耐辐射材料
选择制作某种东西用的材料时,要从各种不同的角度,如强度是否够、能否耐高温与耐化学药品腐蚀、加工性能是否良好等方面加以研究分析。但是,现在材料工程学领域,还要从一个完全不同的角度,寻找一种新材料——耐放射线材料。原子锅炉的核反应堆,是处于各种放射性辐射之下的。究竟哪种材料能适用,现在正在探索。
核聚变反应堆的真空容器,既受到高温等离子的热辐射,温度会升到300—500℃,同时又受到核聚变反应所产生的高能氦和中子的辐射。这种氦和中子很难对付。由于高能量的原子和带电粒子以及中子等的作用,会把真空容器表面的原子轰出,又会使金属表面产生气泡,结果是,材料本身变脆,真空容器报废。
日本原子能研究所正在建设的核聚变试验装置 “JT—60”,其目的只在于达到临界等离子条件,并不产生真正的核聚变反应,不存在中子辐射之类的问题,因此从现有材料中择优使用就可以了。但在下一步产生核聚变反应的实验反应堆上,就会出现核反应堆特有问题了。
现在,正在开发高速增殖反应堆和高温瓦斯炉式原子反应堆,其所用材料也既受高温,又受中子辐射,但如果把这些材料搬用到核聚变反应堆上去就不行了。
在高速增殖反应堆中,反应堆中心部位的材料,中子能量是100万至200万电子伏特。而在核聚变反应堆中,还要高出一位数,高达1400万电子伏特,材料的操作当然就厉害得多了。
在核聚变反应堆中,不可能像高速增殖反应堆的燃料包覆管理那样,材料一变脆就马上更换,因此,所开发的材料,最低应维持10年。要开发一种新材料,最低也得花10年时间。如果要求材料既能耐核聚变高能量的放射线,又能耐高温,开发的时间说不定还要长一些。
在现有材料中,看来可使用的是SUS316奥氏体不锈钢。但在最初试验炉阶段,因材料不好而使性能受到限制,权宜之计是使用改进型的SUS316钢; 同时要争取时间,力争在这段时间内开发出适合反应堆商品化的新材料。日本原子能研究所在大学、钢铁厂和特殊钢厂等协助下,正在探索新一代的耐放射线材料。备用材料名单上,名列前茅的有,比SUS316更能耐高温、耐中子辐射的铁——镍——铬合金、钼合金及铌合金等等。