1、核電關(guān)鍵材料及我國核電應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢摘要：自第一座核電站建成至今，核電技術(shù)在不斷地發(fā)展、完善，各種核電材料不斷出現(xiàn)并被應(yīng)用。核能作為一種安全、高效、清潔的能源，備受世界各國重視。隨著化石燃料的逐漸枯竭，我國作為核大國，核能發(fā)展的潛力巨大。本文主要介紹了核電關(guān)鍵材料及其特點以及我國核電應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢。關(guān)鍵詞：核電、材料、現(xiàn)狀、趨勢。1、前言1954年，世界上第一座核電站在蘇聯(lián)建成，經(jīng)過60多年的發(fā)展，核電技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了第四代，而核電材料是核電技術(shù)的關(guān)鍵，各種新型的材料不斷地被應(yīng)用到核電領(lǐng)域中，推動了核電的發(fā)展。隨著我國經(jīng)濟水平的不斷發(fā)展，能源問題越來越突出，而核能作為國際公認(rèn)的目前唯一

2、達(dá)到大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用的替代能源，在我國的能源戰(zhàn)略中占有重要地位，在我國具有非常廣闊的應(yīng)用前景。截至目前，我國大陸投入商業(yè)運行的核電機組已經(jīng)超過20臺，此外還有多個核電站和核電機組在建，核電在我國蓬勃發(fā)展。2、核電材料及其特點2.1 裂變反應(yīng)堆材料2.1.1 裂變核燃料裂變反應(yīng)堆中用到的核燃料有鈾、缽、牡，而鈾是核電站最主要的核燃料。2.1.2包殼材料包殼材料是指燃料芯體包殼所用的材料，要滿足熱中子吸收截面低、能夠承受輻射損傷效應(yīng)、具有一定的機械強度等要求。常見的包殼材料有鋁及鋁合金、鎂合金、結(jié)合金和奧氏體不銹鋼以及石墨等。止匕外，SiC也被用于制作包殼材料。SiC包殼與水反應(yīng)緩慢，與傳統(tǒng)結(jié)合金包

3、殼相比，可把產(chǎn)生氫氣的風(fēng)險降低幾千倍111.由于SiC及SiC基復(fù)合材料具有優(yōu)異的高溫性能和耐輻照性能，其在核燃料元件中獲得越來越廣泛的應(yīng)用。2.1.3 慢化劑材料慢化劑材料是能夠?qū)⒘炎儠r的快中子的能量降到熱中子能量水平的材料，具有對中子散射截面大、吸收面積小以及質(zhì)量數(shù)接近中子的特點。主要的慢化劑材料有氫、笊、鍍、石墨和氧化培等。2.1.4 控制材料控制材料是通過吸收中子來控制反應(yīng)堆裂變的材料。常用的控制材料有錯、BC、Ag-In-Cd、硼硅酸玻璃等。2.1.5 冷卻劑材料冷卻劑材料的作用是將堆芯產(chǎn)生的熱量輸送到用熱處，具有良好的載熱性能，能夠承受大量中子照射而不分解。目前大多數(shù)熱中子堆都使用

4、輕水或重水作為冷卻劑材料；快中子堆采用液態(tài)金屬鈉，而氣冷堆則用CO2或氮作為冷卻劑材料02.1.6 反射層材料反射層材料可以防止堆芯裂變中子泄露到堆芯外部，有效利用中子，具有中子散射截面大、而吸收面積小的特點。常用的反射層材料有鍍、石墨等。2.1.7 屏蔽材料屏蔽材料的作用是屏蔽熱中子、丫射線等。常見的屏蔽材料有鐵、鉛、重混凝土、硼鋼、B4C-Al復(fù)合材料等。2.1.8 反應(yīng)堆容器材料反應(yīng)堆容器材料需滿足以下的特殊要求：應(yīng)具有優(yōu)良的冶金質(zhì)量，即要求材質(zhì)具有足夠高的純凈度、致密度和均勻度；應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膹姸?，而不是越高越好；?yīng)具有夠高的塑韌性，且塑韌性越高越好；應(yīng)具有優(yōu)良的抗輻照脆化和耐時效老化性

