Environmental Degradation of Materials in Nuclear Systems pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Tms

作者:Nelson, Lawrence (EDT)/ Allen, Todd R. (EDT)/ King, Peter J. (EDT)

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2006-03-30

价格:USD 117.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780873395953

丛书系列:

图书标签:

• 材料降解
• 核系统
• 环境效应
• 腐蚀
• 辐射损伤
• 材料科学
• 核工程
• 耐久性
• 失效分析
• 核能材料

环境侵蚀材料在核系统中的挑战与应对：一本全面解析的著作 核能作为一种重要的清洁能源，其应用已深入到发电、医疗、科研等多个领域。然而，核系统在运行过程中，材料始终面临着严峻的环境考验。辐射、高温、腐蚀以及力学载荷等多种因素的复合作用，会加速材料的退化，进而影响核系统的安全性、可靠性和使用寿命。本书《Environmental Degradation of Materials in Nuclear Systems》（中文可译为“核系统中材料的环境退化”）正是聚焦于这一核心问题，为读者提供了一部关于核系统材料环境退化机制、表征方法、失效预测以及防护策略的百科全书式参考。 本书并非简单罗列现有研究成果，而是深入剖析了材料在核环境中所经历的复杂物理化学过程。首先，作者系统地阐述了核辐射对材料结构和性能的影响。书中详细介绍了中子、伽马射线、阿尔法粒子等不同类型辐射与材料相互作用的微观机理，包括辐照损伤（空位、间隙原子、位错环等缺陷的产生与演化）、辐照引起的相变、晶界偏聚、以及这些微观结构变化如何宏观地导致材料尺寸变化（肿胀）、力学性能下降（脆化、蠕变）、以及其他性能的衰减。书中特别强调了不同材料（如金属合金、陶瓷、聚合物）在不同辐射场下的差异化响应，并引入了最新的模拟计算方法（如分子动力学、蒙特卡洛模拟）来预测辐照损伤的形成和演化过程，为理解和控制辐照效应提供了理论指导。 其次，本书深入探讨了高温环境对材料的影响。在核反应堆内部，材料长期处于几百度甚至上千摄氏度的高温下，这不仅会加速材料的扩散和氧化，还可能引发蠕变、应力腐蚀开裂等一系列问题。书中详细介绍了高温对材料微观结构的影响，如晶粒长大、第二相析出或溶解、以及这些变化如何影响材料的力学强度和塑性。针对金属材料，书中详细阐述了高温氧化动力学、氧化膜的形成与失效机制，以及高温下应力腐蚀开裂（SCC）的诱因、传播路径和断裂韧性影响。对于陶瓷材料，高温可能导致其热震裂纹的萌生与扩展，书中也对此进行了深入的分析。此外，本书还结合了热力学和动力学理论，对高温环境下的材料化学行为进行了严谨的解析。 腐蚀是核系统中另一个不容忽视的退化因素。无论是在湿环（如压水堆）还是在干环（如快堆），材料都会与冷却剂、工艺流体、甚至空气发生化学反应。书中系统地介绍了不同核系统（包括压水堆、沸水堆、快堆、以及核燃料循环中的材料）所面临的典型腐蚀环境，并详细分析了腐蚀产物的形成、生长以及其对材料整体性能的影响。例如，在压水堆中，燃料包壳（通常是锆合金）与高温高压水发生氧化反应，生成ZrO₂层，这一氧化层不仅会影响热传递，还会增加包壳的脆性。书中深入探讨了氧化层的微观结构、生长速率、以及其在应力作用下的行为。在沸水堆中，应力腐蚀开裂（SCC）是主要失效模式之一，作者详细解析了SCC的机理，包括阳极溶解、氢脆、以及腐蚀产物堆积的影响，并讨论了如何通过控制环境化学（如降低水中氧含量、调节pH值）来抑制SCC的发生。