2014年11月，國務院辦公廳印發(fā)的《能源發(fā)展戰(zhàn)略行動》（2014年~2020年）明確提出了到2020年，中國核電裝機容量要達到5800×104kW，在建3000×104kW以上的目標。據(jù)媒體報道，我國國家核電公司副總經(jīng)理鄭明光曾對外表示，我國在建與擬建超過60座核電站，在建的有30座，2019年后的5年內(nèi)將興建更多座，超過世界上任何一個國家。

核電是當今三大電之一，與火電、水電并列。近些年來，我國核電“走出去”步伐明顯加快，尤其是與“一帶一路”相關國家和地區(qū)的合作方面十分順利。早在上世紀90年代，我國核電就已開始走向世界，截至目前，中核集團已向巴基斯坦出口建設4臺30×104kW級核電機組、2臺百萬kW級核電機組，在巴基斯坦合作建設的核電項目總裝機容量已達463×104kW，在運裝機容量超過130×104kW。同時，我國與阿根廷、沙特阿拉伯、美國等國在核合作方面也取得長足進展。

據(jù)有關報道，至2018年2月全球有72個國家已經(jīng)或正在計劃發(fā)展核電，其中“一帶一路”相關國家占大多數(shù)。據(jù)國際原子能機構統(tǒng)計，2030年前，全世界將新建機組300臺，其中80%左右落戶“一帶一路”相關國家。中國中核集團完整的核工業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈在推動著“一帶一路”的建設滾滾向前，市場容量可達1000萬億美元。

核電站用些什么鋁材

不管核電站用的是什么堆型（沸水堆、壓水堆、氣冷堆和快中子堆）都要用一定量的鋁及鋁合金材料。在核工業(yè)中，鋁材主要用做中、低溫堆燃料元件的包殼、工藝管、輔肋管道等，工業(yè)純鋁在溫度為100℃~130℃的水冷反應堆中得到廣泛的應用。

堆用鋁材的要求

堆用鋁材除應具有常規(guī)的優(yōu)良性能外，還應有小的熱中子吸收截面，鋁的為0.22×-24cn2，僅比Be、Mg、Zr的大，而比其他金屬的小得多；輻照感應放射能衰減快，高純鋁在停止輻照后的7天內(nèi)就急劇下降；反應堆壁的濺蝕?。辉?75℃以下鋁耐輻照，產(chǎn)生的空穴率小。

在反應堆中，作為熱交換介質(zhì)的水所引起的腐蝕比熱電站中的嚴重得多。通常，鋁材在50℃以下的水中發(fā)生點蝕，在50℃~250℃水中以均勻為主，在≥300℃水中則發(fā)生晶間腐蝕。因此，堆用鋁合金應有高的純度，嚴格控制水的純度，是防止點蝕的有效措施；此外，對鋁材進行陽極氧化處理也是提高抗蝕性的好辦法，但僅在<100℃水中才有高的抗蝕能力。

作為包殼材料的8001合金和工藝管的6063型合金，在加工、運輸、安裝過程中，其表面都不可避免地會產(chǎn)生種種局部損傷，如劃痕、碰傷、氧化膜缺陷等，這將使它們加速腐蝕。但是，只要損傷深度≤0.3mm，就不會引起異常的加速腐蝕。同時，鋁在低溫水堆的特定條件下可安全使用。我國有些工廠在生產(chǎn)6063型合金工藝管時，在陽極氧化后套上白布袋，并以專用車廂運抵用戶，以防損傷。

在中溫水中，鋁以均勻腐蝕為主。因此，水中的離子對其腐蝕影響不像低溫時那么顯著與敏感，而合金成分、晶粒大小與組織狀態(tài)卻起著相當大的作用。在Al-Mg-Si系的6063型合金中不宜有過剩硅，Si與Mg應全部形成Mg2Si，即Mg/Si含量=1.736463合金即是一種這樣的合金。向合金中加入等量的鐵與鎳（0.3%～0.4%）可形成Al9FeNi相，可提高合金的抗蝕性。

在高于130℃的動水中，陽極氧化膜易脫落，不耐腐蝕，但預生氧化膜（材料使用前，將其置于一定溫度高純水中一定時間所形成的氧化膜）可提高合金抗中、高溫動水腐蝕能力。

對堆用鋁材危害最大的晶間腐蝕，是由晶界與晶?；w間的電位差引起的。因此，凡是能降低這種電位差的措施，都能提高合金將晶間腐蝕的能力，向鋁合金添加一定量的鐵與鎳可形成氫超電壓較低的陰極相Al3Fe、Al3Ni、Al9FeNi等，提高抗晶體腐蝕的能力，這就是中、高溫堆用鋁材都含有鐵與鎳的緣故；向A-Mg-Si系合金中添加少量銅，也能提高合金抗晶間腐蝕能力。

合金晶粒越細，抗晶間腐蝕能力也越強。熱處理工藝也對合金晶間腐蝕有明顯影響。高溫退火往往使呈陰極的第二相沿晶界沉淀與使晶粒長大，增大合金晶間腐蝕敏感性。

微量元素對堆用鋁合金性能的影響

眾所周知，晶粒越細，組織越均勻，抗腐蝕性也越高，所以往往向鋁合金中添加微量晶粒細化劑，但是對堆用鋁合金應考慮微量元素的熱中子吸收截面。例如天然硼的熱中子吸收截面55X10-24cm2，而B10的竟高達 3800x10-24cm2,所以硼及其合金是很好的屏蔽材料與控制材料，但對非屏蔽材料來說，卻是一個有害的元素，例如作為堆用材料的8001合金的含硼量應≤0.001%。鋯的熱中子吸收截面相當小，只有0.18X10-24cm2，Ti的為5.6x10-24cm2，可作為堆用材料的微量添加元素。

