核反應堆材料

又稱載熱劑。其作用是將反應堆內因核裂變產生的熱量導出堆外，在均勻堆中還兼作流體燃料的載體。冷卻劑的特點是，具有良好的傳熱性和流動性，高沸點、低熔點、泵送功率低，對熱和輻射有良好的穩定性，在反應堆系統下不產生腐蝕，感生放射性低，中子俘獲截面小。常用的冷卻劑分氣體和液體兩類。氣體冷卻劑有二氧化碳和氦氣。其優點是選擇工作壓強和温度時，可以完全獨立地進行，因而能實現高温低壓運行；缺點是泵送功率大。液體冷卻劑有輕水、重水和液態金屬。後者具有熱導率高、蒸氣壓低的特點 。快增殖堆常用液態鈉作冷卻劑，熱導率高，但有一定腐蝕性，能使迴路管道因質量遷移而堵塞。此外，鈉吸收中子後會產生強放射性24Na，而且鈉很活潑，遇水即爆炸，故在設計熱交換器時要特別注意。

用於熱中子反應堆內，使裂變產生的快中子減速為熱中子，從而提高裂變反應的幾率。對慢化劑的要求是對中子有較高的散射截面和低的吸收截面。常用的慢化劑是輕水、重水和石墨。輕水是含氫物質，慢化能力大，價格低廉，但吸收截面較大，對金屬有腐蝕作用，易發生輻射分解。重水的吸收截面小，並可發生（γ，n）反應而為鏈式反應提供中子；缺點是價格昂貴，還要細心防止泄漏損失、污染和與氫化物發生同位素交換。石墨的吸收截面低於重水，但價格便宜，又是耐高温材料，可用於非氧化氣氛的高温堆中。此外，還可用碳氫化合物、鈹等作慢化劑材料。鈹的慢化能力比石墨好，用它作慢化劑可縮小堆芯尺寸，但鈹有劇毒、價格昂貴、易產生輻照腫脹，故使用受到限制。

在反應堆活性區周圍用來散射從活性區泄漏出的中子，使其改變方向重新回到活性區。對反射層材料的要求與慢化劑相同，要求其散射截面要大，吸收截面要小。因此，好的慢化劑材料也是好的反射層材料。在快中子堆中，大部分裂變由高能中子引起，反射層材料由高質量數的緻密物質組成，以使被反向散射進堆芯的中子受到最小的慢化。常用的反射層材料有輕水、重水、石墨、鈹、氧化鈹、氧化鋯等。

包括燃料包殼、堆芯構件、反應堆容器、熱交換器和主迴路管道等所用的材料。其中對包殼材料的性能要求最嚴。熱中子堆的包殼材料一般使用鋁合金、鎂合金和鋯合金。快中子堆包殼材料範圍比較寬。鋁、鎂合金是較早使用的結構材料，由於其熔點低，只能用於低温。鋯合金在高温下強度好，在高温純水中的耐腐蝕性接近不鏽鋼，而其中子吸收截面卻只有不鏽鋼的1/15，是水冷動力堆中廣泛使用的結構材料。奧氏體不鏽鋼在高温下的強度和抗腐蝕性能都很好，且價格比較便宜，也用作燃料元件包殼和其他結構材料。低合金鋼和碳鋼普遍用於製作核反應堆壓力容器。此外，可用作結構材料的還有鎳、鈦、鈮、釩等合金。

用於製作核反應堆控制棒的材料。控制棒在反應堆中起補償和調節中子反應性以及緊急停堆的作用。控制材料具有吸收截面大、散射截面小等特點。常用的控制材料有硼、鎘、鉿和某些稀土元素及其合金。硼不僅中子吸收截面高，而且吸收中子的能量範圍較寬，一般以碳化硼或硼鋼作為控制材料。鎘的熱中子吸收截面比硼高，但對超熱中子的吸收截面小，一般製成銀銦鎘合金用於水冷堆。鉿不僅對熱中子和超熱中子都有高的吸收截面，而且是長壽命的中子吸收體，特別適用於水冷堆。但鉿稀缺、昂貴，因而使用受到限制。

用於衰減反應堆芯中產生的各種射線的材料。反應堆產生的輻射中，危害最大的是穿透力大的中子和γ射線。屏蔽材料必須能夠衰減γ射線，並使快中子減速而被吸收。常用的屏蔽材料由含有重元素（如鉛）、輕元素（如水中的氫）以及中子吸收劑（如硼）的材料組成。加有重晶石或鐵礦石的混凝土也是常用的屏蔽材料。