Thiết kế khả năng chống bức xạ trong vật liệu cho năng lượng hợp hạch

Annual Review of Materials Research - Tập 44 Số 1 - Trang 241-267 - 2014
S.J. Zinkle1,2, L.L. Snead2
1Department of Nuclear Engineering and Department of Materials Science & Engineering, University of Tennessee, Knoxville, Tennessee 37996;
2 Oak Ridge National Laboratory, Oak Ridge, Tennessee 37831

Tóm tắt

Các hệ thống năng lượng hợp hạch và phân hạch tiên tiến (Thế hệ IV) đề xuất yêu cầu các vật liệu hiệu suất cao có khả năng hoạt động thỏa đáng cho đến mức độ tổn thương neutron gần 200 dịch chuyển nguyên tử mỗi nguyên tử, cùng với một lượng lớn đồng vị hydro và heli chuyển thể. Sau một cái nhìn tổng quan ngắn gọn về các khái niệm lò phản ứng hợp hạch và hiện tượng tác động của bức xạ trong các vật liệu kết cấu và chức năng (phi kết cấu), ba lựa chọn cơ bản cho việc thiết kế khả năng chống bức xạ được phác thảo: Sử dụng các pha ma trận có khả năng chịu bức xạ tự nhiên, lựa chọn các vật liệu mà trong đó khoảng trống không di chuyển ở nhiệt độ hoạt động thiết kế, hoặc thiết kế các vật liệu có mật độ bẫy cao để tái kết hợp các khuyết tật điểm. Các yếu tố môi trường và an toàn đặt ra một số hạn chế bổ sung đối với các hệ thống vật liệu tiềm năng, nhưng các loại thép ferritic/martensitic giảm hoạt hóa (bao gồm các tùy chọn xử lý nhiệt cơ học và tăng cường phân tán oxit) và các hợp chất gốm silicon carbide nổi lên như là các lựa chọn vật liệu kết cấu mạnh mẽ. Mô hình hóa vật liệu (bao gồm cả nhiệt động lực học tính toán) và các phương pháp chế tạo tiên tiến đang chuẩn bị tạo ra tác động lớn trong mười năm tới.

Từ khóa


Tài liệu tham khảo

10.1038/nature11475

10.1016/j.actamat.2012.11.004

10.1126/science.186.4162.397

10.1016/B0-12-227410-5/00491-9

10.1088/0031-8949/87/01/018201

10.1103/RevModPhys.76.1071

10.1063/1.3116505

10.1016/j.fusengdes.2008.07.039

10.1016/j.fusengdes.2011.11.005

10.1088/0029-5515/53/10/104024

10.1016/0920-3796(95)90180-9

10.1016/j.fusengdes.2010.08.050

10.1016/0920-3796(95)90123-X

10.1016/S0022-3115(98)00352-3

10.1016/j.jnucmat.2004.04.141

10.1146/annurev.matsci.38.060407.130315

10.1016/S1369-7021(09)70294-9

10.13182/FST88-A25084

10.1126/science.200.4338.168

10.1016/0022-3115(84)90570-1

10.13182/FST19-1-146

10.1016/S0022-3115(98)00134-2

10.1016/j.cossms.2004.09.004

10.1016/j.jnucmat.2011.05.023

10.1016/S0022-3115(02)01043-7

10.1016/j.jnucmat.2005.01.017

10.1016/j.fusengdes.2005.06.186

10.1016/j.fusengdes.2005.08.008

10.1016/S0022-3115(98)00355-9

10.1016/S0022-3115(98)00269-4

10.1016/j.jnucmat.2007.03.082

10.1016/j.jnucmat.2011.03.005

10.1016/j.jnucmat.2011.01.114

10.1557/mrs.2011.37

10.13182/FST12-A13511

10.1016/S0022-3115(02)01175-3

10.1088/0741-3335/53/12/124040

10.1088/0029-5515/53/10/104002

10.1016/S0022-3115(02)01330-2

10.1016/j.jnucmat.2010.12.289

10.1016/j.jnucmat.2012.08.018

10.1016/0022-3115(94)90136-8

43. Dai Y, Odette GR, Yamamoto T. 2012. The effects of helium in irradiated structural alloys. See Ref. 153, pp. 141–93

10.1016/j.jnucmat.2003.09.001

10.1016/j.fusengdes.2013.02.081

46. Zinkle SJ. 2012. Radiation-induced effects on microstructure. See Ref. 153, pp. 65–98

Schilling W, 1975, Fundamental Aspects of Radiation Damage in Metals, 470

10.1088/0305-4608/3/2/005

10.1016/S0168-583X(99)00643-6

10.1016/0168-583X(95)00590-0

10.1063/1.1880013

10.1016/j.jnucmat.2003.08.023

10.1016/0022-3115(91)90025-3

10.1016/S0022-3115(99)00225-1

10.1016/0022-3115(94)90009-4

10.1016/0022-3115(89)90525-4

10.1016/0022-3115(79)90587-7

10.1016/0022-3115(86)90066-8

10.1016/0022-3115(90)90242-F

10.1016/S0022-3115(03)00122-3

10.1016/0168-583X(96)00016-X

10.1088/0953-8984/16/49/R03

IAEA, 2013, Operating Experience with Nuclear Power Stations in Member States in 2012

10.1016/S0022-3115(00)00157-4

10.13182/FST08-A1684

10.1016/S0022-3115(09)80011-1

67. Itoh N, Stoneham AM. 2001. Materials Modification by Electronic Excitation. Cambridge, UK: Cambridge Univ. Press. 536 pp.

