液態(tài)鉛/鉛鉍冷卻快中子核反應(yīng)堆（簡(jiǎn)稱(chēng)“鉛基快堆”，下同）具有能量密度高、本征安全性好、核燃料利用效率高等優(yōu)點(diǎn)，被第四代核能系統(tǒng)國(guó)際論壇（GIF）列為最有希望首先實(shí)現(xiàn)商用的第四代堆型，也是近20年來(lái)核能領(lǐng)域研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)核技術(shù)之一。該堆型在陸地、深海和深空等多種場(chǎng)景下均具有廣闊的應(yīng)用前景，其最早應(yīng)用可追溯至上個(gè)世紀(jì)前蘇聯(lián)成功研制的阿爾法級(jí)鉛鉍核動(dòng)力潛艇。但是，鉛和鉛鉍介質(zhì)對(duì)不銹鋼的性能具有較強(qiáng)的環(huán)境退化作用，嚴(yán)重制約了該堆型的大規(guī)模工程化應(yīng)用。
近日，深圳大學(xué)物理與光電工程學(xué)院核科學(xué)與核技術(shù)系先進(jìn)核能團(tuán)隊(duì)的龔星博士（副研究員）在國(guó)際材料科學(xué)領(lǐng)域頂尖綜述期刊《Progress in Materials Science》（最新IF=39.58，中科院一區(qū)）上發(fā)表題為《Environmental degradation of structural materials in liquid lead- and lead-bismuth eutectic-cooled reactors》的綜述文章，全文約8.5萬(wàn)字，含6大章節(jié)（約60個(gè)小節(jié)），111個(gè)圖。該論文第一作者和共同通訊作者均為深圳大學(xué)的龔星副研究員，第二作者是美國(guó)麻省理工（MIT）的Michael P Short教授，第三作者是法國(guó)HESAM Université的Thierry Auger教授，第四作者是比利時(shí)核能研究中心（SCK CEN）的Evangelia Charalampopoulou博士，第五作者兼共同通訊作者是在比利時(shí)核能研究中心（SCK CEN）和英國(guó)University of Huddersfield同時(shí)任職的Konstantina Lambrinou教授。
《Progress in Materials Science》是國(guó)際材料科學(xué)研究領(lǐng)域的頂尖綜述性學(xué)術(shù)期刊，該期刊不接受自由投稿，主要由期刊編輯邀請(qǐng)?jiān)谙嚓P(guān)領(lǐng)域做出突出貢獻(xiàn)的學(xué)者對(duì)熱點(diǎn)領(lǐng)域的研究進(jìn)展和未來(lái)方向進(jìn)行綜述和展望。該期刊在材料學(xué)領(lǐng)域具有重大影響力，每年僅出版6至8期，每期僅刊登3至6篇文章，2020年影響因子為39.58，5年影響因子39.026。
該論文首先介紹了液態(tài)鉛和鉛鉍共晶合金作為核反應(yīng)堆冷卻劑的優(yōu)點(diǎn)以及應(yīng)用前景、概括了結(jié)構(gòu)材料（主要包括商用不銹鋼）在液態(tài)鉛和鉛鉍介質(zhì)中面臨的主要性能環(huán)境退化效應(yīng)和相關(guān)抑制技術(shù)手段，然后詳細(xì)綜述了316L、15-15Ti和T91等三種結(jié)構(gòu)鋼在液態(tài)鉛鉍（和鉛）環(huán)境中的液態(tài)金屬腐蝕和液態(tài)金屬脆化這兩種最重要的性能退化現(xiàn)象的基本特點(diǎn)、關(guān)鍵影響因素和微觀機(jī)理，并綜述了抑制這兩種性能退化效應(yīng)的技術(shù)手段的優(yōu)缺點(diǎn)，包括系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化（優(yōu)化堆內(nèi)構(gòu)件幾何形狀降低紊流等）、主動(dòng)氧控（結(jié)合大量腐蝕數(shù)據(jù)繪制了詳細(xì)的316L系列奧氏體不銹鋼和9Cr/12Cr鐵素體/馬氏體鋼的氧控邊界圖）、材料改進(jìn)（合金化、表面涂層、新材料開(kāi)發(fā)如高熵合金、MAX相等），論文最后總結(jié)了不銹鋼的液態(tài)金屬腐蝕和液態(tài)金屬脆化性能的基本結(jié)論以及相關(guān)抑制技術(shù)措施、展望了鉛基快堆材料近期和中長(zhǎng)期發(fā)展方向。該綜述論文對(duì)鉛基快堆材料的發(fā)展具有重要參考作用。
圖1結(jié)構(gòu)材料在鉛和鉛鉍環(huán)境中面臨的主要性能環(huán)境退化效應(yīng)、抑制技術(shù)手段和氧控邊界
項(xiàng)目支持：國(guó)家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目（51801129）和重點(diǎn)項(xiàng)目（U21B2066）
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2022.100920
（物理與光電工程學(xué)院 供稿）
