第Ⅳ代核反应堆的结构材料：挑战与机遇

第Ⅳ代核反应堆的设计理念是为了保证一个共同的目标，即建造更安全、寿期更长、可防止核扩散和经济性更好的核电厂。要实现第Ⅳ代核电厂的成功开发和建造，首先要考虑的问题是反应堆堆芯及堆外结构材料的性能和可靠性。在第Ⅳ代反应堆中应用的结构材料，需要经受比当前核电厂更高的温度和中子剂量，还要面对更苛刻的腐蚀环境。目前的候选结构材料包括了各种铁素体／马氏体钢、奥氏体不锈钢、镍基超级合金、陶瓷材料和复合材料等。本文总结了第Ⅳ代反应堆的几种概念，重点关注用于特定部位材料的问题。文章还讨论了正常工况和偏离工况条件下使用现有材料所面临的挑战。由于存在着辐照诱发的偏析、扩散、沉淀、元素与辐照缺陷之间的相互作用、肿胀、氦生成等基本现象，材料的服役任务变得愈加复杂。此外，这些材料的高温性能（例如蠕变性能）也是限制材料应用的关键因素。已经验证，新合金、微观组织设计方法以及新的的制造工艺可以减少这些不利因素的影响，而且可以获得使用环境下的最佳性能。