核材料

用於核工程(或原子能工程)的各 種材料。核工程包括兩類：

①基於核裂 變反應的反應堆工程和原子彈；

②基於核聚變反應的聚變堆工程和氫彈。

但人們通常説的核材料主要是指用於反應堆的各部分的材料，故又稱反應堆材料。這是因為核反應堆的發展 已較成熟，全世界大約已有上千座反 應堆投入運行，而聚變堆至今仍在研 究階段。反應堆材料包括在中子轟擊 下原子核能發生裂變的核燃料、核燃 料元件的包殼材料、冷卻劑、中子慢化材料(減速劑)、強烈吸收中子的控制 (棒)材料和防止中子泄漏到反應堆外 的反射(層)材料。 ^[1] 

用於建造反應堆的材料，包括核燃料、冷卻劑材料、慢化材料、結構材料、控制材料、屏蔽材料等，它已形成一個材料體系。反應堆材料除了應具有一般工程材料所具有的性能外，還應有良好的核物理性能，以及能很好地與反應堆環境相容的特性。

對反應堆材料的研究主要着重於其核物理性能、輻照效應、化學相容性等的研究，以及與各種應用有關的性能研究。這種研究大大拓寬了材料科學技術的發展和應用。

用於導出反應堆內核裂變產生熱量的工作介質材料，主要有氣態和液態兩類。常見的液態冷卻劑材料有水、重水以及液態金屬——鈉、鈉鉀合金、鉍、鉛鉍合金等。常見的氣體冷卻劑材料有二氧化碳(CO₂)、空氣和氦氣(He)等。(見反應堆冷卻劑材料)

在熱中子反應堆中用於將裂變中子慢化成熱中子的材料，亦稱慢化劑、減速劑(見中子慢化)。常用慢化材料有固態的和液態的兩類。固態慢化材料有石墨、鈹及氧化鈹。常用的液態慢化材料有輕水及重水，此外還有有機慢化材料。對於慢化材料，除了要求其具有優良的核性能外， 還要求其有良好的工程使用性能。(見反應堆慢化劑材料)

反應堆結構材料包括堆芯結構材料、燃料(棒)包殼材料以及反應堆壓力容器、驅動機構材料等。選擇商用反應堆結構材料時，應考慮其強度、韌性、耐腐蝕性以及鐵素體鋼抗輻照脆化的性能。核級高韌性低合金鋼、不鏽鋼、基合金等廣泛用作堆芯結構材料和反應堆壓力容器材料。鋯合金廣泛用於燃料(棒) 包殼材料和燃料組件結構材料。

用於製造控制反應堆反應性的控制元件的材料，此類材料具有強吸收中子性質。這類材料有鉿、銀-銦-鎘合金、含硼材料和稀土材料中的釤、鉺、銪、釓以及它們的某些氧化物和碳化物。(見反應堆控制材料)

反應堆結構中用於減弱各種射線、避免使工作人員及設備遭受輻照損傷的設施所用的材料， 主要有鉛、鐵、重混凝土、水等材料。 ^[2] 

是指能產生裂變或聚變核反應並釋放出巨大核能的物質。核燃料可分為裂變燃料和聚變燃料(或稱熱核燃料)兩大類。裂變燃料主要指易裂變核素如鈾235、鈈239和鈾233等。此外，由於鈾238和釷232是能夠轉換成易裂變核素的重要原料，且其本身在一定條件下也可產生裂變，所以習慣上也稱其為核燃料。聚變燃料包含氫的同位素氘、氚，鋰6和其化合物等。

核工程材料是指反應堆及核燃料循環和核技術中用的各種特殊材料，如反應堆結構材料、元件包殼材料、反應堆控制材料、慢化劑、冷卻劑、屏蔽材料等等。例如特種鋁合金、鈹、特種不鏽鋼、特種陶瓷、高分子材料等。 ^[2] 

是指吸收中子後可發生鏈式反應的核素或可新生成易裂變核素的可轉換材料。235U、239pu、233U的中子誘發裂變的能量閾值為零，它們被稱作易裂變核素，即是能在熱中子反應堆中使用的核燃料。232Th和238U吸收中子後，可生成新的易裂變材料233U和239pu，232Th和238U被稱為可轉換材料。238U和232Th資源豐富，為核能的利用提供了廣闊的材料來源。核材料均是放射性核素，使用時必須注意防護。對Pu、233U、濃縮度超過20%的235U實行嚴格控制與管理，防止上述特種核材料被盜，用來非法生產核武器。

