第三章-新能源材料--核能材料ppt课件.pptx

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1、 一、核能发电及其特点一、核能发电及其特点 二、世界发展核能的形势二、世界发展核能的形势 三、三、核电站反应堆核电站反应堆 四、核能关键材料四、核能关键材料原子的结构原子的结构物质物质是由是由 分子分子 组成组成的，分子是由的，分子是由 原子原子 组成组成。原子很小，它的直径不到。原子很小，它的直径不到 1 1 nm.nm.原子原子由由 质子质子 、 电子电子 、 中子中子 三种粒子组成。三种粒子组成。质子带质子带 正正 电荷，电子带电荷，电子带 负负 电荷电荷， 质子质子 和和 中子中子 构成原子核。构成原子核。 质子和中子依靠强大的核力 紧密地结合在一起，一旦原子核发生分裂（核裂变）或聚合

2、（核聚变），就可能释放出惊人的能量，这就是核能。 什么是核能？什么是核能？核能可分为三类：核能可分为三类：（1）裂变能：重元素（如铀、钚等）的原子核发生分裂时释放出来的能量；（2）聚变能：由轻元素（氘和氚）原子核发生聚合反应时释放出来的能量；（3）放射能：原子核衰变时放出来的能量。 什么是核裂变、聚变、链式反应？什么是核裂变、聚变、链式反应？ 这种核聚变反应要在这种核聚变反应要在数千万度高温数千万度高温（超高温超高温）和超高压条件下才能进行和超高压条件下才能进行，单单位质量所释放出来的能量一般为核裂变反位质量所释放出来的能量一般为核裂变反应的应的4倍以上倍以上，能产生更大的破坏作用，能产生更大

3、的破坏作用，通常又称这种聚变反应为通常又称这种聚变反应为热核反应热核反应。 核聚变反应核聚变反应战争使用核能-原子弹 原子弹原子弹根据根据核裂变的原理核裂变的原理制成。制成。属于属于不可控制的链式反应的结果不可控制的链式反应的结果. 原子弹的核装药一般为钚原子弹的核装药一般为钚-239、铀、铀-235。这。这些物质的原子核在热中子轰击下，分裂为两个或些物质的原子核在热中子轰击下，分裂为两个或若干个裂片和若干个中子，同时释放出巨大的能若干个裂片和若干个中子，同时释放出巨大的能量。新产生的中子又去轰击其它原子核，如此连量。新产生的中子又去轰击其它原子核，如此连续发展下去，核分裂的数量就会急剧增加，

4、形成续发展下去，核分裂的数量就会急剧增加，形成链式反应，仅在百分之几秒内就会出现猛烈爆炸，链式反应，仅在百分之几秒内就会出现猛烈爆炸，并放出非常大的能量。并放出非常大的能量。1公斤公斤铀释放出的能量相铀释放出的能量相当于当于2万吨万吨梯恩梯炸药爆炸时释放出的能量梯恩梯炸药爆炸时释放出的能量 ！氢弹氢弹根据根据核聚变的原理核聚变的原理制成。威制成。威力比原子弹还大。力比原子弹还大。 氢弹的结构比原子弹复杂得多，它要装一氢弹的结构比原子弹复杂得多，它要装一个小型原子弹做引爆装置。由于热核材料不受个小型原子弹做引爆装置。由于热核材料不受临界质量限制，氢弹可以制成比原子弹威力大临界质量限制，氢弹可以制

5、成比原子弹威力大得多的核武器。得多的核武器。现代氢弹威力可以做到几万吨、现代氢弹威力可以做到几万吨、几百万吨和几千万吨几百万吨和几千万吨TNT当量。当量。 氢弹的爆炸核电站-核反应堆和平使用和平使用核能核能（3）安全）安全 在核电站历史上发生过两次波及厂外的核泄漏事故，即1986年前苏联乌克兰切尔诺贝利核电站事故和1011年日本福岛核电站因地震引起的核泄漏事故。 切尔诺贝利核电站事故不是必然的、是完全可以避免的，证明核电是安全的能源。表2所列数据表明，核电比天然气发电、煤发电、水电更安全。 切尔诺贝利核电站事故简介切尔诺贝利核电站事故简介切尔诺贝利核电站事故简介切尔诺贝利核电站事故简介 切尔诺

