核能关键材料

目前核电的形势大好，很多业界人士认为“核能的春天已经再次到来”。核电工业的发展离不开核材料，任何核电技术的突破都有赖于核材料的首先突破。但目前我们的核材料整体性能还不能满足核电站的研制要求，性能数据不完整，材料品种比较单一（某些材料国内尚属空白），材料的基础研究不够重视，经济性有待进一步提高，核材料已成为制约新兴和电装置研制的瓶颈之一。

发展核能的关键材料包括：先进核动力材料、先进的核燃料、高性能燃料元件、新型核反应堆材料、铀浓缩材料等。

值得关注的是金属锆和金属铪，它们是核电工业不可或缺的消耗性金属材料。锆和铪的电子结构和理化性质相似。锆和铪由于提取方法复杂，产量较少，用途特殊，熔点高，属于稀有难熔金属一类。但是锆并不稀少，它在地壳中的含量十分丰富，其丰富度为0.0025%（质量分数），超过了常用有色金属（如Cu、Zn、Sn、Ni和Pb）的丰度；而铪的丰度也超过Hg、Nb和U。由于自然界中的锆与铪总是共生在一起，没有单独的铪矿物存在，因此，采用特殊的化学－冶金联合方法分离锆和铪，就成为提取金属锆和金属铪最关键的一步。含锆和铪的天然硅酸盐称为锆英石或风信子石（Zr HfSiO4），它们具有多种美丽的颜色，常被认为属于宝石一类。与锆英砂一样具有工业开采价值的锆矿物还有斜锆矿（Zr O2）。世界各地的锆铪矿物主要赋存于海滨砂矿矿床中，因此，它们多与钛铁矿、独居石、金红石、磷钇矿等共生。生产金属锆和金属铪的主要方法是金属热还原法，要先将锆英砂精矿经氯化，经镁还原制成海绵锆或海绵铪，在熔铸成锭以制造需要的型材。核动力是金属锆和铪主要的应用领域，可以说世界上锆铪工业的发展，特别是早期锆铪工业的建立，在很大程度上是因为锆铪在军事工业如核动力潜水艇、核动力航空母舰和航天器用小型核动力反应堆上的应用而发展起来的。目前锆铪在民用核能方面也有广阔的应用天地。由于核电站中铀燃料消耗及辐照影响，反应堆锆材每年需更换其中1/3，使金属锆成为一种消耗性材料，日益显现其战略地位。

另外，铀及其转化物（天然铀、低浓铀的氟化物、氧化物和金属）、核燃料原件及组件（装有铀、钚等裂变物质，放在和反应堆内进行裂变链式反应的核心部件）、其他核材料及相关特殊材料（制造和燃料元件包壳、反应堆控制棒、冷却剂等特殊材料）、超铀元素及其提取设备（周期表中原子序数大于92的元素）等关键核能材料的研究已经系统化。