核反应堆控制材料(nuclearreactorcontrolmaterial)
为了反应堆安全运行和调节反应堆功率大小而引入活性区的一种吸收中子的核反应堆材料。为便于控制材料快速插入或抽出反应堆活性区，一般将它组装成棒状体，工程上常称为控制棒。
分类根据在反应堆内所起作用不同控制棒可分成安全棒、补偿棒和调节棒三类。
安全棒用于反应堆安全保护。它具有很强的中子吸收能力，堆正常运行时安全棒抽出堆外，当堆一旦出现紧急情况或事故时，依靠安全棒自重或弹簧加速装置迅速插入堆活性区，使核裂变反应停止。
补偿棒用于控制反应堆过剩反应性。在反应堆装料时，要求装入过剩的核燃料，以保证反应堆有较长的运行周期。当堆开始运行时补偿棒全部插入堆活性区，以平衡这部分过剩反应性。随着堆的运行、核燃料不断消耗，同时对中子有较强吸收能力的某些裂变产物逐渐积累，使堆内有效中子数减少。为了维持堆能在一定功率水平下运行，需将补偿棒逐渐抽出堆芯，以补偿堆反N立T’陛I~下降。
调节棒用于调节反应堆功率高低。当提高堆功率时就抽出部分调节棒；反之需降低堆功率时就插入部分调节棒。
要求对控制材料的主要要求是：很强的中子吸收能力；较强的抗中子辐照损伤能力；一定的力学强度，以满足高速启动和制动负荷；对冷却剂有较强的抗腐蚀能力；易于加工成形和价格合理。
材料对中子的吸收能力是对控制材料最主要的要求，一般用吸收截面来衡量，其单位为barn，1barn=10-28m2。对于能量小于1eV的热中子，良好的控制材料的吸收截面值不应小于1kb(10-25m2)；而对于能量大于0.1MeV的快中子而言，则良好的控制材料的吸收截面应达到1barn(10-28m2)左右。
控制棒材料反应堆中最常用的控制棒元素为硼、镉、铪、稀土元素等。它们的中子吸收能力列于表。
核反应堆控制材料
硼和碳化硼是反应堆中应用最多的中子吸收材料。天然元素硼内存在两种同位素——10B和11B，吸收中子主要依靠10B，它与中子反应式为10B+1n→7Li+4He。若上述反应的产物锂和氦残留于控制棒内，将会引起材料肿胀或大量氦释放，这是含硼材料的重要缺点。B4C芯块一般封装在304不锈钢包套中，在轻水反应堆中B4C的应用已逐渐增多，这主要由于B4C价格远比Ag—In—Cd合金和铪便宜。另外，硼资源十分丰富，并且在较宽中子能量范围均能有效吸收中子，在俘获中子后又不放出穿透强的γ射线，为实际使用带来了方便。硼还可以加入钢中以合金钢形式使用，如硼钢和硼不锈钢。硼加到钛、锆、铝中形成相应弥散体，但一般加入量不宜超过3％，否则合金将变脆而难于加工。
银—铟—镉合金在压水堆中广泛采用，特别是80％Ag—15％In—5％Cd合金已成为标准的控制元件。它的主要优点是：中子吸收特性可与铪媲美；在360℃水中，仍具有良好的抗腐蚀性能；合金辐照前后均为单相固溶体，抗辐照损伤能力良好。合金封装在304不锈钢或因科内尔627(Inconel627)包套中使用。有的控制元件使用寿命已超过10年，是一种非常可靠的轻水堆控制材料。
铪一种优良的控制材料，具有良好的热中子和超热中子吸收能力，吸收中子后的产物仍是铪的同位素，这种产物也是很好的中子吸收体。因此使用寿命很长，估计在压水堆中铪控制棒可工作20年，而硼不锈钢只能工作3～5年。铪有满意的力学、耐热、抗腐蚀、加工性能，适合水冷高功率、长寿命堆芯使用，如船用压水堆中作控制棒比较成熟。它的主要缺点是价格昂贵，大大限制了应用。
稀土元素具有优异的中子吸收能力，但稀土纯金属化学活性大、价格贵，因此一般皆以稀土氧化物形式用作控制材料。稀土氧化物可用粉末冶金方法做成芯块直接使用，或弥散分布于核燃料和不锈钢基体中。一般外面用不锈钢包套保护，以防止吸水膨胀。对于快中子反应堆，Eu2O3、EuB6、Ta、B4C是良好的控制材料。
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