核能利用与核材料_周明胜、田民波、俞冀阳_9787302452836

《核能利用与核材料》是为工程物理系本科生核材料系列课程编写的教材之一，内容包括核物理与核辐射基础、核能基础、核能利用和核材料、核电厂主要设备及核材料等4 章。本书作为本科低年级入门教材，可用于概论课和生产实习使用。第1 章核物理与核辐射基础，从原子模型和卢瑟福散射实验谈起，讨论核子与核力，核反应与化学反应的区别，质量亏损与核能，裂变、衰变和聚变，核燃料与核能，放射线，放射线的危害，吸收剂量与当量剂量，放射线的屏蔽与防护；第2 章核能基础，介绍可控链式反应和反应堆，核燃料及核燃料再循环，反应堆类型，反应堆的调节和控制，核事故和核安全，放射性废物处理；第3 章核能利用和核材料，讲述了核爆炸和核反应堆的原理，讨论铀浓缩，核反应堆的种类及其结构，热中子堆中钚的使用，快中子增殖堆，核反应堆用材料，核聚变和聚变能的应用；第4 章核电厂主要设备及核材料，介绍中外核电发展历史和现状，核岛和常规岛，反应堆材料辐照损伤，核电压力容器及压力容器用钢，核反应堆的四道安全屏蔽，核电厂的主要设备。作为简论，涉及核能利用与核材料的方方面面。本书尝试采用通俗易懂、图文并茂的编写方式，着力突出重点、理清思路，强调基本概念和基本原理，着重核材料的应用和创新，注重提高同学分析问题和解决问题的能力，力求达到较好的教学效果。本书对从事反应堆材料和反应堆设计、研究、运行、生产和教学以及其他相关核工程和材料专业的科技人员、本科生、研究生都具有参考价值。

本书是为工程物理系本科生核材料系列课程编写的教材。该系列教材包括《核能利用与核材料》《材料学导论》《核材料与应用》《核材料的腐蚀》等。本书包括4 章：第1 章核物理与核辐射基础，从原子模型和卢瑟福散射实验谈起，讨论核子与核力，核反应与化学反应的区别，质量亏损与核能，裂变、衰变和聚变，核燃料与核能，放射线，放射线的危害，吸收剂量与当量剂量，放射线的屏蔽与防护；第2 章核能基础，介绍可控链式反应和反应堆，核燃料及核燃料再循环，反应堆类型，反应堆的调节和控制，核事故和核安全，放射性废物处理；第3 章核能利用中的核材料，讲述了核爆炸和核反应堆的原理，讨论铀浓缩，核反应堆的种类及其结构，热中子堆中钚的使用，快中子增殖堆，核反应堆用材料，核聚变和聚变能的应用；第4 章核电厂主要设备及核材料，介绍中外核电发展历史和现状，核岛和常规岛，反应堆材料辐照损伤，核电压力容器及压力容器用钢，核反应堆的四道安全屏蔽，核电厂的主要设备。作为简论，涉及核能利用与核材料的方方面面。目前，对核材料这个名词没有统一的看法和定义。有的人认为它是用于核科学和核工程的材料的总称；有的人认为它是专指裂变反应堆和聚变反应堆所用材料；还有的把它定义为裂变材料和聚变材料的总称，即与核燃料的概念相似。广义的核材料是核工业及核科学研究中所专用的材料的总称，也可以把核材料归结为核能材料或核工业所用材料的总称。核燃料是指能产生核裂变或核聚变反应并释放出巨大核能的物质。核燃料可分为裂变燃料和聚变燃料（或称热核燃料）两大类。裂变燃料主要指易裂变核素如铀235、钚239 和铀233 等。此外，由于铀238 和钍232 是能够转换成易裂变核素的重要原料，且其本身在一定条件下也可以产生裂变，所以习惯上也称其为核燃料。聚变燃料包含氢的同位素氘、氚，锂6 和其化合物等。核工程材料是指反应堆及核燃料循环和核技术中用的各种特殊材料，如反应堆结构材料、元件包壳材料、反应堆控制材料、慢化剂、冷却剂、屏蔽材料等。例如特种铝合金、锆合金、铍、低合金高强度钢、特种不锈钢、高温镍基合金、特种石墨、特种陶瓷、半导体及高分子材料等。材料科学与工程包括四个基本要素，即材料的成分、材料的组织和结构、材料的制备与加工、材料的性能和应用特性，一般形象地将四要素表示为四面体的四个顶点。这是理解材料科学与工程问题的总纲。核材料的研制和应用，核材料在服役过程中受到的影响，核材料的时效、老化、失效乃至核事故的分析等，当然也涵盖在这四个要素之中。显然, 整个核工程和核材料领域都离不开材料科学与工程的基础知识。一个核反应堆，它的核心是一个能量密度很高的热源。处在那里的材料自然会面临高温、高温度梯度、高热流、高速流场的作用，这本身已构成很特殊的问题。但是，在这以外最特殊的因素当属材料的核性能和中子的作用。反应堆材料所面临的工况比迄今为止我们遇到的任何工程所面临的条件还要复杂得多，因此人们说：Theimportance of behavior of the reactor materials can not be over-emphasized，意思是说，反应堆材料问题的重要性无论怎样强调也不过分。《核材料与应用》《核材料的腐蚀》将针对核工程材料的特殊问题，包括材料的核特性、辐照、腐蚀、高温环境等进行论述。只有掌握这些，才能将材料科学的知识升华为核材料科学的水平。材料科学与工程已经是一个很综合的领域，再结合到物理工程里的特点，这就需要跨学科地学习和交叉融汇，这当然不是一两门课程所能奏效的。基于上述特殊服役环境，核材料具有以下特点：①种类繁多，不可替代；②服役环境恶劣；③性能要求极高；④易老化失效；⑤一旦失效，后果严重；⑥服役结束后，处理、处置困难。核材料系列课程要侧重这些内容来讲授。为此，核材料系列课程主要针对以下问题进行讨论：①是什么，②为什么，③怎么加工制造，④有什么用、怎么用，⑤服役中会发生什么变化，⑥如何提高性能。《材料学导论》主要涉及①、②、③、⑥；《核材料与应用》主要涉及③、④、⑤、⑥。本书在每章之下采用节节清的论述方式，左文右图，图文对照，并给出本节重点。内容丰富，重点突出；层次分明，思路清晰；选材新颖，强调应用；纲举目张，脉络清楚。本课程既不是海阔天空的漫谈，也不是基础理论课程的压缩。在内容上避免深、难、偏、窄、玄，强调浅、宽、新、活、鲜。在占有大量资料的前提下，采用图文并茂的形式，全面且简明扼要地介绍各类材料的新进展、新性能、新应用，力求深入浅出，通俗易懂，千方百计地使知识新起来、动起来、活起来，做到有声有色，栩栩如生。本书的编写受到清华大学工程物理系教学指导委员会的指导并得到工程物理系的资助，在此表示衷心感谢。本书对从事反应堆材料和反应堆设计、研究、运行、生产和教学以及其他相关材料专业的科技人员、本科生、研究生都有参考价值。由于作者水平有限，不妥或谬误之处在所难免，恳请读者批评指正。编著者2016 年8 月于清华园

我要评论