8.5万字，111个图！深圳大学在材料领域顶尖综述期刊(IF=39.58)发文

液态铅/铅铋冷却快中子核反应堆（简称“铅基快堆”，下同）具有能量密度高、本征安全性好、核燃料利用效率高等优点，被第四代核能系统国际论坛（GIF）列为最有希望首先实现商用的第四代堆型，也是近20年来核能领域研究的重点和热点核技术之一。该堆型在陆地、深海和深空等多种场景下均具有广阔的应用前景，其最早应用可追溯至上个世纪前苏联成功研制的阿尔法级铅铋核动力潜艇。但是，铅和铅铋介质对不锈钢的性能具有较强的环境退化作用，严重制约了该堆型的大规模工程化应用。

近日，深圳大学物理与光电工程学院核科学与核技术系先进核能团队的龚星博士（副研究员）在国际材料科学领域顶尖综述期刊《Progress in Materials Science》（最新IF=39.58）上发表题为《Environmental degradation of structural materials in liquid lead- and lead-bismuth eutectic-cooled reactors》的综述文章，全文约8.5万字，含6大章节（约60个小节），111个图。该论文第一作者和共同通讯作者为深圳大学的龚星副研究员，第二作者是美国麻省理工（MIT）的Michael P Short教授，第三作者是法国HESAM Université的Thierry Auger教授，第四作者是比利时核能研究中心（SCK CEN）的Evangelia Charalampopoulou博士，第五作者兼共同通讯作者是在比利时核能研究中心（SCK CEN）和英国University of Huddersfield同时任职的Konstantina Lambrinou教授。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2022.100920

《Progress in Materials Science》是国际材料科学研究领域的顶尖综述性学术期刊，该期刊不接受自由投稿，主要由期刊编辑邀请在相关领域做出突出贡献的学者对热点领域的研究进展和未来方向进行综述和展望。该期刊在材料学领域具有重大影响力，每年仅出版6至8期，每期仅刊登3至6篇文章，2020年影响因子为39.58，5年影响因子39.026。

该论文首先介绍了液态铅和铅铋共晶合金作为核反应堆冷却剂的优点以及应用前景、概括了结构材料（主要包括商用不锈钢）在液态铅和铅铋介质中面临的主要性能环境退化效应和相关抑制技术手段，然后详细综述了316L、15-15Ti和T91等三种结构钢在液态铅铋（和铅）环境中的液态金属腐蚀和液态金属脆化这两种最重要的性能退化现象的基本特点、关键影响因素和微观机理，并综述了抑制这两种性能退化效应的技术手段的优缺点，包括系统设计优化（优化堆内构件几何形状降低紊流等）、主动氧控（结合大量腐蚀数据绘制了详细的316L系列奥氏体不锈钢和9Cr/12Cr铁素体/马氏体钢的氧控边界图）、材料改进（合金化、表面涂层、新材料开发如高熵合金、MAX相等），论文最后总结了不锈钢的液态金属腐蚀和液态金属脆化性能的基本结论以及相关抑制技术措施、并展望了铅基快堆材料近期和中长期发展方向。该综述论文对铅基快堆材料的发展具有重要参考作用。

图1 结构材料在铅和铅铋环境中面临的主要性能环境退化效应、抑制技术手段和氧控边界

 

图2 铅铋优先沿着冷变形加工态316L的位错滑移带和形变孪晶界渗透（实验参数：500°C，浸泡1000小时，铅铋中的溶解氧浓度小于10-8wt%）

 

图3 铅铋溶解腐蚀导致的316L奥氏体→铁素体相变符合Pitsch OR模型（实验参数：550°C，浸泡1000小时，铅铋中溶解氧约10-9wt.%）

作者简介

龚星，博士，就职于深圳大学物理与光电工程学院核科学与核技术系，特聘副研究员，深圳市海外高层次人才。2004至2011年在中南大学粉末冶金研究院获得粉体材料科学与工程专业本科和硕士学位。2015年在比利时鲁汶大学（KU Leuven）和比利时核能研究中心（SCK CEN）获得博士学位，期间从事欧盟加速器驱动液态铅铋冷却核嬗变快中子反应堆（MYRRHA堆）结构材料的液态金属腐蚀与脆化机理、以及铅铋溶解氧测控、力学和腐蚀实验技术研究，随后留在SCK CEN担任Scientific Collaborator，从事欧盟核电站延寿技术和铅铋材料性能退化行为研究。2016年在中广核研究院从事事故容错核燃料研究。2018年3月入职深圳大学物理与能源学院（现物理与光电工程学院）从事教学科研工作。目前主要从事先进核能系统结构材料与液态金属冷却工质的相容性评价以及材料性能退化机理、溶解氧测控技术、铅铋工艺技术等方面研究，在Progress in Materials Science、Corrosion Science、Scripta Materialia、Journal of Nuclear Materials、Materials Science and Engineering A、Journalof Alloys and Compounds和Mechanics of Materials等国内外期刊发表学术论文近50篇。主持国家自然科学基金青年基金项目、国防科技工业核材料技术创新中心项目、深圳市海外高层次人才项目以及多项核电集团的合作项目，并参与国家自然科学基金重点项目、广东省自然科学基金项目等。

*感谢论文作者团队对本文的大力支持。