6、贝利核电站事故简介切尔诺贝利核电站事故简介 从美国、欧洲不同类发电厂每度电的成本来看，核电从美国、欧洲不同类发电厂每度电的成本来看，核电与煤发电相当，比水电、燃油发电低。这表明核电的与煤发电相当，比水电、燃油发电低。这表明核电的经济性是好的，是具有竞争力的。经济性是好的，是具有竞争力的。 1938年底，科学家首次用中子轰击比较大的原子核，年底，科学家首次用中子轰击比较大的原子核，使其发生使其发生 核裂变核裂变 ，变成两个中等大小的原子核，变成两个中等大小的原子核，同时释放出巨大的能量。同时释放出巨大的能量。 世界上第一座商业化核电站世界上第一座商业化核电站1956年在英国运作；年在英国运作；

7、经过经过50余年的核能利用和发展，世界上已有余年的核能利用和发展，世界上已有448座核座核电机组在运行，核电站容量达到电机组在运行，核电站容量达到368.4GW，供应全球，供应全球电力的电力的16% 还有还有56个国家拥有个国家拥有284个研究堆和个研究堆和220个船用核动力个船用核动力装置。正在建设的核反应堆有装置。正在建设的核反应堆有30个，计划建设的核反个，计划建设的核反应堆超过应堆超过70个个 （1）拥有核电站的国家数：）拥有核电站的国家数：32个个（2）建成并运行的反应堆：）建成并运行的反应堆：442座座（3）总装机容量：）总装机容量：356 746MW（4）核电占总装机容量比：）核

8、电占总装机容量比：17%（5）在建核反应堆数：）在建核反应堆数：35座座（6）在建机组装机容量：）在建机组装机容量：27 743MW “人造太阳人造太阳”发电量够用数亿年，未来的发电量够用数亿年，未来的稳态稳态运行的热核聚堆用于商业运行后，所产生的能运行的热核聚堆用于商业运行后，所产生的能量够人类用量够人类用数亿数亿年乃至数年乃至数十亿年十亿年。 根据设计，EAST产生等离子体最长时间可达1000秒，温度将超过1亿度。该装置的建设由中科院合肥物质科学研究院等离子体所承担，历时8年、耗资2亿人民币 可控核聚变可控核聚变“人造太阳人造太阳”成功放电成功放电5、中国已建、在建及核电站简介、中国已建、

9、在建及核电站简介秦山一期：秦山一期：130万万KW 秦山核电站位于东海之滨美丽富饶的杭州湾畔，秦山核电站位于东海之滨美丽富饶的杭州湾畔，是是中国第一座依靠自己的力量设计、建造和运营管理中国第一座依靠自己的力量设计、建造和运营管理的的30万千瓦压水堆核电站万千瓦压水堆核电站。1985年年3月浇灌第一罐核月浇灌第一罐核岛底板混凝土，岛底板混凝土，1991年年12月首次并网发电，月首次并网发电，1994年年4月投入商业运行，月投入商业运行，1995年年7月通过国家验收。它的建月通过国家验收。它的建成投产结束了祖国大陆无核电的历史，是我国和平利成投产结束了祖国大陆无核电的历史，是我国和平利用核能的光辉

10、典范，同时也使我国成为继美、英、法、用核能的光辉典范，同时也使我国成为继美、英、法、前苏联、加拿大、瑞典之后前苏联、加拿大、瑞典之后世界上第七个能够自行设世界上第七个能够自行设计、建造核电站的国家。计、建造核电站的国家。 (1) 秦山一期：秦山一期：130万万KW(2) 秦山二期：秦山二期：260万万KW 秦山核电二期工程，是建设我国自主设计、自主建造、秦山核电二期工程，是建设我国自主设计、自主建造、自主管理、自主运营的首座自主管理、自主运营的首座2 60万千瓦商用压水堆核电站万千瓦商用压水堆核电站，由中国核工业集团公司、国家电力公司华东公司、浙江电力由中国核工业集团公司、国家电力公司华东公司

