核材料與應用

核材料與應用 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

周明勝,田民波,戴興建 著
圖書標籤:
  • 核材料
  • 核工程
  • 放射化學
  • 核物理
  • 材料科學
  • 能源
  • 核技術
  • 同位素
  • 輻射防護
  • 核燃料
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齣版社: 清華大學齣版社
ISBN:9787302486534
版次:1
商品編碼:12285716
包裝:平裝
開本:16開
齣版時間:2017-11-01
用紙:膠版紙
頁數:320
字數:686000

具體描述

編輯推薦

《核材料與應用》是為工程物理係本科生“核材料係列課程”編寫的教材之一,針對不同的材料、不同的結構、不同的工況,從材料科學與工程四麵體角度,分析瞭材料成分、組織結構、加工製造以及性能與功能之間的關係,以便為核工程選材以及分析、解決反應堆材料問題提供堅實的基礎與依據。

內容簡介

《核材料與應用》是為工程物理係本科生“核材料係列課程”編寫的教材之一,內容包括核能利用與核材料,核燃料,鋯閤金包殼材料,壓力殼用低閤金高強度鋼,反應堆用不銹鋼,核電廠用高溫閤金及耐熱鋼,高溫氣冷堆用石墨材料,快堆燃料和包殼材料,中子吸收材料及屏蔽材料,聚變堆材料等共10章,涉及核材料與應用的各個方麵。
本書針對不同的材料,如核壓力容器用鋼、反應堆用不銹鋼、耐熱鋼、高溫閤金、鋯閤金、控製、慢化和反射材料等,不同的結構,如燃料元件、燃料元件包殼、核壓力容器、主管道、蒸汽發生器等,不同的工況,如高溫、高溫度梯度、高熱流、高速流場的作用及高劑量輻照等,從材料科學與工程四麵體角度,分析瞭材料成分、組織結構、加工製造以及性能與功能之間的關係,以便為核工程選材以及分析、解決反應堆材料問題提供堅實的基礎與依據。
本書對從事反應堆材料和反應堆設計、研究、運行、生産和教學以及其他相關材料專業的科技人員、大學生、研究生都有參考價值。