此外，书中还涵盖了液态金属（如钠、铅铋合金）和熔盐等特殊冷却剂体系中的腐蚀行为，以及其对核材料带来的独特挑战。 本书的另一大亮点在于其对多种退化机制的综合分析。在实际的核系统中，材料通常并非只遭受单一因素的侵蚀，而是多种因素的协同作用。例如，辐照诱导的微观结构变化会显著改变材料的腐蚀行为，而高温则会加速辐照损伤的演化。本书的一个重要贡献在于，它超越了单一机制的分析，深入探讨了辐射-高温-腐蚀等多场耦合作用下的材料退化行为。作者通过详细的案例研究和实验数据，揭示了这些协同效应如何比单一因素的影响更为严峻，并为开发能够承受复杂耦合载荷的先进材料提供了新的视角。例如，书中详细讨论了辐照加速氧化（IAO）现象，分析了辐射缺陷如何影响氧化层的生长动力学和微观结构，从而导致更快的材料损失。 为了有效应对核系统材料的环境退化问题，本书不仅关注机制的解析，更着重于提供实际的解决方案。在材料选择方面，书中详细介绍了不同核应用领域（如堆芯材料、包壳材料、结构材料、以及废物处理材料）所需的关键性能指标，并对现有和正在开发的先进材料（如新型锆合金、镍基合金、高温合金、先进陶瓷、以及特种聚合物）的优缺点进行了全面的评估。对于每种材料，书中都详细列举了其在特定核环境下的性能表现、退化机制以及潜在的替代方案。 在防护策略方面，本书提出了多层次的应对之道。首先，通过优化材料设计，例如引入合金化元素、改变热处理工艺、以及开发纳米结构材料，来提高材料的固有抗辐照、抗高温和抗腐蚀能力。其次，通过改进系统设计，例如优化冷却剂的化学成分、控制运行温度和压力、以及采取有效的屏蔽措施，来降低材料所面临的环境严酷性。此外，本书还详细介绍了表面工程技术，如涂层技术（如氧化铝涂层、氮化物涂层）、热喷涂、以及激光熔覆等，这些技术能够为基体材料提供额外的保护层，显著提高其在恶劣环境中的服役寿命。例如，书中深入探讨了用于压水堆燃料包壳的内涂层技术，分析了不同涂层的成分、制备工艺、以及它们如何有效地抑制锆合金与燃料芯块（UO₂）之间的相互作用以及氢脆的发生。 本书还专门开辟章节，探讨了材料的性能表征与监测技术。为了准确评估材料的退化程度，需要采用一系列先进的表征手段。书中详细介绍了各种宏观和微观表征技术，如扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射（XRD）、二次离子质谱（SIMS）、同步辐射技术、以及原子力显微镜（AFM）等，并阐述了这些技术如何用于分析材料的微观结构、化学成分、缺陷分布以及力学性能。同时，书中还强调了在线监测的重要性，介绍了各种传感器和无损检测技术（如超声波检测、涡流检测、声发射技术）在核系统材料健康监测中的应用，以及如何利用这些数据进行实时评估和预警。 最后，本书还展望了核系统材料环境退化领域未来的研究方向和发展趋势。随着新一代核反应堆的设计和发展，材料面临的环境将更加复杂和严苛。书中探讨了对未来先进反应堆（如聚变反应堆、第四代反应堆）所需的新型材料的挑战，例如在聚变反应堆中，材料需要承受极高的中子通量、等离子体侵蚀以及极端的热负荷。作者也对计算材料学、人工智能在材料设计和性能预测中的作用进行了深入的探讨，预示着这些新兴技术将在解决核系统材料退化问题中扮演越来越重要的角色。 总而言之，《Environmental Degradation of Materials in Nuclear Systems》是一部内容详实、理论与实践相结合的著作。它不仅为核材料科学家、工程师和研究人员提供了系统性的理论框架和前沿的研究进展，也为核电站的运营和维护提供了宝贵的参考。通过对核系统材料环境退化机制的深入剖析和对防护策略的全面探讨，本书致力于推动核能技术的安全、可靠和可持续发展，为人类社会提供更清洁、更高效的能源解决方案。

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