11、、浙江电力开发公司、申能（集团）有限公司、江苏投资管理有限责任开发公司、申能（集团）有限公司、江苏投资管理有限责任公司、安徽能源集团有限公司共同出资兴建，工程总投资为公司、安徽能源集团有限公司共同出资兴建，工程总投资为148亿元人民币。核电站的设计寿命为亿元人民币。核电站的设计寿命为40年。年。主体工程于主体工程于1996年年6月月2日开工，经过近日开工，经过近6年的建设，第一台机组于年的建设，第一台机组于2002年年4月月15日比计划提前日比计划提前47天投入商业运行。天投入商业运行。 秦山二期：秦山二期：260万万KW(3) 秦山三期：秦山三期：272.8万万KW 秦山核电三期工程是国家秦

12、山核电三期工程是国家“九五九五”重点工程，重点工程，是是中国和加拿大两国政府迄今为止合作建设的最大项目，中国和加拿大两国政府迄今为止合作建设的最大项目，也是我国首座商用重水堆核电站工程。也是我国首座商用重水堆核电站工程。 秦山秦山核电三期工程采用加拿大成熟的坎杜秦山秦山核电三期工程采用加拿大成熟的坎杜6型商用核电技术，由加拿大原子能有限公司（型商用核电技术，由加拿大原子能有限公司（AECL）总承包，总装机容量为总承包，总装机容量为272.8万千瓦，设计寿命万千瓦，设计寿命40年，平均设计年容量因子年，平均设计年容量因子85%，参考电厂为韩国月城，参考电厂为韩国月城核电站核电站3号、号、4号机组

13、，项目总投资号机组，项目总投资28.80亿美元。亿美元。 秦山三期：秦山三期：272.8万万KW 秦山三期：秦山三期：272.8万万KW(4) 大亚湾核电站：大亚湾核电站：298.4万万KW 大亚湾核电站是我国大陆第一座大型商用核电大亚湾核电站是我国大陆第一座大型商用核电站，拥有两台站，拥有两台98.4万千瓦的压水堆核电机组，万千瓦的压水堆核电机组，1982年年12月国务院批准建设，月国务院批准建设，1985年年1月成立广东核电合月成立广东核电合营有限公司，营有限公司，1987年年8月主体工程开工，月主体工程开工，1994年年5月月全面建成投入商业运行，到全面建成投入商业运行，到2005年已成

14、功实现安全年已成功实现安全运行运行11周年。周年。 大亚湾核电站：大亚湾核电站：298.4万万KW大亚湾核岛内景大亚湾核岛内景大亚湾常规岛内景大亚湾常规岛内景(5) 岭澳核电站：岭澳核电站：299万万KW 岭澳核电站一期是中国广东核电集团按照国务岭澳核电站一期是中国广东核电集团按照国务院确定的院确定的“以核养核，滚动发展以核养核，滚动发展”方针，继大亚湾方针，继大亚湾核电站投产后，核电站投产后，在广东地区兴建的第二座大型商用在广东地区兴建的第二座大型商用核电站核电站，是国家，是国家“九五九五”期间批准建设的我国最大期间批准建设的我国最大能源项目之一。能源项目之一。 岭澳核电站一期拥有岭澳核电站

15、一期拥有两台装机容量为两台装机容量为99万千瓦万千瓦的压水堆核电机组的压水堆核电机组，主体工程，主体工程1997年年5月开工，月开工，2003年年1月建成投入商业运行，月建成投入商业运行，2004年年7月月16日通过日通过国家竣工验收。国家竣工验收。 岭澳核电站：岭澳核电站：299万万KW(6) 田湾核电站：田湾核电站：2100万万KW 田湾核电站工程是依据中俄两国政府协议田湾核电站工程是依据中俄两国政府协议,在核在核能领域进行的高科技合作项目能领域进行的高科技合作项目,是列入我国是列入我国九五九五计计划的重点工程之一。厂址位于江苏省连云港市连云划的重点工程之一。厂址位于江苏省连云港市连云区田

16、湾，厂区按区田湾，厂区按4台百万千瓦级核电机组规划，并留台百万千瓦级核电机组规划，并留有再建有再建2至至4台的余地。一期建设台的余地。一期建设2台单机容量台单机容量106万万千瓦的俄罗斯千瓦的俄罗斯AES-91型压水堆核电机组，设计寿命型压水堆核电机组，设计寿命40年，年平均负荷因子不低于年，年平均负荷因子不低于80，年发电量为，年发电量为140亿千瓦时。单台机组的建设工期为亿千瓦时。单台机组的建设工期为62个月个月, 分别于分别于2004年和年和2005年建成投产。年建成投产。田湾核电站：田湾核电站：2100万万KW6、中国拟建核电站、中国拟建核电站（1）岭澳核电站）岭澳核电站(二期二期)