目錄

第1章核能利用與核材料

1.1核電發展概況

1.1.1天然的核反應堆

1.1.2核電廠的原理及優勢

1.1.3核電廠係統組成

1.1.4核電廠主要反應堆類型

1.1.5世界核電發展曆史和現狀

1.1.6中國核電發展後來居上

1.2核反應堆部件的功能和工件環境

1.2.1核燃料元件

1.2.2慢化劑

1.2.3冷卻劑

1.2.4堆內構件

1.2.5控製棒組件

1.2.6反射層

1.2.7反應堆容器

1.2.8安全殼

1.2.9屏蔽層

1.2.10迴路管道

1.2.11主泵

1.2.12蒸汽發生器

1.2.13穩壓器

1.3對核反應堆材料的要求

1.3.1低中子俘獲截麵

1.3.2輻照穩定性

1.3.3耐蝕性

1.3.4相容性

1.4核電廠材料的分類

1.4.1常規島用材料

1.4.2反應堆核島用材料

1.5利用材料科學與工程四要素分析核材料

1.5.1材料科學與工程四要素

1.5.2各類核反應堆電廠的結構部件及所用材料

1.5.3壓水堆核電廠結構及所用材料

復習題及習題

第2章核燃料

2.1核燃料概述

2.1.1核燃料的分類

2.1.2核燃料資源

2.1.3裂變核燃料的臨界質量和臨界體積

2.1.4核燃料的入堆形式

2.1.5裂變核燃料的富集度·濃縮鈾

2.1.6裂變核燃料材料的類型和化學成分

2.1.7核燃料的增殖

2.2金屬型燃料

2.2.1鈾和鈾閤金

2.2.2鈾�差歇詫�閤金

2.3二氧化鈾燃料的製造

2.3.1二氧化鈾作為核燃料的優勢

2.3.2二氧化鈾燃料芯塊的生産流程

2.3.3對UF6原料和二氧化鈾粉末産品的初步瞭解

2.3.4二氧化鈾粉末的生産

2.3.5二氧化鈾芯塊的生産

2.3.6壓水堆燃料元件(棒)製造

2.3.7燃料組件

2.4二氧化鈾的基本性質

2.4.1鈾�慚蹕迪嗤�

2.4.2物理性質

2.4.3熱物理性質

2.4.4二氧化鈾燃料的力學性能

2.4.5二氧化鈾燃料的化學性能

2.5二氧化鈾芯塊的堆內行為

2.5.1輻照下二氧化鈾燃料中發生的現象

2.5.2芯塊開裂

2.5.3芯塊密實化

2.5.4重結構

2.5.5輻照腫脹

2.5.6裂變氣體釋放

2.5.7氧及可揮發性裂變産物的再分布

2.6MOX燃料

2.7高性能陶瓷燃料

2.7.1陶瓷型燃料對比

2.7.2碳化物燃料

2.7.3氮化物燃料

2.8其他燃料

2.9核燃料循環

2.9.1裂變核燃料循環

2.9.2聚變核燃料循環

2.9.3核反應堆中放射性物質的生成

2.9.4核裂變與裂變能

2.9.5核裂變中生成的放射性物質

2.9.6放射性廢棄物及其處理和處置

復習題及習題

第3章鋯閤金包殼材料

3.1熱堆燃料元件包殼材料選取原則

3.1.1包殼的作用及包殼材料應具備的條件

3.1.2各種熱堆包殼材料簡介

3.1.3輕水堆包殼材料非鋯莫屬

3.2金屬鋯的基本性質

3.2.1鋯的發展簡史

3.2.2鋯的礦物資源

3.2.3鋯的基本性質

3.2.4鋯的晶體結構

3.2.5鋯的塑性形變特點

3.3鋯的閤金化

3.3.1鋯閤金的閤金化原理

3.3.2鋯锡閤金的發展

3.3.3鋯閤金包殼材料的成分及其作用

3.4鋯閤金在反應堆中的應用

3.4.1鋯閤金用於反應堆的發展曆程

3.4.2作為燃料包殼材料的鋯閤金

3.4.3用於反應堆的其他鋯閤金

3.4.4中國的鋯閤金發展

3.5鋯閤金管的製造

3.5.1鋯閤金管製造工藝流程

3.5.2冶煉和鑄錠製造

3.5.3壓力加工和熱處理

3.5.4鋯閤金包殼的微觀組織結構和宏觀特性

3.6鋯閤金的力學性質

3.6.1Zr��2和Zr��4閤金的基本力學性質

3.6.2Zr��2和Zr��4閤金的蠕變性能

3.7鋯閤金包殼管的堆內行為

3.7.1錶麵腐蝕(氧化)

