[发明专利]一种利用热容差在核反应堆内进行高效散热铅合金

说明书

本发明公开了一种利用热容差在核反应堆内进行高效散热铅合金，为三层的复合结构。按重量百分比计，中间层合金组成为：In:20.0‑25.0wt.%,Sn:6.0‑8.0wt.%,Sb:1.0‑2.0wt.%,Cd:2.0‑3.0wt.%,Ru:0.2‑0.4wt.%,Mn:0.1‑0.2wt.%,余量为铅；上下层合金组成为：In:10.0‑15.0wt.%,Zn:15.0‑18.0wt.%,Co:4.0‑5.0wt.%,Mo:0.4‑0.6wt.%,Bi:2.0‑3.0wt.%,Sb:1.0‑2.0wt.%,余量为铅。该材料为核工业领域提供了一种极其有效的散热解决方案，同时还可以作为屏蔽材料有效地对多种放射性产物进行屏蔽。不仅有效地解决核反应堆领域的散热难题，还可以在大规模应用后获得极大的经济价值和社会价值。

技术领域

本发明涉及合金技术领域，具体地说，涉及一种铅合金。

背景技术

核能利用是国防力量和国民经济水平的重要标志，显示了一个国家的综合实力。在能源日趋匾乏的二十一世纪，核电将成为最主要的清洁、高效、可靠的能源。因此,和平开发核能为各国所广泛重视。

核反应堆在正常工作过程中要放出很大的热量,但是只有其中的30%左右会被转换为其它形式的能量(包括机械能)。剩余的热量要以废热的形式排出，因而核反应堆需要很多的水进行冷却。也就是说，在核反应堆正常工作期间要维持许多安全系统和屏蔽系统的正常工作。此外，还要保证余热能够正常的排出系统，形成自然循环。如果散热能力不足以带出堆内热量，堆内的温度和压力就会慢慢上升，经过较长时间后，堆内冷却剂有可能会沸腾，压力也会超过安全极限值，最终威胁反应堆的安全。因而，反应堆的高效散热一直是核工业领域极其重要的方向。

当反应堆运行时，核裂变反应将产生大量中子和γ射线，裂变产物衰变也释放出α、β粒子和γ射线。α和β粒子射程很短，很容易被空气或其它物体吸收，一般对操作人员不构成威胁。中子和γ射线有极强穿透能力。为了阻挡它们要求在反应堆四周设置保护屏蔽层保护人员和设备免受放射线伤害。屏蔽快中子需选用轻元素组成的材料，屏蔽γ射线则需选用重元素组成的材料，因此堆外屏蔽层往往采用兼含轻重元素的联合结构。

目前，由于核发电的作用在国民经济领域越来越突出，使得核反应堆的散热越来越受到重视。各国均投入了大量的人力和物力进行深入研究和产业化，发达国家特别是美国，日本和俄罗斯等已经形成了规模化核反应堆散热产业，能够生产多类别和系列的规格化产品。本专利从材料学角度出发，提供了一种用于核反应堆领域散热用铅合金及使用方案。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的不足，提供一种利用热容差在核反应堆内进行高效散热铅合金。该材料在150-250度之间具有需要的热响应能力和散热效率。该方法还具有生产成本低，便于大规模生产的特点。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种利用热容差在核反应堆内进行高效散热铅合金，为三层的复合结构。按重量百分比计，中间层合金组成为：In:20.0-25.0wt.%,Sn:6.0-8.0wt.%,Sb:1.0-2.0wt.%,Cd:2.0-3.0wt.%,Ru:0.2-0.4wt.%,Mn:0.1-0.2wt.%,余量为铅；上下层合金组成为:In:10.0-15.0wt.%,Zn:15.0-18.0wt.%,Co:4.0-5.0wt.%,Mo:0.4-0.6wt.%,Bi:2.0-3.0wt.%,Sb:1.0-2.0wt.%,余量为铅。

上述散热材料的制备方法，包括如下的步骤：（a）将合金按照所需的成分配置后，放入感应炉内进行熔炼，并采用石墨坩埚和氩气保护；在400-450度保温10分钟利用电磁搅拌充分将合金熔体搅拌均匀后，导入石墨模具内进行浇铸；（b）将铸锭进行冷轧，每道次轧制的压下量为10-20%，对于中间层和上下层分别轧制到不同的所需厚度（根据具体的需要，一般在0.1-5mm之间）；（c）最后将上下层和中间层进行复合轧制，轧制后上下层的厚度要保持在总厚度的5-8%。