17、： 项目规划建设两台百万千瓦项目规划建设两台百万千瓦级压水堆核电机组，采用岭澳核电站一期级压水堆核电机组，采用岭澳核电站一期“翻版加改进翻版加改进”的的技术方案，计划于技术方案，计划于 2005 年年 12 月正式开工，月正式开工， 2010 年和年和 2011 年两台机组分别建成并投入商业运行。年两台机组分别建成并投入商业运行。（2）阳江核电站：）阳江核电站：位于粤西阳江市，规划建设位于粤西阳江市，规划建设 6 台百万台百万千瓦级或更大容量的核电机组，分两到三期建设，首期建设千瓦级或更大容量的核电机组，分两到三期建设，首期建设两台。预计主体工程于两台。预计主体工程于 2007 年开工，首期两

18、台机组年开工，首期两台机组 2012 年年左右建成投入商业运行。左右建成投入商业运行。（3）海阳核电站：）海阳核电站：烟台海阳市海大辛家镇的冷家庄附近，烟台海阳市海大辛家镇的冷家庄附近，距青岛直线距离约距青岛直线距离约108公里，总投资预算为公里，总投资预算为600亿元，设计规亿元，设计规模为模为6台百万千瓦机组。台百万千瓦机组。6、中国拟建核电站、中国拟建核电站（4）吉林白山核电站：）吉林白山核电站： 初步站址选在靖宇县的赤松和初步站址选在靖宇县的赤松和那尔轰，预计总装机容量那尔轰，预计总装机容量400万千瓦，投资近万千瓦，投资近400亿元人民币，亿元人民币，中国电力投资公司将准备投资。中国

19、电力投资公司将准备投资。（5）湖南核电站：）湖南核电站： 初定湖南核电项目一期建设的厂址从初定湖南核电项目一期建设的厂址从华容和桃源两地进行选择。规划装机华容和桃源两地进行选择。规划装机600万千瓦，一期工程建万千瓦，一期工程建设装机设装机2100万千瓦，计划在今年内完成初步可行性研究工万千瓦，计划在今年内完成初步可行性研究工作，上报项目建议书。作，上报项目建议书。 （6）辽宁红沿河核电站：）辽宁红沿河核电站： 位于大连瓦房店市东岗镇，是位于大连瓦房店市东岗镇，是国家重点能源建设工程，该工程规划装机总容量国家重点能源建设工程，该工程规划装机总容量600万千瓦，万千瓦，工程建设工期为工程建设工期

20、为6年，估算总投资年，估算总投资600亿元。工程全部竣工投产亿元。工程全部竣工投产后，年发电量为后，年发电量为525.6亿度。其中，一期工程计划投资亿度。其中，一期工程计划投资260亿元，亿元，规划建设两台百万千瓦级核电机组。一期工程竣工后，年发电规划建设两台百万千瓦级核电机组。一期工程竣工后，年发电量可满足两个中等城市一年的用电需求。量可满足两个中等城市一年的用电需求。 1 1、核电站用核反应堆的种类、核电站用核反应堆的种类 目前世界各地的核能发电反应堆约有目前世界各地的核能发电反应堆约有440个，总装机容个，总装机容量约量约353,000兆瓦或兆瓦或353千兆瓦。用作商业运行的反应堆主要千

21、兆瓦。用作商业运行的反应堆主要包括包括 : 。2、 常见的压水反应堆核电站，主要包括两大常见的压水反应堆核电站，主要包括两大部分：一部分是部分：一部分是利用核能生产蒸汽的核岛利用核能生产蒸汽的核岛，包括，包括反应堆装置和回路系统；反应堆装置和回路系统； 另一部分是另一部分是利用蒸汽发电的常规岛利用蒸汽发电的常规岛，包括汽，包括汽轮发电机系统。核电站用的燃料是铀，它是一种轮发电机系统。核电站用的燃料是铀，它是一种很重的金属。用铀制成的核燃料在反应堆内发生很重的金属。用铀制成的核燃料在反应堆内发生裂变而产生大量热能，再用处于高压力下的水把裂变而产生大量热能，再用处于高压力下的水把热能带出，在蒸汽发