3.7.2吸氫與氫脆

3.7.3鋯閤金輻照生長

3.7.4力學性能變化

3.7.5芯塊與包殼的相互作用

3.8事故條件下鋯閤金管的行為

3.8.1失水事故條件下鋯閤金包殼管的行為

3.8.2堆芯熔毀事故條件下的包殼行為

復習題及習題

第4章壓力殼用低閤金高強度鋼

4.1鋼及鎳閤金構成輕水堆的骨架和循環係統

4.1.1一座100萬kW核電廠要使用5萬t以上的優質鋼材

4.1.2壓力容器的作用及服役條件分析

4.1.3壓力容器成形加工及焊接

4.1.4壓水堆核電廠核島部分用大型鍛件

4.2反應堆壓力容器及選材特殊要求

4.2.1反應堆容器及對反應堆安全的保障

4.2.2反應堆對鋼和鎳閤金材料的特殊要求

4.3核電壓力容器用鋼及其演化曆史

4.3.1核電壓力容器用鋼簡介

4.3.2核電壓力容器用鋼的演化曆史

4.3.3壓力容器鋼及其性質

4.4SA508(20 MnMoNi)係列鋼的化學成分和力學性能

4.4.1壓水堆壓力容器用鋼的化學成分和力學性能

4.4.2SA508係列鋼中的主要元素及其作用

4.5SA508��3鋼的冶煉、加工及熱處理

4.5.1SA508��3鋼的冶煉

4.5.2通過控製鍛造提高閤金鋼的性能

4.5.3藉由γ→α相變實現α相晶粒細化

4.5.4貝氏體組織SA508��3壓力容器用鋼

4.5.5調質處理的SA508��3壓力容器用鋼

4.6壓力容器鋼的輻照脆化及其影響因素

4.6.1壓力容器鋼的輻照脆化

4.6.2壓力容器鋼的輻照脆化的影響因素

4.7大型鍛件中的氫及氫損傷

4.7.1大型鍛件中氫的來源

4.7.2氫在鋼中的存在狀態

4.7.3氫在鋼中的滲透與溶解

4.7.4氫對鋼力學性能的影響

4.7.5氫脆理論

復習題及習題

第5章反應堆用不銹鋼

5.1何謂不銹鋼

5.1.1不銹鋼的定義

5.1.2不銹鋼“不生銹”的原因

5.1.3有哪些類型的不銹鋼

5.1.4為什麼奧氏體不銹鋼在反應堆中用得最多

5.2不銹鋼的成分和相組成特點

5.2.1各類不銹鋼的成分和相組成特點

5.2.2鉻鎳奧氏體不銹鋼的熱處理

5.2.3不銹鋼的發展和性能提高

5.3不銹鋼的基本性質

5.3.1物理性質

5.3.2力學性質

5.3.3耐蝕性

5.4不銹鋼在反應堆中的應用

5.4.1堆芯和堆內構件以及控製棒驅動機構用不銹鋼和鎳閤金

5.4.2一迴路管道和冷卻劑泵用不銹鋼

5.4.3對反應堆用不銹鋼性能的要求

5.5不銹鋼在堆內的腐蝕行為

5.5.1不銹鋼在水溶液中的幾種主要腐蝕現象

5.5.2奧氏體不銹鋼在堆內的腐蝕

5.5.3管道材料的應力腐蝕

復習題及習題

第6章核電廠用高溫閤金和耐熱鋼

6.1蒸汽發生器嚴酷的服役環境

6.1.1反應堆中的蒸汽發生器

6.1.2蒸汽發生器的服役環境和各類腐蝕問題

6.2蒸汽發生器傳熱管材料現狀

6.2.1傳熱管破損的部位和原因

6.2.2傳熱管材料現狀

6.3反應堆用高溫閤金

6.3.1高溫閤金的種類

6.3.2高溫閤金的閤金化原理和相組織

6.3.3閤金元素的作用及其對性能的影響

6.3.4鎳基閤金的抗SCC性能

6.3.5堆芯用鎳基閤金

6.4耐熱鋼的閤金化原理

6.4.1耐熱鋼的性能要求

6.4.2耐熱鋼的閤金化措施

6.5超臨界發電機組用9%~12%Cr馬氏體耐熱鋼

6.5.1超臨界機組發電是提高熱效率的有效手段

6.5.2鐵素體耐熱鋼的發展曆史

6.5.39%~12%Cr馬氏體耐熱鋼的強化機理

6.5.49%~12%Cr馬氏體耐熱鋼的研究現狀及主要存在的問題

6.5.5G115鋼的成分設計

復習題及習題

第7章高溫氣冷堆用石墨材料

7.1高溫氣冷堆——石墨的用武之地

7.1.1高溫氣冷堆是第四代反應堆的代錶

7.1.2高溫氣冷堆用石墨材料

7.2石墨的結構、性能及製作工藝

7.2.1石墨的晶體結構

7.2.2石墨的獨特性能使其成為核能領域的關鍵材料

7.2.3核石墨的基本製作工藝

7.3高溫氣冷堆用包覆顆粒燃料

7.3.1高溫氣冷堆簡介

7.3.2高溫氣冷堆燃料元件類型

7.3.3包覆燃料顆粒類型

7.3.4燃料核芯類型

7.4高溫氣冷堆用石墨的發展

7.4.1核石墨的製作

7.4.2石墨在高溫氣冷堆中的應用

7.4.3各國高溫氣冷堆石墨的發展

7.4.4核石墨材料的發展方嚮

復習題及習題

第8章快堆燃料和包殼材料

8.1實現核燃料增殖的有效途徑——快中子增殖堆

8.1.1快堆發展已進入第三代

8.1.2可轉換核素和核燃料的增殖

8.1.3快中子增殖堆的特徵

8.2快堆燃料組件

8.2.1燃料組件的功能和結構

8.2.2快中子增殖堆燃料的發展史、現狀和發展趨勢

8.3快堆燃料元件的使用環境和性能要求

8.3.1快堆燃料組件極嚴酷的工作環境

8.3.2快堆燃料芯塊的發熱分析

8.3.3快堆用二氧化鈾燃料

8.4快堆用MOX燃料製造

8.4.1用於快堆和熱堆的MOX燃料

8.4.2快堆MOX核燃料組件製造流程

8.4.3MOX粉末製造

8.4.4MOX芯塊製造

8.5(U,Pu)O2的基本性質及堆內行為

8.5.1物理性質

8.5.2力學性質

8.5.3堆內行為

8.6快堆包殼材料

8.6.1快堆包殼材料應具備的條件

8.6.2材料選擇要求

8.6.3材料的選擇和演化

8.7快堆包殼材料的輻照損傷

8.7.1輻照損傷機製

8.7.2不銹鋼的輻照效應

8.7.3新型抗腫脹閤金

復習題及習題

第9章中子吸收材料及屏蔽材料

9.1中子吸收材料

9.1.1反應堆控製概述

9.1.2碳化硼陶瓷

9.1.3銀�差鰵詫雍禿轄�

9.1.4鉿

9.1.5稀土氧化物

9.2屏蔽材料

9.2.1輻射屏蔽的基礎知識

9.2.2屏蔽材料

復習題及習題

第10章聚變堆材料

10.1聚變能與聚變堆

10.1.1取之不盡,用之不竭的能量源泉

10.1.2聚變堆基本原理——等離子體的約束、加熱和診斷

10.1.3磁慣性約束核聚變

10.1.4慣性約束聚變實驗裝置

10.2聚變堆中的麵嚮等離子體材料

10.2.1聚變堆中的核反應及相關材料問題

10.2.2麵嚮等離子構件的工況及對第一壁材料的要求

10.2.3等離子體�膊牧媳礱嫦嗷プ饔�

10.2.4麵嚮等離子體材料現狀

10.2.5高能中子輻照效應

10.3第一壁材料及結構

10.3.1第一壁材料

10.3.2第一壁結構實例

10.4聚變堆設計和工況條件

10.4.1第一壁環境條件

10.4.2真空壁材料的設計限值

10.4.3聚變堆材料與裂變堆材料使用性能的比較

復習題及習題

縮略語

參考文獻

精彩書摘

第3章鋯閤金包殼材料

3.1熱堆燃料元件包殼材料選取原則

3.1.1包殼的作用及包殼材料應具備的條件

1. 包殼的作用

燃料元件包殼是保證核反應堆安全的第二道屏障(UO2陶瓷核燃料芯塊為第一道),其主要作用有:

(1) 包容裂變産物,阻止裂變産物外泄;

(2) 是燃料和冷卻劑之間的隔離屏障,避免燃料與冷卻劑發生反應;

(3) 給芯塊提供瞭強度和剛度,是燃料棒幾何形狀的保持者。

2. 包殼的工作環境

(1) 工作於高溫高壓的環境中;

(2) 暴露於中子輻射場下;

(3) 在壽期內承受不斷增加的應力: 一方麵來自於外部冷卻劑的壓力和熱應力,另一方麵來自內部的燃料腫脹、裂變氣體釋放造成的內應力和芯塊與包殼相互作用産生的機械應力等。

3. 包殼材料應具備的條件

(1) 具有小的中子吸收截麵;

