[00779532]核燃料包壳用性能优良的锆合金

该项目属于核材料技术领域。锆合金具有特殊的核性能，是国内外水冷核反应堆中唯一使用的核燃料包壳材料。锆合金包壳作为反应堆运行时的第一道安全屏障，一方面需要有效地将核裂变热传递给冷却剂，另一方面又需要包容裂变产物，防止它们泄漏到冷却剂中，因此，燃料包壳性能的优劣对核电运行的安全性和经济性至关重要。核燃料元件在反应堆堆芯中工作时，受到中子辐照、高温高压水的腐蚀和冲刷，腐蚀、氢脆、蠕变、疲劳及辐照损伤等是导致锆合金包壳发生失效的主要原因。其中锆合金包壳的腐蚀和吸氢是影响燃料元件使用寿命最主要的因素。为了满足高燃耗燃料元件发展的需求，无论是发展军用的还是民用的核反应堆，都需要有高性能的锆合金材料做支撑。 在锆合金的发展过程中，通常先通过堆外高压釜腐蚀试验筛选出耐腐蚀性能优良的锆合金，然后再做成燃料元件放在反应堆内进行辐照考验进行最终筛选。该项目通过深入研究合金成分影响锆合金腐蚀和吸氢的规律及其机理，发明了几种耐腐蚀性能优良的核用锆合金。该项目发明的锆合金主要通过改变现有商业应用的锆合金中合金元素的配比和/或添加其他微量合金元素，并采用合适的热加工制度来实现的，该发明提供的合金在360℃/18.6MPa/0.01M LiOH水溶液和400℃/10.3MPa过热蒸汽中都表现出非常优良的耐腐蚀性能，在堆外多种条件下的耐腐蚀性能都优于国际上已商用的Zr-4，E110，E635，ZIRLO合金。 该项目发明的一种锆合金(专利名称“一种耐腐蚀性能优良的核用锆合金”，专利号：200910053884.6)已于2012年1月转让给中广核研究院有限公司，转让经费150万元。基于该发明专利涉及的锆合金在实验室规模的筛选中表现出优良的性能，该公司继续投入经费用于该合金1000kg级铸锭的工业规模生产以及综合性能的评定，其中拨付599.94万元给上海大学用于该合金1000kg级管、棒材堆外耐腐蚀性能、吸氢性能和微观组织等方面的评价。综合评价表明该合金在堆外具有优良的综合性能。核用锆合金最终商业化前必须经过辐照考验，用该合金作包壳制备的燃料棒，组装成特征燃料组件已于2016年2月进行入堆辐照考验，2017年4月已完成了第一个循环周期的辐照检验，池边检查结果表明该发明设计的锆合金在辐照条件下也表现出优良的服役性能，有望应用于第三代压水堆的燃料包壳材料。 一座1000MW级的核电站装入首炉核燃料时就需要30t锆材，每隔12～18个月就要更换1/3的燃料组件。按市场价，1t锆管的售价约200万人民币，如果研发的锆合金最后通过堆内辐照考验投入使用，将产生非常可观的经济效益，同时对中国核电的发展和核电“走出去”有着重要意义。