22、生器内产生蒸汽，蒸汽推动热能带出，在蒸汽发生器内产生蒸汽，蒸汽推动气轮机带着发电机一起旋转，电能就源源不断地气轮机带着发电机一起旋转，电能就源源不断地产生出来，并通过电网送到四面八方产生出来，并通过电网送到四面八方 倒U型管束管板 外壳容器 汽水分离装置（1）系统分为一、二回路，中间设置蒸发器）系统分为一、二回路，中间设置蒸发器（3）系统结构复杂，但检修相对简单）系统结构复杂，但检修相对简单（2）二回路蒸汽没有放射性，汽轮机不需要屏蔽。）二回路蒸汽没有放射性，汽轮机不需要屏蔽。四、沸水堆核电站四、沸水堆核电站 （1）无一、二回路之分，不需要蒸汽发生器）无一、二回路之分，不需要蒸汽发生器（3）系

23、统结构简单，但设计、检修复杂）系统结构简单，但设计、检修复杂（2）蒸汽带有放射性，汽轮机需要屏蔽）蒸汽带有放射性，汽轮机需要屏蔽优点：优点：1、利用天然铀为燃料，提高铀资源的利、利用天然铀为燃料，提高铀资源的利用率；用率；2、可以实现不停堆装卸核连续换料；、可以实现不停堆装卸核连续换料；缺点：缺点：1、体积比轻水堆大，建造费用高；、体积比轻水堆大，建造费用高；2、重水昂贵，发电成本也比较高。、重水昂贵，发电成本也比较高。 核能材料核能材料 核动力发展必须解决两个重要问题：核动力发展必须解决两个重要问题： 提高反应堆的安全性和改善其经济性提高反应堆的安全性和改善其经济性, 要解决这两个问题，一是

24、从设计和管理要解决这两个问题，一是从设计和管理上解决，研究发展固有安全性好，非能上解决，研究发展固有安全性好，非能动反应堆，二是动反应堆，二是提高反应堆材料性能提高反应堆材料性能。 （一）（一） 压水堆（压水堆（PWR）材料）材料 目前世界上的动力反应堆，绝大部目前世界上的动力反应堆，绝大部分是压水堆（分是压水堆（PWR），）， PWR材料主要材料主要包括核燃料、包壳、慢化材料和反射层包括核燃料、包壳、慢化材料和反射层材料、冷却剂、控制材料、压力容器和材料、冷却剂、控制材料、压力容器和管道材料以及屏蔽材料。管道材料以及屏蔽材料。燃料形式形态材料适用堆型固体燃料金属U石墨慢化堆合金U-Al快堆U

25、-Mo快堆U-ZrH脉冲堆陶瓷U3Si重水堆(U,Pu)O2快堆(U,Pu)C快堆(U,Pu)N快堆UO2轻水堆、重水堆 弥散体金属-金属UAl4-Al重水堆陶瓷-金属UO2-Al重水堆陶瓷-陶瓷(U,Th)O2-(热解石墨, SiC)-石墨高温气冷堆核燃料分类表 2、包壳材料：、包壳材料： 包壳材料的性能要求是包壳材料的性能要求是具有一定强度和塑性，能具有一定强度和塑性，能承受裂变气体造成的压力和外部冷却剂的压力，并能承受裂变气体造成的压力和外部冷却剂的压力，并能适应燃料的肿胀变形。适应燃料的肿胀变形。良好的抗腐蚀性能，包括燃良好的抗腐蚀性能，包括燃料及裂变产物、冷却剂对包壳的腐蚀。料及裂变

26、产物、冷却剂对包壳的腐蚀。好的核性能，好的核性能，中子吸收截面小，辐射不产生严重的核反应等。中子吸收截面小，辐射不产生严重的核反应等。具具有抗辐照机械性能，辐照不引起过量的强度增加和塑有抗辐照机械性能，辐照不引起过量的强度增加和塑性降低。性降低。 目前使用的包壳材料为目前使用的包壳材料为Zr合金。几百个合金。几百个UO2芯块叠芯块叠在一起装入直径在一起装入直径1厘米，长度约厘米，长度约4米，厚度为米，厚度为1毫米左毫米左右的细长锆合金材料套管内，称为燃料棒。右的细长锆合金材料套管内，称为燃料棒。 核级海绵锆的原料为锆英石（锆英砂：核级海绵锆的原料为锆英石（锆英砂：ZrO2:67.1%；SiO2

