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第1章　概述1

1.1　核能发展的历史和现状1

1.1.1　核能利用的序幕1

1.1.2　核能利用的三个阶段2

1.1.3　核电发展面临的障碍和对策5

1.1.4　核能发展的现状和未来7

1.2　核材料在核能发展中的作用9

1.2.1　核能及其特点9

1.2.2　核材料在核能发展中的作用11

1.2.3　“核材料科学与工程”的内涵14

1.2.4　《核材料导论》的基本内容15

参考文献17

第2章　原子核物理19

2.1　原子核的组成和结合能19

2.1.1　原子核和同位素19

2.1.2　核衰变和放射性21

2.1.3　射线与物质的相互作用25

2.1.4　结合能与核的稳定性26

2.2　中子与物质核的相互作用28

2.2.1　概述28

2.2.2 中子与物质核相互作用的机理29

2.2.3　中子核反应截面31

2.2.4 中子通量密度和中子反应率33

2.3　核裂变和核反应堆34

2.3.1　核裂变机理34

2.3.2　裂变产物和裂变中子37

2.3.3　裂变反应堆的热功率41

2.3.4　裂变反应堆及其分类44

2.4　核聚变和聚变装置46

2.4.1　核聚变原理46

2.4.2　聚变堆基本构成47

2.4.3　托卡马克实验装置48

2.4.4　激光聚变装置49

参考文献49

第3章　核反应堆物理50

3.1　链式裂变反应50

3.1.1　中子循环50

3.1.2　单速中子的扩散53

3.1.3　中子慢化57

3.1.4　慢化剂性质63

3.2　反应堆临界64

3.2.1　材料曲率和几何曲率64

3.2.2　临界方程与临界条件66

3.2.3　中子通量密度分布及展平67

3.2.4　反射层性质69

3.3　反应堆动力学71

3.3.1　瞬发中子和缓发中子72

3.3.2　反应堆周期75

3.3.3　反应性定义和单位76

3.3.4　点堆动力学方程77

3.4　反应性变化82

3.4.1　反应性系数及其效应82

3.4.2　反应性温度系数82

3.4.3　裂变产物的中毒88

3.4.4　燃耗对反应性的影响92

3.5　反应性控制95

3.5.1　反应性控制的任务和原理96

3.5.2　控制棒控制的特点98

3.5.3　控制棒价值98

3.5.4　化学补偿控制和可燃毒物控制101

3.6　核燃料管理102

3.6.1　核燃料循环概述102

3.6.2　堆芯燃料管理103

3.6.3　压水堆装换料布置方式104

3.6.4　堆芯装换料的优化研究107

参考文献108

第4章　核反应堆热工流体力学110

4.1　核反应堆释热110

4.1.1　裂变能及其在堆内的分布110

4.1.2　燃料元件和堆内部件释热114

4.1.3　停堆后的释热及其冷却118

4.2　核反应堆传热122

4.2.1　概述122

4.2.2　冷却剂的输热124

4.2.3　堆内导热124

4.2.4　对流传热系数134

4.2.5　沸腾传热137

4.3　核反应堆稳态热工设计原理146

4.3.1　概述146

4.3.2 热通道和热点、热通道因子和热点因子147

4.3.3　临界热流密度与最小DNBR151

4.3.4　堆芯稳态热工设计方法和内容155

4.4　核反应堆稳态水力分析156

4.4.1　引言156

4.4.2　单相流基本方程和压降157

4.4.3　两相流及两相流动压降165

4.5　流动不稳定性172

4.5.1　概述172

4.5.2　水动力不稳定性173

4.5.3　密度波不稳定性177

参考文献178

第5章　核反应堆设计和安全的基本要求179

5.1　核电厂系统简介179

5.1.1　轻水堆核电厂系统179

5.1.2　重水堆核电厂系统182

5.1.3　快中子增殖堆核电厂系统183

5.1.4　高温气冷堆核电厂系统184

5.2　核反应堆设计概述185

5.2.1　核反应堆设计内容185

5.2.2　堆芯设计准则188

5.3　核反应堆结构设计概要190

5.3.1　概况190

5.3.2　ASME-Ⅲ结构设计方法的主要特点192

5.3.3　载荷、运行工况和设备使用状态194

5.3.4　延性材料的强度理论195

5.3.5　对应设计工况及各种使用状态的限制准则200

5.3.6　结构（强度）设计基本步骤203

5.3.7　结构设计对核材料性能的要求204

5.4　核反应堆安全简介211

5.4.1　核反应堆安全基本要求211

5.4.2　核电厂安全212

参考文献215

第6章　核裂变反应堆材料（1）216

6.1　核反应堆部件和材料分类216

6.1.1　核反应堆的组成和结构216

6.1.2　堆部件的功能和工作环境218

6.1.3　对核反应堆材料的要求223

6.1.4　核反应堆材料的分类226

6.2　核燃料229

6.2.1　金属型燃料229

6.2.2　氧化物燃料241

6.2.3　弥散型燃料266

6.2.4 高性能陶瓷燃料286

参考文献300

第7章　核裂变反应堆材料（2）305

7.1　堆芯材料305

7.1.1　包壳材料305

7.1.2　冷却剂材料331

7.1.3　慢化剂材料340

7.1.4　结构材料355

7.2　堆芯外材料374

7.2.1　中子吸收材料374

7.2.2　压力容器和管道材料389

7.2.3　屏蔽材料404

7.2.4　蒸汽发生器传热管材料408

参考文献417

第8章　核聚变反应堆材料421

8.1　聚变堆及其特有的材料问题421

8.1.1　聚变堆原理和聚变实验装置421

8.1.2　聚变堆设计和工况条件426

8.1.3　聚变堆特有的材料问题429

8.2　聚变反应堆材料435

8.2.1　热核材料435

8.2.2　第一壁材料437

8.2.3　高热流部件材料448

8.2.4　面向等离子体材料456

8.2.5　氚增殖材料462

参考文献467

第9章　空间核电源材料469

9.1　概述469

9.1.1　空间核电源发展概况469

9.1.2　温差发电470

9.1.3　热离子反应堆电源473

9.1.4　碱金属热电转换器476

9.2　温差发电材料479

9.2.1　温差电偶材料479

9.2.2　结构和连接材料481

9.2.3　热辐射器材料481

9.2.4　放射性同位素热源材料481

9.3　热离子反应堆电源材料483

9.3.1　反应堆材料483

9.3.2　发射极材料488

9.3.3　绝缘陶瓷材料492

9.3.4　热管材料494

9.4　碱金属热电转换器材料495

9.4.1　快离子导电陶瓷材料β″-Al2O3496

9.4.2　电极材料499

参考文献501