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核材料化学 - 白新德主编

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出版日期:2007年9月
当前,世界范围的能源短缺给各国的经济发展带来了不可忽视的困难和影响，核能的发展再次得到了各国政府的重视,必将快速促进核科学及工程技术的发展与完善，而材料是这些发展的基础。
材料化学,尤其是核工业、核反应堆用材料的化学性能与核材料物理性能、力学性能、核性能及辐照后性能同样重要。它涉及材料科学、普通化学、分析化学、有机化学、材料物理化学、冶金学、反应堆工程学及核化学等诸多学科。
本书共8章：第1章化学反应热力学、动力学基础；第2章溶液与萃取；第3章金属氧化；第4章材料电化学EpH图及稳定性；第5章电化学动力学；第6章核燃料(铀、钚、钍)化学、电化学性质；第7章材料的核化学与辐射化学；第8章核材料在反应堆工况中的腐蚀及主要影响因素。
本书主要介绍了化学反应热力学和动力学中的基本概念、原理和定律；材料在溶液中的溶解、萃取的基本概念和原理；材料氧化和溶液电化学的基本概念、热力学条件及动力学规律；核燃料(铀、钚、钍)制备的化学反应热力学原理及条件，铀、钚、钍及其化合物的物理、化学、电化学性质；射线对溶液及材料化学性能影响的基本概念和原理；核材料在反应堆工况中的腐蚀基本概念、特点、机制、规律及主要影响因素等。
本书由白新德主编，主要编写人员：第1章白新德（清华大学）；第2章白新德、李洪义（北京工业大学）；第3章白新德、陈鹤鸣（清华大学）；第4章白新德；第5章白新德、陈鹤鸣；第6章白新德、伍志明（中国核工业集团公司建中核燃料元件公司）；第7章沙仁礼（中国原子能科学研究院）；第8章胡石林（中国原子能科学研究院）、孙忠智（清华大学）、唐春和（清华大学）。
全书由范毓殿（清华大学）和马文军（中国核工业集团公司北方核燃料元件公司）审稿。
本书得到了清华大学、中国原子能科学研究院、中国工程物理研究院、中国核工业集团公司北方核燃料元件公司、中国核工业集团公司建中核燃料元件公司和西北锆管有限责任公司等单位的支持；在编写过程中得到了清华大学材料科学与工程系凌云汉副研究员，中国原子能科学研究院龙斌、姚振宇副研究员，清华大学材料科学与工程系陈小文、彭德全、张岱岚、智欣博士，万千和李娟等硕士的帮助，编者在此表示诚挚的谢意!
对编写过程中各参考资料、专著、教材的作者表示诚挚的谢意!
由于编者的水平所限，本书可能存在缺陷与不足，欢迎批评指正。

编者2007年3月第1章化学反应热力学、动力学基础1
11热力学基本概念1
111体系和环境1
112状态、状态函数和过程3
113热和功4
114内能（热力学能）4
12热力学第一定律——能量守恒和化学反应的热效应5
121热力学第一定律——能量守恒定律5
122定（等）压与定（等）容反应热5
13热力学第二定律——化学反应的方向和推动力11
131热力学第二定律和自发过程11
132熵、熵变及熵增加原理11
133自由能14
14化学平衡与自由能16
141化学平衡及平衡常数16
142自由能变与化学平衡17
143耦合反应及其在无机化学中的应用22
144影响化学平衡的主要因素——化学平衡的移动25
15化学反应速率和反应机理28
151化学反应速率的表示法29
152反应机理的概念30
153化学反应速率理论简介31
154影响化学反应速率的因素35
155催化剂对化学反应速率的影响44
参考文献47
第2章溶液与萃取48
21溶液48
211溶液的一般概念48
212物质的溶解度48
213溶液的浓度51
214络合52
22溶剂萃取71
221萃取分离基本原理71
222萃取平衡74
223其他萃取方法简介75
224萃取在核燃料后处理工艺中的应用77
参考文献93
第3章金属氧化94
31金属氧化的热力学可能性94
311金属氧化热力学可能性的判据94
312爱琳赫姆雷恰逊图线及其应用96
313对ΔGTT图的几点说明97
314ΔGT图的使用方法98
32金属氧化动力学100
321生成保护性氧化物膜的必要条件100
322金属氧化物膜的成长规律103
323金属氧化物膜的形成过程108
324离子晶体缺陷109
325高温金属氧化理论——抛物线规律115
326室温甚至极低温度的金属氧化理论117
327锆及其合金的氧化118
参考文献124
第4章材料电化学EpH图及稳定性125
41电化学热力学125
411氧化还原反应与电极电势125
412水溶液中的化学、电化学平衡131
413电化学热力学、EpH平衡146
414EpH平衡图在腐蚀研究中的应用及其局限性161
42水电化学平衡图165
421EpH平衡图165
422超临界水169
43氟水电化学平衡图172
431EpH平衡图172
432平衡图的稳定性175
44氯水电化学平衡图178
441EpH平衡图178
442某些特定条件的亚稳平衡图179
443不同pH值条件下HCl溶解及次氯酸、亚氯酸