27、:32.9% ）和风信子石和风信子石（ZrHfSiO4）,与斜锆矿与斜锆矿(ZrO2) 用金属热还原法制取海绵锆和海绵铪，先将锆用金属热还原法制取海绵锆和海绵铪，先将锆英砂精矿氯化为氯化锆或碱熔制成氢氧化锆，英砂精矿氯化为氯化锆或碱熔制成氢氧化锆，除去锆英砂中的除去锆英砂中的SiO2再氯化；再氯化； 经过镁还原制的海绵锆和海绵铪，然后熔铸成经过镁还原制的海绵锆和海绵铪，然后熔铸成锭，制造需要的型材。锭，制造需要的型材。3、冷却剂和慢化材料（减速剂）、冷却剂和慢化材料（减速剂） 冷却剂性能的要求：传热系数大，冷却能力强；粘度低，冷却剂性能的要求：传热系数大，冷却能力强；粘度低，易于流动；在较低压

28、力下能获得高温；化学稳定性和辐照稳易于流动；在较低压力下能获得高温；化学稳定性和辐照稳定性好，感生放射性小。定性好，感生放射性小。 水堆的冷却剂同时也是慢化剂，通常用轻水结合浓缩铀水堆的冷却剂同时也是慢化剂，通常用轻水结合浓缩铀或重水做慢化剂。或重水做慢化剂。重水重水（heavy water）（）（氧化氘氧化氘）是由氘和氧组成的）是由氘和氧组成的化合物化合物。分子分子式式D2O，分子量，分子量20.0275，比普通水（，比普通水（H2O）的分子量）的分子量18.0153高出高出约约11%，因此叫做，因此叫做重水重水。 4、控制材料、控制材料 性能要求：中子吸收材料，常用的控制材料有性能要求：中

29、子吸收材料，常用的控制材料有B4C，Hf，Cd，Ag-In-Cd（二）高温气冷堆（二）高温气冷堆 气冷堆的主要特征是采用陶瓷包覆型的气冷堆的主要特征是采用陶瓷包覆型的UO2颗粒作颗粒作为燃料。以为燃料。以石墨石墨作为慢化剂，气体作冷却剂，包壳材料为作为慢化剂，气体作冷却剂，包壳材料为镁合金镁合金。二、核聚变反应堆材料二、核聚变反应堆材料 聚变反应堆是指利用轻原子（氘、氚、氦等）合成，聚变反应堆是指利用轻原子（氘、氚、氦等）合成，释放大量结合能并加以利用的核反应堆。释放大量结合能并加以利用的核反应堆。氘和氚是能发生核聚变的核燃料，又称聚变核燃料。氘存在于氘和氚是能发生核聚变的核燃料，又称聚变核燃

30、料。氘存在于自自然界然界，氚是锂，氚是锂6吸收中子后形成的人工吸收中子后形成的人工核素核素。 6个氘的聚变反应可产生个氘的聚变反应可产生43.15MeV的能量，是氢燃料放的能量，是氢燃料放出能量的数千万倍。除能量巨大外，海水中的氘是取之不出能量的数千万倍。除能量巨大外，海水中的氘是取之不尽用之不竭的，因此聚变堆可以从根本上解决人类能源不尽用之不竭的，因此聚变堆可以从根本上解决人类能源不足的问题。足的问题。 与裂变堆比，燃料无放射性，系统更安全，不产生放与裂变堆比，燃料无放射性，系统更安全，不产生放射性废物。射性废物。实现聚变反应，有两个基本条件：实现聚变反应，有两个基本条件： 等离子体的约束和

31、等离子体的加热等离子体的约束和等离子体的加热。目前托卡马克型。目前托卡马克型聚变堆是国际上最具有代表性的研究堆型聚变堆是国际上最具有代表性的研究堆型 。托卡马克堆采。托卡马克堆采用强磁场约束等离子体，采用高速中性粒子入射加热等离子用强磁场约束等离子体，采用高速中性粒子入射加热等离子体体。 主要部件：主要部件：第一壁，它构成等离子体室第一壁，它构成等离子体室；偏滤器系统，偏滤器系统，它从它从DT反应中取出反应中取出He；包层系统包层系统，包层等离子体侧与第，包层等离子体侧与第一壁相邻，背面与屏蔽层接触。它的作用是贮存氚增殖剂、一壁相邻，背面与屏蔽层接触。它的作用是贮存氚增殖剂、提供氚，并向氦冷却