5、能；應(yīng)具有優(yōu)良的焊接性、冷熱加工性能；與RPV冷卻劑接觸的材料應(yīng)具有優(yōu)良的抗腐蝕性能。常見的反應(yīng)堆容器材料有高強度鋼，如A-508.2.2 核聚變材料2.2.1 聚變核燃料聚變核燃料主要是笊和瓶。1g的笊瓶核聚變反應(yīng)所釋放的能量相當(dāng)于約9000L的汽油。2.2.2 瓶增殖材料瓶增殖材料的基本要求：有一定的瓶增殖能力，化學(xué)穩(wěn)定性好，與第一壁結(jié)構(gòu)和冷卻劑有好的相容性，瓶回收容易，殘留量低。瓶增殖材料主要有Al-Li合金、陶瓷型的Li2。偏鋁酸鋰、偏培酸鋰、液態(tài)鋰鉛合金、鋰鍍氟化物熔鹽等。2.2,3中子倍增材料中子倍增材料主要是含有鍍、鉛、皓等元素的化合物或合金，如Zr3Pb2、PbO和Pb-Bi合

6、金等。2.2.4 第一壁材料第一壁材料包括第一壁表面覆蓋材料、第一壁結(jié)構(gòu)材料、高熱流材料和低活化材料。第一壁覆蓋材料要求與等離子體相互作用性能好，主要有鍍、石墨、碳化硅、碳/碳、碳/碳化硅纖維強化復(fù)合材料；第一壁結(jié)構(gòu)材料要求在高溫、高中子負(fù)荷下有合適的工作壽命，主要有奧氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼、鈾、鈦、花和鋁等合金；高熱流材料主要有銅合金、鋁合金、錠合金以及鴇、鐵和石墨等；低活化材料有不含鍥的銘鈕奧氏體不銹鋼、馬氏體鋼、鈾合金和高純度的碳纖維增強材料等。3、我國核電應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢3.1 現(xiàn)狀簡述迄今為止，全世界共有442臺核電機組在運行，裝機容量達(dá)到3.36億千瓦，核電占全世界發(fā)電總量已經(jīng)

7、連續(xù)17年穩(wěn)定在16流右，而我國已投產(chǎn)核電裝機容量約910萬千瓦，約占全國電力總裝機的2%比例很低。改革開放以來，我國經(jīng)濟快速發(fā)展，能源供需緊張問題日益凸顯，而積極發(fā)展核電，是目前解決經(jīng)濟發(fā)展與能源短缺這一矛盾的最好方法。核電具有燃料消耗少、發(fā)電成本低的優(yōu)勢，還可以大大減少燃料的運輸量。例如，一座100萬kW勺火電站每年耗煤三四百萬t,而相同功率的核電站每年僅需鈾燃料三四十t。核電的另一個很大的優(yōu)勢是干凈、清潔，對于發(fā)展迅速、環(huán)境壓力大的中國來說，是再合適不過的能源選擇。我國的核能發(fā)展起步于上個世紀(jì)七八十年代，雖然起步晚于發(fā)達(dá)國家，但發(fā)展迅速。我國第一座核電站一一秦山核電站于1985年開始設(shè)計

8、建造，于1991建成并網(wǎng)發(fā)電。1994年，中國廣東核電集團成立，與中國核工業(yè)集團共同經(jīng)營和開發(fā)核能。2005國務(wù)院頒布核電中長期發(fā)展規(guī)劃(2005-2020)，提出“積極發(fā)展核電”的方針，中國核電走上了快速發(fā)展的道路191o雖然2011年的日本福島事故改變了中國核電發(fā)展的速度，但是近幾年中國核電依然在以較快的速度發(fā)展。截止2015年，我國已經(jīng)擁有了秦山、廣東大亞灣、嶺澳、田灣、寧德、遼寧紅沿河、陽江等7座核電站。截止2015年，我國在建核電機組已有28臺之多1101o截至2014年底，我國核電總裝機容量占全國電力總裝機容量的1.49%;全年累計核發(fā)電量為1305.8億千瓦時，占全國電力總發(fā)電量

