器材料、管道材料、堆芯吊篮、泵、阀门、螺栓等的材料以及蒸汽发生器材料等。 这些材料不仅要求有好的强度、韧性、抗辐照、耐腐蚀还必须有最小的诱发放射性，以便维护保养和处置。,2020/9/14,21,慢化材料和反射材料,慢化材料是指通过中子与材料原子之间的弹性碰撞来降低中子能量，使高能快中子变为能被裂变原子俘获，并激发另一次裂变的热中子的材料。 反射材料是指该材料的原子与从堆芯逃逸的中子发生碰撞后，能使从堆芯逃逸的中子无吸收地反弹回堆芯的材料。 要求与中子反应时散射截面大，吸收截面小

6、。,2020/9/14,22,控制材料,是一种中子吸收体，用于反应堆使其实现受控核裂变的材料。 控制材料必须有足够的强度，抗腐蚀、耐辐照、少的感生放射性、物理性能好，同时价格因素也很重要。,2020/9/14,23,屏蔽材料,是指用于屏蔽放射线，中子或热量的材料。 屏蔽放射线要用质量大、密度大的材料，如铅、贫铀、重混凝土等； 屏蔽中子要用轻质材料，如轻水、石蜡、石墨等； 屏蔽热量要用空腔不锈钢弧形瓦或增大间距，增厚屏障层来达到。,2020/9/14,24,对核电厂材料的要求（1）,为了保证反应堆安全运行和设计寿命，各部件在服役时必须具有稳定性、完整性和可靠性，材料的性能应满足下列要求： 核性能

7、：中子吸收截面，活化截面等 力学性能：足够的强度，韧、塑性，耐热性 物理性能：导热，热膨胀，熔点，晶体结构 化学性能：抗腐蚀性（包括SCC,氢脆等），抗高温氧化，与其他材料的相容性,2020/9/14,25,1.3 核电厂主要部件用材的基本要求,2020/9/14,26,对核电厂材料的要求,核性能：中子吸收、中子散射等 抗辐照性能：辐照导致材料的性能改变，辐照肿胀，辐照生长，氦脆，辐照诱导放射性等 抗腐蚀性能：与环境、与相邻部件材料的相容性等 物理性能：导热性，热膨胀，熔点等 机械性能：强度、塑性、韧性、蠕变、疲劳等 工艺性能：冷加工，热加工，焊接，热处理等 经济性：原材料来源方便，制造成本低

8、，使用经验丰富,2020/9/14,27,理想的燃料须具备以下特点,（1）燃料中易裂变原子密度高，即材料中应含有高浓度的裂变（或增殖）原子，其它组合元素中不应有中子吸收截面大的原子。 （2）导热性能好，即可以有高的功率密度（每单位堆芯体积的热功率高），或高的比功率（每单位质量燃料的热功率高），燃料能承受高的热流而不产生过大的温度梯度，并能使燃料中心温度保持在熔点以下。 （3）熔点高，熔点以下没有相变，不会因为相变而导致熔点以下的密度、形状、尺寸及其它变化。 （4）低的热膨胀系数，以保持燃料元件的尺寸稳定。 （5）具有化学稳定性，与包壳材料相容，与冷却剂不发生化学反应。 （6）辐照下稳定性好，即

9、在强辐照下不会因肿胀、开裂和蠕变等引起变形而失效；机械性能（强度、韧性等）也不应在辐照下有很大的变化。 （7）材料的物理和力学性能好 （8）易于加工，并能经济地生产。,2020/9/14,28,包壳材料应具备的性能,（1） 具有小的中子吸收截面； （2） 具有良好的抗辐照损伤能力，并且在快中子辐照下不要产生强的长寿命核素。 （3） 具有良好的抗腐蚀性能，与燃料、冷却剂相容性好。 （4） 具有好的强度、塑性及蠕变性能。 （5） 好的导热性能及低的线膨胀系数。 （6） 易于加工，焊接性能好。 （7） 材料容易获得，成本低。,2020/9/14,29,控制材料,控制棒是核反应堆实现可控和自持核裂变不

10、可缺或的重要部件。对控制材料来讲，最要紧的还是中子吸收截面大， 对压水堆来说不仅要求对热中子的吸收，还要求对超热中子的吸收；同时要求保持毒物效应的时间长，含长半衰期的元素少，中子活化截面小；有足够的强度、塑性、耐腐蚀性、耐辐照；工艺性和经济性好等。,2020/9/14,30,压力容器材料,压水堆压力容器是核反应堆安全的第二道屏障，堆容器是主冷却剂回路的一部分，主回路的可靠运行，保证着燃料组件的冷却和完整。因此压力容器是压水堆电站最关键的设备之一。 压水堆容器的设计压力为17.6MPa，设计温度350。作用于压力容器的载荷除此以外还有因吸收射线引起的热应力；各种工况变动引起的温度、压力变动及由此

11、引起的热冲击；温度循环几百到几万次引起的热疲劳等。 对材料的要求： 1）强度高、塑韧性好； 2）抗辐照耐腐蚀； 3）偏析与夹杂物少、晶粒细、组织稳定； 4）工艺性能好（冷热加工、焊接、热处理）； 5）成本低、使用经验丰富,2020/9/14,31,反应堆冷却剂泵(主泵)材料,主泵在高温、高压下工作，壳体、叶轮、转子等虽然不直接接受中子辐照，但由于与介质接触，会造成腐蚀，由于活动部件的相互摩擦，会造成磨损，同时由于介质的循环作用，会把磨损或腐蚀的微粒带进堆芯辐照后形成放射性核素，造成很强的放射性。 对这部分材料的除了机械性能和工艺性能方面要求外，还要求抗腐蚀，不带和少带会造成长寿命核素的元素，以及对堆内性能发生干扰的元素。,2020/9/14,32,一回路管道和阀门材料,一回路管道和阀门都处于高温高压下，是压力边界，要严防泄漏。所用的材料要耐腐蚀，不带或少带造成长寿命核素的元素，以及对堆内性能发生干扰的元素，如钴、硼等。大部分的一回路管道和阀门都采用奥氏体不锈钢制作。由于一回路管道比较大也有用低合金钢制作，内衬不锈钢的。有的公司对大直径的直管，使用离心