發(fā)布時間：2020-10-13 23:15

　　 核能是一種非常有潛力的新能源,核能的產(chǎn)生需要在核反應(yīng)堆中進行。核燃料元件(核燃料+包殼)材料是核反應(yīng)堆中至關(guān)重要的一部分。然而核燃料元件材料在使用過程中不可避免地會受到輻照的影響,從而導致相穩(wěn)定性發(fā)生改變。因此,為了保證核燃料元件能夠安全高效地運行,研究輻照條件下核燃料元件的相圖是十分有必要的。本論文基于CALPHAD方法,對金屬型核燃料U-X二元合金、包殼材料Zr-X二元合金在輻照條件下的相圖進行了計算,主要的研究成果如下:(1)基于文獻報道的U-X(X:Mo,Zr)各二元系的熱力學參數(shù)和擴散參數(shù),建立了輻照條件下的有效自由能模型,研究了不同輻照條件對缺陷濃度、自擴散系數(shù)、自由能和平衡相圖的影響,并計算了不同輻照條件下U-X(X:Mo,Zr)各二元合金的平衡相圖。結(jié)果表明,輻照對高溫部分的平衡相圖影響很小;但是在低溫部分,U-Mo和U-Zr合金相圖中分別出現(xiàn)了連續(xù)固溶的γ(U,Mo)和γ(U,Zr)相,從而發(fā)生了兩個不變系反應(yīng)。即在輻照條件下,原本在高溫時穩(wěn)定存在的Y相也能在低溫時穩(wěn)定存在。該研究結(jié)果從熱力學角度合理地解釋了 Bleiberg等人的實驗結(jié)果,可為U基金屬型核燃料的設(shè)計提供重要的理論指導。(2)基于文獻報道的Zr-X(X:Nb,Mo)各二元系的熱力學參數(shù)和擴散參數(shù),建立了輻照條件下的有效自由能模型,研究了不同輻照條件對缺陷濃度、自擴散系數(shù)、自由能和平衡相圖的影響,并計算了不同輻照條件下Zr-X(X:Nb,Mo)各二元合金的平衡相圖。結(jié)果表明,在輻照條件下,高溫部分的平衡相圖與熱力學平衡相圖基本一致;但是在低溫部分,Zr-Nb和Zr-Mo合金相圖中分別出現(xiàn)了連續(xù)固溶的BCC(βZr,Nb)和BCC(βZr,Mo)相,從而發(fā)生了兩個不變系反應(yīng),同時Nb在(αZr)中的固溶度會增加。該研究結(jié)果與Turkin等人的計算結(jié)果取得了良好的一致性,可為Zr基包殼材料的合金設(shè)計提供重要的理論基礎(chǔ)。
【學位單位】：廈門大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2017
【中圖分類】：TL21
【部分圖文】：

圖１．２Ｕ－Ｍｏ合金的實驗相圖［６３］??Ｆｉｇ．?１．２?Ｔｈｅ?ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ?ｐｈａｓｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?Ｕ－Ｍｏ?ａｌｌｏｙｓ［６３Ｊ??ｉｎｅ、Ｋｉｔｔｅｌ［６４］等人于１９５６年對比了鈾及其合金在相同輻照條件下的現(xiàn)在０．１％燃耗的反應(yīng)堆中，純金屬鈾的密度縮小了?０．５％，硬度隨著延展性的大幅增長。而在同樣的輻照條件下，鈾合金的密度變度和延展性的變化幅度均顯著降低，這說明輻照后的鈾合金會更效地降低各向異性造成的腫脹。??基包殼材料的研究現(xiàn)狀??鋯合金來說，其吸氫性能主要決定于抗腐蝕性能。高純度的鋯有著性能，但是對純度要求太高，造價昂貴，因此在工程中通常降低

Ｆｉｇ．?３．５?Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ?ｆｒｅｅ?ｅｎｅｒｇｙ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｙ（Ｕ，?Ｍｏ）?ｐｈａｓｅ?ｗｉｔｈ?ｔｈｅ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?；７，．ｇｕｉｌｄｅｒ??Ｋ〇＝?１０＇２?ｄｐａ／ｓａｔ４００Ｋ??圖３．６計算了在不同溫度下，ｙ（Ｕ，?Ｍｏ）相的有效自由能在無輻照條件（Ａ＝０）??和有輻照條件（ＫｔＨＴ２?ｄｐａ／ｓ）下的變化情況。通過對比可以發(fā)現(xiàn)，在輻照條件??下ｗｕ，Ｍｏ）相的有效自由能會降低，且隨著溫度的下降，有效自由能降低的幅??度會更大。這說明，在低溫下輻照對有效自由能的影響相比在高溫情況下更為顯??著。??３８??

Ｆｉｇ．?３．６?Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ?ｆｒｅｅ?ｅｎｅｒｇｙ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｙ（Ｕ，?Ｍｏ）?ｐｈａｓｅ?ｗｉｔｈ?ａｎｄ?ｗｉｔｈｏｕｔ?ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ?ａｔ??ｄｉｖｅｒｓｅ?ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ?（ｉ．ｅ．?４５０Ｋ，?５００Ｋ，?５５０Ｋ）??圖３．７計算了在４００Ｋ，?＆ｐ／?＝?１００?ｄｐａ—１條件下Ｙ（Ｕ，?Ｍｏ）相的有效自由能隨??離位率的變化情況。由圖３．７可以看出，在輻照條件下ｙ（Ｕ，?Ｍｏ）相的有效自由??能會降低，且隨著離位率的增大，自由能降低的幅度會更大。這是由于隨著離位??率的增大，彈道自由能（Ｋ）會隨之增大，從而引起有效自由能的降低。??３９??
【參考文獻】

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本文編號：2839832