(2) 具有良好的抗輻照損傷能力,並且在快中子輻照下不要産生強的長壽命核素;

(3) 具有良好的抗腐蝕性能,與燃料及冷卻劑相容性好;

(4) 具有好的強度、韌性及抗蠕變性能;

(5) 具有好的導熱性能及低的綫膨脹係數;

(6) 易於加工,焊接性能好;

(7) 材料容易獲得,成本低。

4. 金屬元素按熱中子吸收截麵的分類

錶3��1列齣一些金屬元素的熱中子吸收截麵。按金屬元素的熱中子吸收截麵的大小,可分為以下三類:

(1) 低熱中子吸收截麵元素: 截麵在1b以下;

(2) 中等熱中子吸收截麵元素: 截麵在1~10b之間;

錶3��1一些金屬元素的熱中子吸收截麵

1b=10-28m2

……

前言/序言

  前言

  本書是為工程物理係本科生“核材料係列課程”編寫的教材。該係列課程教材包括《材料學導論》《核能利用與核材料》《核材料與應用》《材料的腐蝕與防護》等。

  沒有核燃料便沒有核能發齣; 沒有核結構材料便不能構成核裝置。《核材料與應用》正是針對核燃料和核結構材料這兩類材料進行討論的。內容包括核能利用與核材料,核燃料,鋯閤金包殼材料,壓力殼用低閤金高強度鋼,反應堆用不銹鋼,核電廠用高溫閤金和耐熱鋼,高溫氣冷堆用石墨材料,快堆燃料和包殼材料,中子吸收材料及屏蔽材料,聚變堆材料等共10章,涉及核材料與應用的各個方麵。

  目前,對“核材料”這個名詞沒有統一的看法和定義。有人認為它是用於核科學和核工程的材料的總稱; 有人認為它是專指裂變反應堆和聚變反應堆所用材料; 有人把它定義為裂變材料和聚變材料的總稱,即與核燃料的概念相似。

  廣義的核材料是核工業及核科學研究中所專用的材料的總稱,也可以把核材料歸結為核能材料或核工業所用材料的總稱。

  核燃料是指能産生核裂變或核聚變反應並釋放齣巨大核能的物質。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以産生裂變,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和其化閤物等。

  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、反應堆控製材料、慢化劑、冷卻劑、屏蔽材料等。例如特種鋁閤金、鎂閤金、鋯閤金、鈹、低閤金高強度鋼、特種不銹鋼、高溫鎳基閤金、耐熱鋼、特種石墨、特種陶瓷、混凝土、半導體乃至高分子材料等。

  材料科學與工程包括四個基本要素,即材料的成分、材料的組織和結構、材料的製備與加工、材料的性能和應用特性,一般形象地將四要素錶示為四麵體的四個頂點。這是理解材料科學與工程問題的總綱。核材料的研製和應用,核材料在服役過程中受到的影響,核材料的時效、老化、失效乃至核事故的分析等,當然也涵蓋在這四個要素之中。顯然,整個核工程和核材料領域都離不開材料科學與工程的基礎知識。

  一個核反應堆,它的核心是一個能量密度很高的熱源。處在那裏的材料自然會麵臨高溫、高溫度梯度、高熱流、高速流場的作用,這本身已構成很特殊的問題。但是,在這以外最特殊的因素當屬材料的核性能和中子的作用。反應堆材料所麵臨的工況比迄今為止我們遇到的任何工程所麵臨的條件要復雜得多,包括核燃料的鏈式反應、放射性、高溫、擴散、腫脹,核結構材料的輻照、腐蝕、高溫、蠕變環境等。因此人們說: “The importance of behavior of the reactor materials can not be over�瞖mphasized.”意思是說,反應堆材料問題的重要性無論如何強調也不過分。

  壓水堆的“壓”,沸水堆的“沸”,高溫氣冷堆的“高溫”,都是為瞭提高堆芯的能量密度,更高效率地取齣能量而采取的非常規措施。但與此同時,核材料必須承受超常的負荷。實際上,這些反應堆的工作參數,如溫度、壓力、功率密度、燃耗等,無一不是由材料的性能和承受能力來確定的。

  因此,本課程在討論材料的性能、製備工藝、使用行為等與成分、微觀組織和結構關係的同時,將針對核工程材料的特殊問題,包括材料的核特性、輻照、腐蝕、高溫環境等進行論述。隻有掌握這些,纔能將材料科學的知識升華為核材料科學的水平。

  從工程角度,核材料工作者的任務是選材(包括製作)、改性、檢測和創新。由於核材料服役於更嚴酷的環境下,因此,上述任務更艱巨,承擔的責任也更大。為此培養的學生,理論基礎要更厚實,知識麵要更寬,工程實踐訓練要更充分。

  材料科學與工程已經是一個很綜閤的領域,再結閤到“物理工程” 的特點,這就需要跨學科地學習和交叉融匯,這當然不是一兩門課程所能奏效的。

  基於上述特殊服役環境,核材料具有以下特點: ①種類繁多,不可替代; ②服役環境惡劣; ③性能要求極高; ④易老化失效; ⑤一旦失效,後果嚴重; ⑥服役結束後,處理、處置睏難。“核材料係列課程”要側重這些來講授。

  為此,“核材料係列課程”主要針對以下問題進行討論: ①是什麼,②為什麼,③怎麼加工製造,④有什麼用、怎麼用,⑤服役中會發生什麼變化,⑥如何提高性能。《材料學導論》主要涉及問題①、②、③、⑥; 《核材料與應用》主要涉及問題③、④、⑤、⑥。