9、的2.39%,同比增加了8.89%1111.經(jīng)過近十年的努力，我國已經(jīng)建立了比較完整的核能科研體系，培養(yǎng)了一批高水平核科學(xué)技術(shù)研究設(shè)計隊伍，擁有了較完整的反應(yīng)堆研究設(shè)施，已具有獨立自主進(jìn)行300、600、1000MW級壓水堆核電站研究設(shè)計的能力【。另外，我國也正積極實現(xiàn)第三代核電技術(shù)自主化，同時加強第四代反應(yīng)堆和聚變堆研究。3.2 前景展望核電作為一種高效、清潔的能源，在我國的能源體系中占據(jù)著越來越重要的地位。核電在中國具有非常廣闊的前景，核電發(fā)電的規(guī)模在不斷地擴大。預(yù)計到2020年中國電力裝機總?cè)萘考s為9.0億9.5億kW考慮到煤炭資源、運輸能力、環(huán)境容量等承受力的制約，中國燃煤電廠總裝機容

10、量的比例將由目前的70%下降到61%,而核電在全國發(fā)電裝機容量中的比重到2020年將達(dá)到4%核電投運規(guī)模將達(dá)到4000萬千瓦，核電年發(fā)電量達(dá)到2600億2800億千瓦時【。2015年以來，國家也出臺了一系列的舉措，支持和推動核電在中國的發(fā)展，核電在未來的發(fā)展將更加平穩(wěn)、快速。目前中國已經(jīng)具備了自主研發(fā)核電機組的能力，在許多核技術(shù)方面取得了可喜的成果，未來還有更多的新的技術(shù)應(yīng)用到核電的發(fā)展中。第四代核反應(yīng)堆是下一代反應(yīng)堆技術(shù)，燃料利用率高、安全性好是其重要的特點。2012年12月31日，中國實驗快堆通過科技部驗收【匈。這標(biāo)志著我國在第四代核電技術(shù)方面已達(dá)到世界先進(jìn)水平。目前，我國首座第四代核電站

11、正在建設(shè)，正在規(guī)劃建設(shè)的多座核電站也擬采用第四代核電技術(shù)。另外，小型化也是中國核電的一個發(fā)展趨勢。小型核反應(yīng)堆具有更強的適應(yīng)性，應(yīng)用范圍更加廣闊，適合我國地域差異大的基本國情。隨著我國全面小康社會發(fā)展對能源多樣性的要求增加，環(huán)境保護、可持續(xù)發(fā)展的要求，以及核能技術(shù)的進(jìn)步，在發(fā)展大型核電系統(tǒng)的同時，也對小型堆核能系統(tǒng)具有強烈的需求11510另一反面，核聚變發(fā)電是未來核電技術(shù)發(fā)展的大方向，中國也正在積極探索可控核聚變技術(shù)。一旦可控核聚變技術(shù)取得重大突破并能夠投入商業(yè)化運行，中國的能源問題有望完全解決。我國核電發(fā)展的另一大內(nèi)容是推動核電技術(shù)裝備的出口。我國是核大國，在核電技術(shù)裝備研發(fā)方面取得了一系列

12、重要成果，核電技術(shù)日趨完善。立足自身建設(shè)，積極推進(jìn)“走出去”戰(zhàn)略，將成為中國核電發(fā)展的趨勢。相信在不久的將來，將會有更多的核電站出現(xiàn)在中國的大地上，核電在國民經(jīng)濟發(fā)展過程中將會發(fā)揮更加重要的作用，核電與我們的生活的聯(lián)系將更加密切。4、結(jié)論核電材料是核電技術(shù)的關(guān)鍵，核電技術(shù)的發(fā)展離不開核電材料研究的支持，中國也要加大對核電關(guān)鍵材料研究的支持力度，推動核電自主化的發(fā)展?，F(xiàn)如今，核電在中國能源戰(zhàn)略中中占據(jù)了重要位置，隨著國家政策的支持和新技術(shù)的應(yīng)用，中國核電發(fā)展?jié)摿薮?，前景廣闊。參考文獻(xiàn):【1】周軍，李中奎.輕水反應(yīng)堆(LVR)用包殼材料研究進(jìn)展.陜西：中國材料進(jìn)展，2014,33(10):554

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