电离180
444氯化物的稳定性182
45铝水电化学平衡图185
451EpH平衡图185
45225℃下pH值对Al2O3及其水合物的溶解性能的
影响185
453铝在25℃、60℃、100℃、150℃的H2O中的电化
学平衡图186
46锆水电化学平衡图187
461EpH平衡图187
462pH值对ZrO2、ZrO2·H2O和ZrO2·2H2O的溶解
性的影响189
47锡水电化学平衡图191
471EpH平衡图191
472锡的腐蚀性和稳定性192
48铌水电化学平衡图195
481EpH平衡图195
482铌及其氧化物的稳定性196
49镍水电化学平衡图197
491EpH平衡图197
492镍及其化合物的稳定性199
410铬水电化学平衡图200
4101平衡图200
4102铬的稳定性、腐蚀与电沉积202
411钛水电化学平衡图207
4111EpH平衡图207
4112钛及其氧化物的稳定性209
412钼水电化学平衡图211
4121EpH平衡图211
4122钼的稳定性、腐蚀性和电解沉淀212
413钒水电化学平衡图215
4131EpH平衡图215
4132钒及其氧化物的稳定性215
414钽水电化学平衡图219
4141EpH平衡图219
4142钽及其氧化物的稳定性和腐蚀220
415硼水电化学平衡图221
4151平衡图221
4152硼及其化合物的稳定性222
416碱金属锂、钠、钾电化学平衡图224
4161锂、钠、钾EpH平衡图224
4162碱金属的稳定性224
4163碱金属氢化物的稳定性和构成225
417铍水电化学平衡图225
4171EpH平衡图225
4172铍及其氧化物、氢氧化物的稳定性226
418镁水电化学平衡图228
4181EpH平衡图228
4182镁及其氧化物的稳定性228
419钙水电化学平衡图230
4191EpH平衡图230
4192碱土金属的稳定性231
420铪水电化学平衡图232
4201EpH平衡图232
4202铪及其氧化物的稳定性233
421镓水电化学平衡图233
4211EpH平衡图233
4212镓及其氧化物和氢氧化物的稳定性234
422铊水电化学平衡图236
4221EpH平衡图236
4222铊及铊盐的稳定性、腐蚀性和钝化作用237
423银水电化学平衡图238
4231EpH平衡图238
4232银及其氧化物的稳定性和腐蚀性240
参考文献241
第5章电化学动力学242
51材料在水溶液中电化学不均匀性及电池242
511极化、极化曲线和腐蚀极化图242
512产生极化作用的原因246
513理论极化曲线和实测极化曲线248
52电化学(活化控制)动力学方程及电化学腐蚀速率250
521电化学(活化控制)动力学方程250
522弱极化区的测量——线性极化法电化学腐蚀速率251
523强极化区电化学腐蚀速率测量251
53去极化作用与析氢腐蚀、吸氧腐蚀253
531去极化作用253
532析氢腐蚀254
533吸氧腐蚀258
54金属的钝化262
541钝化现象262
542金属钝化的图形分析264
543金属钝化的理论266
55腐蚀电池269
551宏电池269
552微电池271
参考文献272
第6章核燃料(铀、钚、钍)化学、电化学性质274
61铀、钚、钍化学反应热力学277
611化学反应热力学与自由能277
612吉布斯赫姆霍兹方程式278
62热还原(氟化物、氧化物)法制备金属铀、钚、钍的热
力学条件278
621热还原氟化物制备金属铀的可能性279
622金属铀冶炼中的耐火材料选择284
63金属铀、钚、钍的制备中的化学反应热效应285
631计算高温反应热的基尔霍夫方程式286
632钙还原氟化物、氧化物制备金属铀的热效应286
633钙还原二氧化铀289
64钙还原氟化钚、氧化钚制备金属钚289
641钙还原氟化钚制备金属钚289
642热还原二氧化钚制备金属钚290
65用镁或钙还原四氟化钍、氧化钍制备金属钍291
651用镁、钙还原四氟化钍制备金属钍291
652热还原二氧化钍制备金属钍292
653高纯钍制备292
66铀、钚、钍及其氧化物的物理、化学性质293
661物理性质293
662化学性质295
67铀、钚、钍的氟化物298
671氟的化学性质298
672制氟中的电极过程300
673氟化物300
68铀、钚、钍的氧化物及其他化合物305
681铀的氧化物、碳化物、氮化物和氢化物305
682钚的氧化物及其化合物314
683钍的氧化物及其化合物317
69铀、钚、钍溶液中的氧化与还原热力学EpH图321
691铀、钚和钍的价态321
692铀水系EpH图324
693钚水系EpH图327
694钍水系EpH图329
695铀、钍等锕系元素稳定性329
696电位与平衡常数333
610铀、钚的歧化339
6101歧化反应339
6102铀（Ⅴ）、钚（Ⅳ）和钚（Ⅴ）的歧化340
611铀的腐蚀345
6111铀在空气中的氧化345
6112铀在水和水蒸气中的氧化346