堆用鋁合金

反應堆鋁材有兩種，溫度≤130℃的低溫堆用元件包殼及結構材料，主要用的是工業(yè)純鋁與Al-Mg-Si系合金，使用溫度≤400℃的中溫堆用材料主要是8001合金，它是一種非常用的Al-Mg-Ni系合金，是1999年在美國鋁業(yè)協(xié)會注冊的美國合金，其成分（質(zhì)量%）：0.17Si，（0.45~0.7）Fe，0.15Cu，（0.9~1.3）Ni，0.05Zn，0.001B，0.008Li，0.003Cd，0.001Co，其他雜質(zhì)單個0.05、合計0.15，其余為Al；還可以用Al-Si-Ni系合金。在美國還廣泛采用1100合金作包殼材料，它的成分（質(zhì)量%）：（0.05~0.20）Cu,0.05Mn,0.10Zn,0.95(Fe+Si),其他雜質(zhì)單個0.05、合計0.15，Al≥99.00。

在工作溫度≤400℃的中溫堆中，我國用含7%Si及0.65%Ni的合金作包殼材料，它的熱中心吸收截面小，對中、高溫水有高的抗蝕性，有相當高的室溫及高溫力學性能，加工性能好，用作管元件及板元件的包殼材料。

國外有采用（9%~12%）Si、（1%~1.5%）Ni的合金與11%Si、1.0%Ni、0.5%Fe、0.8%Mg、0.1%Ti的Al-Mg-Ni合金作元件包殼材料的，它們在高溫水中有良好的抗腐蝕性能，后一個合金在260℃~300℃水中的耐腐蝕性能比8001合金的還高。

此外，在某些特殊情況下，如果作為屏蔽材料的混凝土的質(zhì)量與體積不能滿足要求或不便使用時，則除水以外。還可用一種名為波拉爾（Boral）的鋁板作為屏蔽材料，它是一種含有碳化硼的鋁合金，熱軋Boral板時，在其表面包覆一層1100工藝純鋁。Boral一詞就是2（boron）和鋁（alminium)的復合詞。

1965年，現(xiàn)名東北輕合金有限責任公司的二期建設項目工藝管車間交付生產(chǎn)，開創(chuàng)了我國可生產(chǎn)核工業(yè)鋁材的先河，至1983年共生產(chǎn)53306根（352t）反應堆工藝管。工藝管是用擠壓管坯冷軋的，外徑43mm，內(nèi)徑41mm，管的內(nèi)外都經(jīng)過陽極氧化處理。

熱核聚變反應堆鋁材唱主角

核聚變反應堆是將氘（D）和氚（T）產(chǎn)生的高溫等離子體封閉起來，進行核聚變反應，形成較重的氕的過程，正好與前面介紹的核裂變反應堆相反。核聚變反應堆應該用感應放射能衰減快的、停堆后短時間人可以接近的、殘留放射能少的材料制成，鋁材正是這樣一種較為理想的材料。美國從1997年起斥資235億美元建造的“人造太陽”的美國國家點火裝置（NIF）的130t重目標靶室就是用厚達250mm的鋁合金5083板制造的。2010年11月2日，進行了首次點火實驗，用192束激光束一齊瞄準一顆只用花生粒大小卻含有氘和氚氣體的小球體，它們立馬發(fā)生聚變，釋放出1.3MJ能量，其核心最高溫度600萬°F，為人類利用清潔的綠色聚變核能打開了新大門。

現(xiàn)在，除美國外，我國和俄羅斯也在大力開發(fā)核聚變反應堆。建造聚變用的材料除要求感應放射能小外，在120℃時還應有相當高的強度；由于磁場大，會產(chǎn)生渦流，鋁合金的電阻應大；還應有良好的成形加工性能、真空性能與導熱性。

殘余感應放射能低的材料是C、Sic、純鋁，但C、Sic的成形性能低，加工大的結構困難，所以現(xiàn)在日本的R計劃、國際原子能機構的INTOR和美國的STARFIRE核聚變反應堆都把鋁合金作為開發(fā)的首選材料。

在元素周期表中，對14.1MeV中子引起的感應放射能低的元素只有Li、Be、C、Mg、AI、Si、V、Pb、Bi等。因此，熱核聚變反應堆鋁合金的研發(fā)對象無疑是以高純鋁為基的Al-Mg-Si系、Al-Mg系、Al-Si系、Al-V系、Al-V-Si系、Al-Mg-V系、Al-Mg-Li系及燒結鋁合金（SAP）。對這類材料應嚴格控制鋁合金的常用合金化元素Fe、Cu、Cr等的含量。

目前，我國已成為全世界核電站建設與核電技術的引領者，中核集團正在開展華龍一號、玲瓏一號等有完全自主知識產(chǎn)權的多種先進反應堆建設。中核集團在役核電機組18臺，在建的8臺，年度發(fā)電量已破千億kWh，負荷因子、能力因子等運行指標已連續(xù)5年穩(wěn)居世界先進水平。

中核集團自主研發(fā)的“燕龍”泳池式低溫供熱堆，可為北方城市提供安全經(jīng)濟、綠色環(huán)保的供暖系統(tǒng)，一座400MW的“燕龍”低溫供熱堆，供暖建設面積可達約20000km2，相當于20萬戶三居室，可為東北地區(qū)供暖，為打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)作出大貢獻。

和水電一樣，核電建設成本很高，建設周期也很長，但是運營成本甚低，綠色、環(huán)保、高效、低運營成本的核電定是我國能源重點發(fā)展方向之一。不過，現(xiàn)在核電在我國建設占的比例還很低，僅有2%多一點，即使到2030年可能也不會超過4%，比風電和光伏的還少，還沒有發(fā)揮出太大的作用，但前景十分廣闊。