  “核材料係列課程”在內容組織上強調淺、寬、新、活、鮮,避免深、窄、舊、偏、玄。力求突齣重點、理清思路,強調基本概念和基本原理,著重核材料的應用和創新,提高同學分析問題(例如核材料的失效分析)和解決問題(例如反應堆材料的選材)的能力。加上通俗易懂、圖文並茂的教材,相信會達到較好的教學效果。

  本書所涉及的領域極為廣泛,不僅多學科交叉,而且許多知識既專又深且新,顯然編者力所不能及。受惠於許多學長的學識和開創性勞動以及新齣版的著作,本教材在編寫過程中引用瞭許多他們的原始論述,在書後的參考文獻中都一一列齣。在對諸位學長深錶謝意的同時,也為他們與編者一起為培養人纔和普及知識所做齣的貢獻十分欣慰。

  本書的編寫受到清華大學工程物理係教學指導委員會的指導並得到工程物理係的資助,在此錶示衷心感謝。

  本書可作為工程物理、材料、能源、機械、環境、化工、電力等學科本科生及研究生教材,對於從事相關行業的科技工作者和工程技術人員,也有極為難得的參考價值。

  編者水平有限,不妥或謬誤之處在所難免,懇請讀者批評指正。

  編者2017年9月


《星海尋蹤:宇宙能量的奧秘與未來》 本書是一部引人入勝的科普讀物,它將帶您踏上一段探索宇宙深處能量奧秘的非凡旅程。從遙遠的星雲到恒星內部的熾熱核心,我們將揭示構成我們宇宙的各種能量形式,並深入探討它們如何塑造宇宙的演化。 第一部分:宇宙的能量圖景 星辰的誕生與死亡: 我們將從宇宙大爆炸的餘暉齣發,追溯恒星形成的宏偉圖景。從巨大的分子雲塌縮,到原恒星的孕育,再到主序星的穩定燃燒,您將瞭解恒星如何通過核聚變釋放齣巨大的能量。隨後,我們將深入探討恒星生命周期的終結——從壯麗的超新星爆發,到神秘的黑洞形成,這些宇宙中最劇烈的事件又蘊含著怎樣的能量釋放機製? 暗物質與暗能量: 宇宙並非僅由我們肉眼可見的物質構成。本書將揭示暗物質和暗能量這兩個宇宙的神秘居民。它們占據著宇宙的大部分,並對宇宙的膨脹和結構形成起著至關重要的作用。我們將探討科學傢們如何通過間接觀測來推斷它們的存在,以及它們可能是什麼。 星係間的能量流動: 宇宙並非靜止不動,而是充滿瞭能量的流動。我們將探索星係碰撞、黑洞吸積盤釋放的強大輻射、以及宇宙射綫的加速機製。這些宏大的能量過程如何影響星係的演化,又如何為宇宙注入新的活力? 第二部分:能量的轉化與應用(地球視角) 地球的能量來源: 從太陽照射到地球的光閤作用,到地殼深處的火山活動和地熱能,地球本身就是一個充滿能量的動態係統。我們將解析太陽能如何轉化為生命必需的能量,以及地熱能的潛力和可持續性。 新能源的探索與挑戰: 麵對日益增長的能源需求和環境挑戰,人類從未停止對新能源的探索。本書將聚焦於風能、潮汐能、波浪能等可再生能源的原理、發展現狀以及它們所麵臨的技術和經濟挑戰。我們還將審視太陽能發電技術的最新突破,以及未來儲存和輸送新能源的創新方案。 能量轉換的科學原理: 從內燃機到蒸汽輪機,再到現代的發電技術,能量的轉換是人類文明進步的基石。我們將深入淺齣地介紹熱力學定律,以及它們如何指導我們設計更高效的能量轉換係統。您將瞭解電磁感應的原理如何驅動發電機運轉,以及化學能如何轉化為電能。 第三部分:未來的能量圖景 可控核聚變: 作為人類長久以來追求的“聖杯”,可控核聚變承諾提供近乎無限的清潔能源。我們將詳細介紹目前國際上在核聚變研究領域的最新進展,包括托卡馬剋裝置和慣性約束聚變等技術路綫,並探討實現商業化核聚變可能麵臨的科學和工程難題。 太空探索與能量: 隨著人類對太空的探索不斷深入,新的能量需求和機遇也隨之湧現。本書將探討為深空探測器提供動力的先進能源技術,如放射性同位素熱電機(RTG)以及未來可能實現的太陽能帆闆和核動力推進係統。我們還將展望未來太空殖民地的能源供應模式。 能量與文明的未來: 最終,我們將把目光投嚮遙遠的未來,思考能量的獲取和利用方式如何決定人類文明的走嚮。從理論上的零點能利用,到更具想象力的能量捕獲技術,我們將一同暢想一個能源富足、可持續發展的未來。 《星海尋蹤:宇宙能量的奧秘與未來》將以生動形象的語言,豐富的圖文資料,為您揭開宇宙中最神秘、最關鍵的力量——能量的麵紗。無論您是科學愛好者,還是對未來充滿好奇的讀者,本書都將為您提供一場智慧的盛宴,拓展您對宇宙和我們自身存在意義的認知。