6113U4+H2O2反应348
6114U3+H+反应349
6115铀合金及其相容性351
612钚的腐蚀354
6121钚与氧的反应354
6122湿度的影响355
6123温度影响356
6124PuO2+2（Ⅵ）H2O2反应357
6125Pu（Ⅳ）Fe（Ⅱ）反应357
6126Pu（Ⅳ）U（Ⅳ）反应358
613钍的腐蚀359
6131气体氧化359
6132溶液中的腐蚀360
6133水蒸气中的腐蚀361
6134液态金属中的腐蚀361
6135钍与包壳材料的相容性361
6136ThO2核芯的溶解362
6137锕系元素与氧化钍的亲和性363
614铀及其化合物的转化加工363
参考文献364
第7章材料的核化学与辐射化学365
71材料的核化学365
711氚对核反应堆裂变过程的影响367
712核裂变过程中的核化学368
72材料的辐射化学369
721核反应堆产生的高能辐射369
722辐射对材料作用的过程370
73水及水溶液辐射化学374
731水的辐射分解374
732水溶液的辐射分解377
74辐射对价态的影响379
741α辐射效应379
742γ和X辐射效应381
75辐射对电化学过程的影响382
751辐射对金属电极电位的影响382
752辐照对电极过程的影响384
76光化学效应与氧化还原386
77辐照对金属腐蚀性能的影响386
771辐照电化学效应的影响387
772辐照的结构效应387
773腐蚀产物的活化387
78辐射对液态金属腐蚀性的影响388
79辐照对气体（CO2，He）冷却剂的影响388
710辐照对有机冷却剂的影响388
711辐射对材料力学性能的影响389
参考文献389
第8章核材料在反应堆工况中的腐蚀及主要影响因素391
81核材料主要腐蚀形式391
811均匀腐蚀392
812点腐蚀392
813应力腐蚀394
814晶间腐蚀395
815缝隙腐蚀396
816电偶腐蚀398
817腐蚀疲劳399
818氢腐蚀399
819微振腐蚀400
8110凹蚀400
8111耗蚀400
8112微生物腐蚀401
8113质量迁移401
8114流速加速腐蚀402
8115疖状腐蚀402
82核材料在水冷堆中的腐蚀402
821核燃料的腐蚀402
822燃料元件包壳材料锆合金在压水堆和沸水堆中的
腐蚀404
823研究堆元件包壳铝合金的腐蚀及影响规律421
824高通量研究堆燃料元件包壳的腐蚀427
825蒸汽发生器传热管材料的腐蚀428
826压力容器钢的腐蚀448
827流速加速碳钢腐蚀453
828压力管材料的腐蚀456
829辐照对反应堆结构材料腐蚀的影响457
8210堆内构件及主管道材料的腐蚀461
83核材料在气冷堆中的腐蚀466
831核材料在二氧化碳中的氧化466
832核材料在高温氦气中的腐蚀470
833石墨的抗氧化涂层473
834辐照对气体冷却剂腐蚀性的影响481
84核材料在液态金属中的腐蚀482
841材料在钠和钠钾合金中的腐蚀482
842铅铋合金的腐蚀性504
843铯的腐蚀性509
85核材料在有机物慢化核反应堆中的腐蚀510
851有机物慢化核反应堆概述510
852结构材料的腐蚀511
853有机冷却剂对燃料元件包壳材料铝及铝合金的
腐蚀513
854烧结铝合金513
86熔盐核反应堆中的腐蚀513
861熔盐核反应堆简述514
862材料在熔盐中的熔解速率515
863熔盐中材料的腐蚀516
87核燃料生产过程中的腐蚀520
871铀矿的开采和铀的提取520
872天然铀和钍核燃料生产过程中的腐蚀522
88核燃料后处理过程中的腐蚀524
881核燃料后处理过程的特点525
882后处理过程中的腐蚀526
89放射性废物处理过程中的腐蚀534
891放射性废物的来源534
892放射性废物的分类534
893放射性废物处理过程中的腐蚀534
参考文献538 本书可作为相关领域工程技术人员、管理人员、本科生和研究生的参考用书。材料化学，尤其是核工业、核反应堆用材料的化学性能与核材料物理性能、力学性能、核性能及辐照后性能同样重要。它涉及材料科学、普通化学、分析化学、有机化学、材料物理化学、冶金学、反应堆工程学及核化学等诸多学科。
本书主要介绍了化学反应热力学和动力学中的基本概念、原理和定律；材料在溶液中的溶解、萃取的基本概念和原理；材料氧化和溶液电化学的基本概念、热力学条件；材料在溶液中电化学热力学EpH平衡图及稳定性和电化学动力学规律；核燃料(铀、钚、钍)制备的化学反应热力学原理及条件，铀、钚、钍及其化合物的物理、化学、电化学性质；射线对溶液及材料化学性能影响的基本概念和原理；核材料在反应堆工况中的腐蚀特点、机制、规律及主要影响因素等。
本书可作为相关领域工程技术人员、管理人员、本科生和研究生的参考用书。

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TAG: 核材料化学

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