32、剂传递热量；提供氚，并向氦冷却剂传递热量；磁场屏蔽磁场屏蔽；燃料供燃料供应和等离子体加热热源应和等离子体加热热源。 1、第一壁和包壳材料、第一壁和包壳材料 第一壁材料受到能量为第一壁材料受到能量为14.1 MeV的中子辐照，目前的中子辐照，目前作为第一壁和包层材料的候选材料主要有作为第一壁和包层材料的候选材料主要有奥氏体钢奥氏体钢、铁素铁素体马氏体钢、钒基合金和石墨及碳碳复合材料体马氏体钢、钒基合金和石墨及碳碳复合材料等，等，SiC/SiC复合材料在近期才被作为侯选材料复合材料在近期才被作为侯选材料。 以前一些以前一些Mo，Nb，Mn等高温合金由于中子辐照产生等高温合金由于中子辐照产生长寿命活

33、化产物，不再作为考虑对象长寿命活化产物，不再作为考虑对象 辐照效应是第一壁和包层材料的主要问题。辐照效应是第一壁和包层材料的主要问题。 SiC具有优异的高温性能、抗辐照性能，中子辐照活性具有优异的高温性能、抗辐照性能，中子辐照活性较低，但较低，但SiC是脆性陶瓷材料，为了提高它的韧性和强度，是脆性陶瓷材料，为了提高它的韧性和强度，采用采用SiC纤维增强制备纤维增强制备SiCSiC复合材料是比较有效的方法。复合材料是比较有效的方法。 2、偏滤器结构材料、偏滤器结构材料 偏滤器比第一壁承受更高的热和粒子通量。偏滤器与第偏滤器比第一壁承受更高的热和粒子通量。偏滤器与第一壁材料结合，二者热膨胀系数要匹

34、配，另外要求材料能承一壁材料结合，二者热膨胀系数要匹配，另外要求材料能承受受高热负荷，与冷却剂、氢等离子体相容，抗辐照肿胀和脆高热负荷，与冷却剂、氢等离子体相容，抗辐照肿胀和脆化。化。 候选材料有候选材料有铜合金、钼合金和铌合金铜合金、钼合金和铌合金。铜合金的优点是。铜合金的优点是导热率高，主要问题是热膨胀系数大，熔点低。钼合金和铌导热率高，主要问题是热膨胀系数大，熔点低。钼合金和铌合金的优点是熔点高，热膨胀系数与碳、钨装甲材料相近。合金的优点是熔点高，热膨胀系数与碳、钨装甲材料相近。但钼合金的辐照脆化严重，制造和焊接困难。但钼合金的辐照脆化严重，制造和焊接困难。3、氚增殖材料、氚增殖材料 包

35、层内的氚增殖材料在中子作用下转换成氚，为聚变堆包层内的氚增殖材料在中子作用下转换成氚，为聚变堆提供燃料中的氚。氚增殖材料是含锂的陶瓷或液态金属合金，提供燃料中的氚。氚增殖材料是含锂的陶瓷或液态金属合金，包括包括Li2O，LiAlO2，Li2SiO3，Li2ZrO3，Li2TiO3，液态液态Li和和Li-Pb合金等。合金等。 氚增殖材料的基本要求是，有一定的氚增殖能力，化学稳氚增殖材料的基本要求是，有一定的氚增殖能力，化学稳定性好，与结构材料相容，氚回收容易，残留量少定性好，与结构材料相容，氚回收容易，残留量少 4、聚变堆前景、聚变堆前景 聚变堆核电站将从根本上聚变堆核电站将从根本上“永远永远”解决人类能源供需解决人类能源供需的矛盾，但目前离实际应用还有较长的距离，其中关键问的矛盾，但目前离实际应用还有较长的距离，其中关键问题之一是聚变堆材料，尤其是第一壁材料性能问题。题之一是聚变堆材料，尤其是第一壁材料性能问题。 在聚变堆核电站建成前，比较可行的是聚变一裂变混合在聚变堆核电站建成前，比较可行的是聚变一裂变混合堆，它是聚变能的早期应用。堆，它是聚变能的早期应用。