用戶評價

評分

這本書的內容給我留下瞭深刻的印象,它不僅僅是一本關於材料的書,更是一部關於科學探索、工程實踐以及對人類社會影響的綜閤性論述。我特彆喜歡書中關於核材料的可靠性和壽命預測的討論。在核工程領域,材料的可靠性和長壽命是至關重要的,因為一旦發生失效,後果可能是災難性的。作者介紹瞭科學傢們是如何通過大量的實驗測試、理論建模和數值模擬,來預測核材料在長期服役過程中的行為,例如材料的疲勞壽命、蠕變性能、抗輻射老化能力等等。它還詳細解釋瞭“加速測試”等方法,如何在有限的時間內,模擬齣材料在幾十年甚至上百年服役期內可能遇到的各種情況。這讓我看到瞭科學傢們在保障核安全方麵所付齣的嚴謹和努力。而且,書中還探討瞭核材料的退役和迴收問題,以及在這個過程中所麵臨的技術和環境挑戰。例如,核反應堆的退役需要將大量的放射性材料進行安全處理和儲存,而核燃料的迴收則涉及到復雜的化學分離和提純過程。作者對這些復雜問題的深入探討,讓我對核能的整個生命周期有瞭更全麵、更深刻的認識。它讓我覺得,核材料的應用,不僅僅是技術的實現,更是一種對責任和未來的承諾。

評分

這本書的內容之宏大,以及作者對細節的把握之精準,常常讓我驚嘆不已。它不僅僅局限於介紹“什麼”是核材料,而是深入探究瞭“為什麼”這些材料會具有特定的性質,以及“如何”纔能設計、製備齣滿足特定需求的核材料。我非常喜歡書中關於不同核反應堆類型(如壓水堆、快中子反應堆、熔鹽堆)對材料的要求差異的討論。它詳細分析瞭不同反應堆的工作原理,以及由此産生的溫度、壓力、中子能譜等環境因素,如何決定瞭對堆芯材料、慢化劑、冷卻劑等關鍵部件的材料選擇。例如,在熔鹽堆中,燃料本身就溶解在熔鹽中,這就對材料提齣瞭全新的挑戰,不僅要耐高溫、耐腐蝕,還要與熔鹽本身具有良好的相容性。作者通過對比不同堆型對材料的要求,讓我清晰地認識到,核反應堆的設計是一個高度耦閤的係統工程,材料的選擇是其中至關重要的一環,它直接關係到整個係統的安全性、經濟性和效率。書中的一些章節,還探討瞭核材料在核燃料循環中的作用,例如在核燃料的轉化、濃縮、再處理等環節中,所使用的各種化學品和設備,以及它們所采用的材料。這讓我看到瞭核燃料從礦石到最終廢料的整個生命周期,以及材料科學在其中扮演的貫穿始終的角色。

評分

我必須說,這本書的結構和敘事方式非常吸引人,它並不是那種枯燥的技術手冊,而是帶著一種探索的意味,引導讀者一步步深入瞭解核材料的世界。我特彆喜歡它在介紹不同應用場景時,會先勾勒齣一個宏大的圖景,比如在太空探索領域,核材料扮演著怎樣的關鍵角色,它們如何為深空探測器提供持久的能源,如何支撐航天器的隔熱和防護。在描述這些宏觀應用的同時,作者又會聚焦到支撐這些應用的具體核材料,詳細分析它們的特性,比如輻射的耐受性、能量轉換效率等等。這種從宏觀到微觀,再迴到宏觀的敘事方式,讓我在學習知識的過程中,始終能感受到這些材料的價值和重要性。書中有一段關於核材料在醫療領域的應用,我看得特彆入迷。我之前知道核技術在醫療上有一些應用,比如影像診斷,但對核材料在其中的具體作用瞭解不多。這本書詳細介紹瞭放射性同位素的製備和應用,不僅僅是治療癌癥的放療,還包括一些更前沿的診斷技術,比如PET掃描。它解釋瞭不同同位素的半衰期、衰變方式對醫學應用的影響,以及如何設計和製造能夠安全有效地釋放能量的核材料。這部分內容讓我對核技術在拯救生命方麵的貢獻有瞭全新的認識。而且,作者在講解這些技術的時候,並沒有迴避其潛在的風險,而是用一種非常客觀和審慎的態度來討論,比如如何保證放射性物質的安全使用和儲存,如何最大限度地減少對環境和人體的影響。這種科學的嚴謹性和人文的關懷並存,讓我對這本書的評價非常高。它讓我覺得,學習核材料的應用,不僅僅是學習技術,更是學習如何負責任地運用強大的科學力量。

評分

坦白說,在閱讀這本書之前,我對“核材料”的理解非常有限,總覺得它是一個高度專業化、甚至有些神秘的領域。但這本書徹底改變瞭我的看法。它用一種非常接地氣的方式,將那些復雜的科學原理和工程難題,變得觸手可及。我特彆喜歡書中關於核材料在能源領域的廣泛應用的闡述,不僅僅是核反應堆,還包括一些更具前瞻性的設想。例如,它詳細介紹瞭核材料在核電池中的應用,這種電池能夠利用放射性同位素的衰變産生的能量,為一些低功耗、長壽命的設備提供能源,比如太空探測器、偏遠地區的傳感器等等。它還探討瞭核材料在未來太空探索中的重要性,比如核熱推進、核動力飛船的設計,以及如何在極端太空環境中,保證航天器關鍵部件的材料安全和性能。這部分內容讓我看到瞭核材料在拓展人類生存空間和探索未知宇宙方麵的巨大潛力。而且,書中對於一些看似微不足道的材料缺陷,如何在極端條件下被放大,並最終導緻災難性後果的描述,也讓我深刻體會到“細節決定成敗”的道理。它讓我明白,在核材料的研究和應用中,每一個微小的環節都必須精益求精,纔能確保整個係統的安全和穩定。這本書讓我對科學的嚴謹性有瞭全新的認識,也對那些為推動人類科技進步而默默奉獻的科學傢們充滿瞭敬意。

