前言

核能作为一种安全、高效、清洁、低碳、经济、可靠的新能源，受到世界各国的青睐。核能是我国构建清洁低碳、安全高效能源体系的重要组成部分。核能的和平利用主要体现在核电领域，推动核能高质量发展，进一步强化核电在能源革命中的战略地位，坚持安全第一、积极安全有序地发展核电，稳步提高核电在我国能源电力结构中的比重，将有力提升我国能源安全保障水平，并助力我国实现“双碳”目标。因此，我国发展核能具有重要意义，同时也是大势所趋。

如今，第三代反应堆已经实现商业化，而第四代反应堆也早已成为国际核能界的重点研究课题。第四代反应堆具有可持续、安全、可靠、经济、废物少、防核扩散等诸多优点。与前三代核能系统相比，第四代核能系统在经济性、安全性以及废物处理等方面有着重大改善。第四代核能系统主要包括六种堆型，即熔盐堆、超临界水堆、超高温气冷堆、气冷快堆、钠冷快堆和铅冷快堆。其中，钠冷快堆和铅冷快堆属于液态金属冷却快堆，二者都是使用液态金属作为冷却剂的快中子反应堆，即钠冷快堆使用液态钠，铅冷快堆使用液态铅或铅铋。目前，钠冷快堆是第四代反应堆中最成熟的堆型。相比于钠冷快堆，铅冷快堆使用的冷却剂不仅更安全和稳定，还具有诸多优良特性，并且可以实现小型化和微型化，

近年来这些优势日益引起研究人员的重视。

我国高度重视清洁能源和先进核能的发展。国家“十四五”规划明确提出，我国力争在2030年实现“碳达峰”、在2060年实现“碳中和”，为此力求构建现代能源体系，推进能源革命，建设清洁低碳、安全高效的能源体系，提高能源供给保障能力。“十四五”规划还提出推动模块化小型堆等先进堆型示范和核能综合利用，为核能的多元化应用、多用途发展按下加速键。我国能源转型的深入推进对核能多用途发展提出了更高的要求，先进堆型示范呈现出积极发展的态势。2010年，我国首个钠冷快堆——中国实验快堆达到首次临界，并于2011年7月成功并网发电，标志着我国成为世界上第八个拥有快堆技术的国家。2019年10月，我国启明星Ⅲ号实现首次临界，并正式启动中国铅铋堆芯核特性物理实验，标志着我国在铅铋快堆领域的研发也跨出实质性一步，进入工程化阶段。2020年12月，中国核工业集团有限公司示范快堆工程2号机组正式开工建设，对我国加快构建先进核燃料闭式循环体系、促进核能可持续发展和快堆技术全面自主发展、促进“碳达峰”与“碳中和”目标以及推动地方经济建设具有重要意义。先进核能系统的发展将为我国科技实力、工业技术水平、综合经济实力和国际地位的提升做出巨大贡献。

液态金属冷却反应堆因其独特的优势，在第四代核能系统中具有非常强的竞争力，也是第四代核能系统概念建立之初最被看好的堆型。反应堆燃料和材料对于任何反应堆堆型都至关重要，可以说，反应堆燃料和材料的选取决定了反应堆的成败。为此，本书将对液态冷却金属反应堆燃料和材料进行综合性介绍。全书共7章。第1章较为详尽地介绍液态金属冷却反应堆的发展历程。第2章简要介绍液态金属冷却反应堆系统。第3章着重介绍液态金属冷却反应堆燃料。第4章主要介绍液态金属冷却反应堆结构材料。第5章介绍液态金属冷却反应堆的耐事故燃料和材料。第6章简要介绍液态金属冷却反应堆多尺度建模与仿真。第7章对液态金属冷却反应堆燃料和材料进行总结。

本书在撰写过程中，参考了国内外各相关单位和科研机构公开发表的大量论文、报告和书籍，并引用了部分插图，在此特向相关机构、专家和学者表示崇高的敬意和感谢。由于本书所涉及的学科领域广泛，限于作者的学识水平，书中缺点、错误和不妥之处在所难免，恳请读者批评指正。

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作者

2024年1月