10.1016/S0920-3796(98)00159-8

10.13182/FST09-26

10.1109/23.983174

10.1038/nmat1842

10.1016/0022-3115(71)90171-1

73. Brager HR, Garner FA, Gilbert ER, Flinn JE, Wolfer WG. 1977. Stress-affected microstructural development and the creep-swelling interrelationship. See Ref. 154, pp. 727–55

10.1016/0022-3115(93)90128-L

75. Bates JF, Johnston WG. 1977. Effects of alloy composition on void swelling. See Ref. 154, pp. 625–44

76. Venker H, Giesecke P, Ehrlich K. 1977. The influence of fast diffusing substitutional elements on the swelling behaviour of Ni- and Cu-alloys. See Ref. 154, pp. 415–20

10.1016/0022-3115(70)90104-2

10.1016/0022-3115(84)90642-1

10.1016/0022-3115(82)90486-X

10.1016/0022-3115(88)90320-0

10.1016/0022-3115(82)90477-9

10.1016/0022-3115(93)90067-9

10.1016/S0022-3115(99)00165-8

10.1146/annurev-matsci-071312-121626

85. Sniegowski JJ, Wolfer WG. 1984. On the physical basis for the swelling resistance of ferritic steels. Proc. Topical Conference on Ferritic Alloys for Use in Nuclear Energy Technologies, ed. JW Davis, DJ Michel, pp. 579–86. New York: TMS/AIME

10.1016/0022-3115(92)90614-Q

10.1007/s10820-007-9070-0

10.1002/adem.200300567

89. Kiran Kumar NAP, Leonard KJ, Bei H, Zhang Y, Zinkle SJ. 2014. Microstructural stability and mechanical behavior of FeMnNiCr high entropy alloy under ion irradiation. J. Nucl. Mater. Submitted

10.1126/science.289.5480.748

10.1016/S1359-6454(99)00300-6

10.1103/PhysRev.110.1240

10.1557/JMR.1997.0266

10.1103/PhysRevB.19.742

10.1016/0022-3115(81)90387-1

10.1016/0022-3115(88)90328-5

10.4028/www.scientific.net/MSF.248-249.3

10.13182/NSE66-A17353

10.1016/0022-3115(68)90068-8

10.13182/FST09-A9049

10.13182/NT73-A31267

10.1016/j.jnucmat.2010.12.088

10.1016/S0168-583X(98)00085-8

10.1088/0953-8984/25/13/135403

10.1016/j.jnucmat.2007.03.097

10.1016/0022-3115(72)90091-8

10.1103/PhysRevB.13.4364

Adda Y., 1972, Radiation-Induced Voids in Metals, 31

10.1016/0022-3115(75)90184-1

10.1016/0022-3115(82)90423-8

10.1007/BF02647545

10.1016/j.jnucmat.2009.03.024

10.3139/146.101743

10.1016/j.jnucmat.2010.12.203

10.1016/0036-9748(80)90266-5

10.1016/0022-3115(85)90350-2

10.1016/0022-3115(88)90462-X

10.1016/0022-3115(79)90338-6

Lee EH, 1989, Int. Symp. Eff. Radiat. Mater., 14, 133

10.1016/0022-3115(88)90419-9

10.1016/0022-3115(93)90013-O

10.1016/S0022-3115(00)00066-0

10.1007/s11837-010-0144-1

10.1080/00337577408232045

10.1080/14786437408222075

10.1016/0022-3115(80)90244-5

10.1016/0168-583X(94)96224-3

10.1557/mrs2010.704

10.1007/BF02698235

10.1016/0022-3115(91)90023-Z

10.1016/j.jnucmat.2008.11.025

10.1016/j.jnucmat.2011.01.064

10.1023/A:1015062218246

10.1016/j.jnucmat.2012.04.005

10.1016/j.jnucmat.2012.11.021

10.1126/science.277.5330.1237

10.1016/S0364-5916(02)00037-8

10.1038/nmat3568

10.1016/j.jnucmat.2011.05.021

10.1016/j.jnucmat.2012.10.015

10.13182/FST13-631

10.1016/j.msea.2006.08.124

10.1016/j.jnucmat.2007.03.001

10.1016/S0007-8506(07)63240-5

Lipson H., 2012, Bridge, 42, 5

10.1016/0022-3115(78)90160-5

10.1016/j.jnucmat.2006.05.023

148. Roth J, Tsitrone E, Loarte A, Loarer T, Counsell G, et al. 2009. Recent analysis of key plasma wall interactions issues for ITER. J. Nucl. Mater. 390–391:1–9

10.1016/j.jnucmat.2013.06.005

10.1088/0953-8984/24/26/265402

10.1016/j.jnucmat.2013.01.270

10.1088/0741-3335/50/10/103001

Konings RJM, 2012, Comprehensive Nuclear Materials, 1

Bleiberg ML, 1977, Radiation Effects in Breeder Reactor Structural Materials

10.1016/j.jnucmat.2012.10.014

10.1016/j.jnucmat.2005.04.001

10.1016/j.fusengdes.2009.01.078

Thông tin
Thông tin xuất bản

Annual Review of Materials Research

Tập 44 Số 1

241-267

Thông tin tác giả