評分

這本書我看瞭有段時間瞭,說實話,它給我帶來的衝擊比我預期的要大得多。我之前對“核材料”這個詞的印象,基本上停留在一些科幻電影裏,什麼反應堆、核彈之類的,覺得離現實生活很遙遠。但這本書打開瞭一個全新的視角。比如,它詳細地介紹瞭核材料的分類,不隻是單一的一種,而是根據不同的用途、成分,甚至微觀結構,有著非常精細的劃分。這一點就讓我覺得作者非常嚴謹。然後,關於這些材料是如何被製造齣來的,書裏也花瞭大量的篇幅。我以前以為就是簡單的提煉和加工,但這本書讓我瞭解到,很多核材料的製備過程是極其復雜和精密的,需要控製非常多的變量,像是溫度、壓力、化學環境等等,稍微一點點的偏差就可能導緻材料性能的巨大差異。而且,它還不僅僅講瞭“是什麼”和“怎麼做”,更重要的是,它探討瞭這些材料在實際應用中遇到的挑戰和解決方案。舉個例子,核反應堆裏的材料需要承受極高的溫度和強烈的輻射,這會使得材料發生脆化、膨脹等等變化,影響反應堆的安全性和壽命。書中對這些現象的解釋,從原子層麵的相互作用講到宏觀材料的變化,邏輯非常清晰,即使是我這樣非專業背景的讀者,也能大緻理解。它讓我意識到,即使是看似堅不可摧的金屬,在核環境下也會變得脆弱不堪,這其中的科學原理非常迷人。而且,作者在描述這些材料性能時,不僅僅是列齣一些數據,而是會用生動的語言去解釋這些數據意味著什麼,比如某種材料的“屈服強度”很高,意味著它在承受多大的壓力下纔會開始發生永久變形,這種形象的比喻讓我更容易理解抽象的力學概念。這本書讓我對“核”這個字有瞭更立體、更深刻的認識,不再是單一的“能源”或者“武器”的代名詞,而是背後龐大而精密的材料科學體係。

評分

每一次閱讀這本書,都像是開啓瞭一扇新的認知之門,讓我對“核”這個詞的理解,從單一的物理現象,拓展到瞭一個包含著深刻工程挑戰和人文考量的廣闊領域。這本書不僅僅是在介紹核材料的性能參數,它更是在探討這些材料是如何被“馴服”的,如何在人類的控製下,發揮齣巨大的能量,同時又能盡可能地規避風險。我尤其對書中關於核材料在核武器發展曆史中的作用的論述印象深刻。它並沒有渲染暴力,而是以一種冷靜客觀的態度,分析瞭不同時期核武器設計對材料性能的要求,例如在保證武器的穩定性、儲存壽命以及爆炸效率方麵,對材料的耐腐蝕性、密度、強度等都有著極為苛刻的要求。它還介紹瞭在核武器研發過程中,科學傢們如何為瞭滿足這些需求,而開發齣瞭一些在民用核材料領域也極其重要的技術。這讓我意識到,科學技術的發展往往是相互促進、相互影響的,即使是用於軍事目的的材料研究,也可能為和平利用核能積纍寶貴的經驗。此外,書中還花瞭大量篇幅介紹核材料的失效機製,比如“應力腐蝕開裂”、“蠕變”等。它詳細解釋瞭這些失效是如何發生的,以及如何通過改進材料成分、改變熱處理工藝、優化結構設計等方式來預防。這種對“失敗”的深入剖析,恰恰體現瞭這本書的嚴謹和科學性。它讓我明白,在核工程領域,對材料的失效分析和預防,與對其性能的提升同等重要。

評分

說實話,這本書的內容之豐富,讓我一度感到有些“消化不良”,但每一次細讀,都會有新的收獲,都會讓我對某些曾經模糊的概念産生豁然開朗的頓悟。我特彆欣賞作者在引入新概念時,總是會先從讀者可能熟悉的場景入手,然後逐步引嚮專業的知識。比如,在講到核材料的輻照損傷時,它並沒有直接拋齣“空位”、“間隙原子”這些術語,而是先描述核反應堆運行過程中,中子轟擊材料會發生什麼,例如材料會變脆,體積會膨脹。然後,再深入解釋為什麼會發生這些變化,解釋瞭中子如何能激發齣原子,産生缺陷,以及這些缺陷如何聚集和發展,最終導緻材料性能的惡化。這種循序漸進的方式,讓我能夠一步一步地跟隨作者的思路,理解那些深奧的物理機製。書中的很多圖錶和插圖也起到瞭至關重要的作用,它們不僅僅是裝飾,而是清晰地展示瞭復雜的結構和過程,例如材料的顯微組織圖、反應堆堆芯的剖麵圖、同位素衰變示意圖等等。這些直觀的視覺輔助,極大地提升瞭閱讀的效率和理解的深度。讓我印象深刻的是,書中對某種新型核材料的介紹,它詳細描述瞭這種材料的成分、製備工藝、性能測試以及在特定應用中的優勢。作者不僅僅是羅列它的優點,還會坦誠地分析它存在的局限性,以及未來需要改進的方嚮。這種客觀公正的態度,讓整本書的論述顯得更加可信和有價值。它不僅僅是一本知識的普及讀物,更是一部關於核材料研究前沿動態的生動寫照。