安全保障規程適用於燃料循環的全部環節，包括燃料製造、發電、燃料後處理、貯存和運輸。核材料必須置於設有多重實體屏障的保護區內，並實行全面管制與統計，防止損失與擴散。

數據顯示，截至2011年1月，全球運行的核電機組共442個。國際原子能機構預計，到2030年，全球運行核電站將可能在2011年1月的基礎上增加約300座。世界核能協會預計，到2015年，全世界可能平均每5天就會開工一個裝機容量約1000兆瓦的核電站。

截至2010年末，我國核電裝機容量突破1000萬千瓦，達1082萬千瓦，在建規模達26台2914萬千瓦。按照“十二五”開工4000萬千瓦計算，核電建設週期一般為5年，至2020年我國核電在運機組將接近8000萬千瓦。預計2011-2020年核電市場總投資額將達到9800億元，年平均投資額接近1000億元。

此次日本大地震引發的核泄漏無疑將引發國內對於核電安全的擔憂。分析認為，日本核泄漏會增加國內對於核安全的憂慮，以及影響到國家未來的核電規劃，但是“積極發展”的整體核電發展戰略不會發生根本性改變。

2009年，全球已探明鈾礦儲量為630萬噸。全球鈾礦資源主要分佈於澳大利亞、哈薩克斯坦、美國、巴西、加拿大、南非等國家，而高品位鈾礦主要在加拿大，目前世界上最大的鈾礦位於加拿大的阿薩巴斯卡盆地。據WNA統計，2009年全球鈾產量為50772噸。

2009年，我國天然鈾產量近1000噸，需天然鈾1600噸左右。2010年，我國需天然鈾1900噸左右。隨着我國核電裝機容量的不斷增加，核電行業對鈾的需求量將會不斷增長，我國鈾市場前景看好。如果2020年我國核電裝機容量為8000萬千瓦，則年需天然鈾14000噸左右。

隨着我國核電裝機容量的逐年增加，一方面帶來鋯材的新增需求，另一方面每年對鋯材的更新需求也不斷增加，核級鋯材的高增長將一直延續到2020年，預計2020年我國鋯材需求量將達到1200噸。

假設2020年前的核能項目中15%採用快堆，按我國試驗快堆的核級鈉用量(65MW用量350噸)，國內快中子反應堆將產生近56377噸的核級鈉需求，2011-2020年，平均每年核級鈉需求量為5337.7噸。

中國正在加大能源結構調整力度。積極發展核電、風電、水電等清潔優質能源已刻不容緩。中國能源結構仍以煤炭為主體，清潔優質能源的比重偏低。中國目前建成和在建的核電站總裝機容量為870萬千瓦，預計到2010年中國核電裝機容量約為2000萬千瓦，2020年約為4000萬千瓦。到2050年，根據不同部門的估算，中國核電裝機容量可以分為高中低三種方案：高方案為3.6億千瓦（約佔中國電力總裝機容量的30%），中方案為2.4億千瓦（約佔中國電力總裝機容量的20%），低方案為1.2億千瓦（約佔中國電力總裝機容量的10%）。

中國國家發展改革委員會正在制定中國核電發展民用工業規劃，準備到2020年中國電力總裝機容量預計為9億千瓦時，核電的比重將佔電力總容量的4%，即是中國核電在2020年時將為3600-4000萬千瓦。也就是説，到2020年中國將建成40座相當於大亞灣那樣的百萬千瓦級的核電站。

從核電發展總趨勢來看，中國核電發展的技術路線和戰略路線早已明確並正在執行，當前發展壓水堆，中期發展快中子堆，遠期發展聚變堆。具體地説就是，近期發展熱中子反應堆核電站；為了充分利用鈾資源，採用鈾鈈循環的技術路線，中期發展快中子增殖反應堆核電站；遠期發展聚變堆核電站，從而基本上“永遠”解決能源需求的矛盾。