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第1章 核电厂1

1.1 现有反应堆1

1.1.1 压水堆2

1.1.2 沸水堆3

1.1.3 CANDU反应堆4

1.1.4 先进气冷堆6

1.2 反应堆概念的改进和开发6

1.2.1 先进轻水反应堆6

1.2.2 先进重水反应堆8

1.2.3 小型模块反应堆8

1.2.4 先进新反应堆的概念9

1.3 中子谱、快堆和燃料循环12

1.3.1 中子谱12

1.3.2 燃料循环13

1.4 第四代核电厂15

1.4.1 钠冷快堆16

1.4.2 铅冷快堆21

1.4.3 甚高温反应堆系统23

1.4.4 气冷快堆系统的研发29

1.4.5 超临界水堆32

1.4.6 熔盐堆35

1.5 其他先进核电厂概念36

1.5.1 行波反应堆36

1.5.2 加速器驱动系统37

1.5.3 空间核电厂38

1.5.4 核聚变40

1.6 核能转换成电力和热42

参考文献44

第2章 材料49

2.1 简介49

2.2 基础51

2.2.1 点缺陷52

2.2.2 线缺陷53

2.2.3 面缺陷55

2.2.4 扩散过程57

2.2.5 二元相图58

2.3 核应用的材料分类60

2.3.1 钢62

2.3.2 超合金74

2.3.3 难熔合金80

2.3.4 Zr合金80

2.3.5 金属间化合物82

2.3.6 纳米结构材料84

2.3.7 陶瓷材料90

2.3.8 涂层92

参考文献93

第3章 部件及部件生产100

3.1 核电厂部件100

3.1.1 容器101

3.1.2 燃料元件105

3.1.3 控制棒109

3.1.4 其他堆内构件109

3.1.5 管道和蒸汽发生器111

3.1.6 中间热交换器111

3.1.7 能量转化系统113

3.1.8 核裂变电厂的材料115

3.1.9 聚变堆116

3.2 制造工艺119

3.2.1 熔炼120

3.2.2 成形122

3.3 粉末冶金124

3.3.1 粉末生产125

3.3.2 粉末压制126

3.4 石墨127

3.5 纤维增强材料128

3.6 连接工艺129

3.6.1 埋弧焊和钨极气体保护焊129

3.6.2 焊缝缺陷130

3.6.3 其他连接方法132

3.7 涂层和表面处理134

3.7.1 衬里135

3.7.2 化学气相沉积135

3.7.3 物理气相沉积136

3.7.4 热喷涂136

3.7.5 其他表面处理137

参考文献137

第4章 核电厂材料的力学性能142

4.1 引言142

4.2 材料强度143

4.2.1 单晶的塑性变形143

4.2.2 应力-应变曲线144

4.2.3 强化机制146

4.3 韧性148

4.3.1 冲击试验和断口形貌转变温度148

4.3.2 断裂韧性150

4.4 蠕变156

4.4.1 蠕变曲线156

4.4.2 应力断裂曲线157

4.4.3 金属中的高温蠕变机制159

4.4.4 蠕变损伤163

4.4.5 应力断裂数据的外推163

4.4.6 蠕变裂纹扩展166

4.4.7 核电厂陶瓷材料的热蠕变168

4.5 疲劳168

4.5.1 引言168

4.5.2 基本原理169

4.5.3 疲劳试验结果的表示170

4.5.4 疲劳裂纹扩展172

4.5.5 疲劳的表象学175

4.5.6 蠕变-疲劳的交互作用176

参考文献180

第5章 辐照损伤184

5.1 引言184

5.2 辐照损伤的早期阶段185

5.3 辐照产生点缺陷的反应189

5.3.1 温度的影响190

5.3.2 点阵类型的影响192

5.3.3 化学成分的影响193

5.4 其他类型的辐照损伤194

5.4.1 辐照诱发的偏析194

5.4.2 辐照诱发的（共格）沉淀196

5.4.3 非晶化196

5.4.4 外生原子的产生197

5.5 辐照诱发的尺寸变化198

5.5.1 孔洞肿胀198

5.5.2 辐照蠕变198

5.6 高温下的辐照效应202

5.7 辐照对力学性能的影响203

5.7.1 强度和韧性203

5.7.2 辐照对疲劳及疲劳裂纹扩展的影响205

5.7.3 蠕变和蠕变疲劳206

5.8 非金属结构材料的辐照损伤207

5.8.1 石墨207

5.8.2 碳化硅208

5.9 部件的辐照损伤208

5.9.1 轻水堆208

5.9.2 先进反应堆内的辐照损伤213

参考文献218

第6章 核电厂环境损伤224

6.1 腐蚀的基本方面224

6.1.1 腐蚀形式224

6.1.2 腐蚀试验226

6.1.3 应力腐蚀开裂229

6.1.4 腐蚀和疲劳载荷229

6.1.5 高温的影响231

6.2 轻水堆中的环境效应232

6.2.1 基础232

6.2.2 压力边界234

6.2.3 堆内构件237

6.2.4 锆合金包壳的腐蚀239

6.3 先进反应堆中的环境效应242

6.3.1 钠冷快堆242

6.3.2 高温气冷堆246

6.3.3 其他先进的核电厂249

6.4 核聚变255

参考文献255

第7章 先进力学性能测试和分析方法260

7.1 引言260

7.2 微观力学性能试验261

7.2.1 疲劳裂纹扩展试验263

7.2.2 断裂韧性试验263

7.2.3 剪切冲孔266

7.2.4 显微和纳米硬度测试267

7.2.5 微型样品的压缩和拉伸试验268

7.3 先进的辅助设备269

7.3.1 辐照269

7.3.2 用聚焦离子束制备微型化样品271

7.3.3 微型样品形状变化的测量271

7.4 微观组织结构研究271

7.4.1 扫描电子显微镜272

7.4.2 透射电子显微镜272

7.4.3 其他分析技术273

7.4.4 束线分析技术273

7.5 建模技术279

7.5.1 第一性原理的考虑280

7.5.2 分子动力学281

7.5.3 动力学蒙特卡洛和速率理论282

7.5.4 位错动力学283

7.5.5 计算热力学284

7.5.6 多尺度建模的部分结果284

7.6 未来展望289

参考文献290

第8章 设计、寿期及剩余寿命295

8.1 简介295

8.2 部件中的载荷和应力297

8.2.1 等效应力297

8.2.2 缺口300

8.3 规范和设计规则302

8.3.1 规范的通用结构302

8.3.2 几个材料问题307

8.4 材料性能数据库的需求312

8.5 无损检测和评估314

8.5.1 总体考虑314

8.5.2 无损检测技术316

8.5.3 先进的材料表征方法320

8.5.4 先进核电系统的无损检测323

8.5.5 反应堆压力容器示例324

8.6 电厂寿命管理和电厂延寿328

参考文献329