評分

閱讀這本書,讓我仿佛置身於一個由無數精巧的原子和分子構成的世界,而作者則是一位技藝精湛的建築師,為我展示瞭如何利用這些微小的構件,建造齣能夠承受極端環境、釋放巨大能量的宏偉工程。我尤其欣賞書中關於核材料錶麵處理和塗層技術的部分。它解釋瞭為什麼在很多核應用中,需要對核材料進行特殊的錶麵處理,比如在核燃料包殼錶麵塗覆一層氧化物塗層,或者在核反應堆結構材料錶麵進行防腐蝕處理。這些錶麵處理不僅僅是為瞭美觀,更是為瞭改善材料的摩擦性能、耐磨性、抗氧化性,甚至是為瞭改變其與周圍介質的相互作用。作者詳細介紹瞭各種不同的錶麵處理技術,例如物理氣相沉積(PVD)、化學氣相沉積(CVD)、離子注入等,並分析瞭它們各自的優缺點以及適用的場景。這讓我看到瞭科學技術在細節上的極緻追求。而且,書中還討論瞭一些非常前沿的研究方嚮,比如在納米尺度上設計和製備核材料,以期獲得全新的性能。這些內容讓我對核材料的未來發展充滿瞭想象。它讓我覺得,即使是看似已經非常成熟的領域,依然存在著巨大的創新空間和潛力。

評分

初次翻閱這本書,我最大的感受就是其知識的深度和廣度令人咋舌。它並沒有止步於介紹基礎的核材料種類,而是深入到瞭材料的微觀結構、原子排列、晶格缺陷等層麵,並詳細闡述瞭這些微觀特性如何直接影響到材料的宏觀性能,例如強度、韌性、導熱性以及最重要的——在輻射環境下的穩定性。作者似乎有一種魔力,能夠將那些原本晦澀難懂的物理化學原理,通過清晰的比喻和翔實的案例,變得易於理解。我記得有一段關於核燃料棒設計的內容,書中詳細分析瞭不同核燃料材料(如鈾、鈈)的特性,以及它們如何被加工成特定形狀的燃料芯塊,再封裝進鋯閤金包殼中。這不僅僅是簡單的物理加工,而是涉及到復雜的冶金學、熱力學以及中子物理學知識。作者解釋瞭為什麼選擇鋯閤金作為包殼材料,它在高溫、高壓、強輻射環境下的錶現如何,以及一旦齣現微小裂縫可能引發的災難性後果。通過這樣的講解,我纔真正體會到核反應堆設計中對材料選擇的極端謹慎和高標準要求。此外,書中還探討瞭核廢料處理和儲存相關的材料問題,這部分內容更是讓我深思。核廢料的處理是核能發展中繞不開的難題,它需要能夠長期穩定地容納放射性物質,防止其泄漏到環境中。作者介紹瞭目前正在研究和應用中的各種固化技術和儲存材料,例如玻璃體固化、陶瓷材料以及深層地質儲存等,並分析瞭它們的優缺點以及麵臨的技術挑戰。這部分內容讓我看到瞭科學界在解決復雜環境問題上的不懈努力和創新思維。

評分

這本書給我的感覺,就像是在跟隨一位經驗豐富的嚮導,在核材料的復雜迷宮中進行一場精妙絕倫的探險。它並沒有簡單地將各種核材料和它們的應用一一列舉,而是將它們置於一個宏觀的科技發展和人類需求的大背景下進行考察。我特彆喜歡它在探討某些特定核材料時,會追溯其發展的曆史脈絡,介紹不同階段的研究成果和技術突破。例如,在講到核聚變材料時,它詳細迴顧瞭上世紀以來科學傢們為瞭實現可控核聚變所付齣的努力,以及在這個過程中,材料科學所扮演的關鍵角色。它描述瞭不同類型的反應堆設計(如托卡馬剋、仿星器)對材料提齣的不同要求,以及科學傢們是如何通過不斷試驗和創新,開發齣能夠承受超高溫等離子體和強大磁場的特殊材料。這部分內容讓我看到瞭人類智慧和堅持的力量,也讓我對未來能源的可能性充滿瞭希望。而且,作者在介紹這些材料的特性時,常常會引用大量的實驗數據和研究論文,但它並不隻是照搬,而是會對其進行梳理和提煉,用通俗易懂的語言將其精髓呈現齣來。我特彆欣賞書中對“材料的‘記憶效應’”和“形狀記憶閤金”在核工程中的潛在應用的一些探討,它讓我看到,即使是看似普通的材料特性,在極端環境下也能發揮齣意想不到的作用。這本書讓我覺得,核材料不僅僅是冰冷的元素和化閤物,它們背後凝聚著無數科學傢的心血和智慧,是人類文明進步的重要驅動力。

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