机构设置
1、研究领域与学科建设
清华大学核研院新材料研究室（301室）成立于1964年，现有教职工50余人，围绕国家重点学科“核燃料循环与材料”，系统开展核燃料、核用材料和新型材料研发工作，以及相关领域的研究生培养工作，拥有完整的放射性操作资质、实物保护体系、质量保证体系，能够开展核燃料学科的教学与科研。承担了《先进核燃料与材料》、《核燃料与材料性能分析》等研究生课程。 围绕先进核能系统高温气冷堆关键核心技术——球形燃料元件的生产技术和辐照性能，开展深入持久的基础研究和制造工艺、设备、检测技术研发，取得的研究成果居于世界领先水平，相关研究成果已转化为实际生产力，在中核北方核燃料元件有限公司建立了规模化球形燃料元件生产线。在球形燃料元件研发、球形燃料元件生产线建设、先进核燃料与材料研发、核燃料辐照后性能研究、球形乏燃料后处理首端研究、核用材料服役行为等方面形成了特色学科优势。 依托多项国家重大科技攻关项目，形成了功能先进、配套齐全的实验研究、数值模拟、中试试制、冷态和辐照性能表征测量的大型综合性先进研发平台，拥有一支专业完备的人才队伍。 |
2、科研项目
新材料研究室承担国家重大专项“百万千瓦大型压水堆与高温气冷堆示范工程”、国家国防科工局核能开发项目、某重大预研专项、科技部重点研发计划、国家自然科学基金，以及与国内外企业合作的横向项目等多项课题研究。 （1）国家科技重大专项课题 ➢球形燃料元件生产关键设备和工艺研究（2008ZX06901-013） ➢球形燃料元件辐照试验研究（2010ZX06901-014） ➢球形燃料元件辐照后性能研究（2011ZX06901-015） ➢球形燃料元件设计和建造准则（2011ZX06907-002） ➢高温堆燃料元件生产关键工艺和技术优化研究（2017ZX06901-025） ➢燃料元件超高温运行条件下的结构性能研究（2017ZX06901-027-005） （2）重大预研专项课题 ➢燃料创新项目 （3）国家国防科工局核能开发项目 ➢HTR-10辐照后燃料元件的绝对燃耗测量 ➢微封装弥散燃料关键技术研究 （4）国家自然科学基金课题 ➢多环斜孔式喷动流化床内高密度颗粒运动行为的实验和理论研究 ➢流化床化学气相沉积过程纳米粒子凝聚/合并/分散的介尺度机制及调控 ➢基于聚集荧光增强机理的铀酰离子荧光探针的设计合成及在核燃料循环中的分析应用 ➢基于包混工艺的新型多孔碳化硅陶瓷的孔隙衍变机理及其对性能的影响研究 ➢高温气冷堆球形燃料元件表面复合涂层的调控设计，性能表征与抗氧化机理研究 ➢新型核燃料用SiC/Al2O3核/壳结构纳米复合材料的原位气相沉积制备及其界面活化效应研究 ➢超细晶碳化硅包覆层的制备及其尺寸效应研究 ➢核用碳化硅陶瓷多尺度复合增韧结构设计与微区限域烧结 ➢球形燃料元件基体石墨表面SiC/ZrC-Si/ZrSiO4梯度涂层的可控制备及抗氧化机理研究 ➢球形燃料元件表面SiC基复合抗氧化涂层的调控设计及其抗氧化机理研究 ➢应力状态下核石墨热膨胀系数及其微观机理的研究 ➢Ni基高温合金L12纳米析出相辐照演化行为及调控研究 ➢固体氧化物电解池双钙钛矿氢电极材料的制备、催化反应机理及性能衰减机理研究 ➢微流控辅助内凝胶工艺制备尺寸可控的单分散核燃料微球及其相关机理研究 （5）国家重点研发计划课题 ➢新型包覆燃料颗粒制备及性能评价研究 ➢惰性基弥散燃料性能分析模型开发及服役性能分析评价 （6）国家重大科学仪器设备开发专项 ➢高温气冷堆燃料颗粒包覆层厚度高精度测量及其空间分布状态表征研究 （7）国际原子能机构技术合作项目 ➢高温气冷堆球形燃料元件辐照后分析技术及失效机制研究 （8）各级人才项目 ➢中核英才研究项目 高温堆乏燃料电化学解体工艺机理及裂变产物分布研究 反应堆事故温度下辐照后球形燃料元件中关键裂变核素在包覆层内的沉积行为研究 超高温气冷堆力学-化学耦合工况下的镍基合金服役行为研究 ➢北京市优秀人才项目 （9）企事业单位委托课题 ➢新型铌/锆包覆层流化床-化学气相沉积技术研究 |
3、实验室与设备
新材料研究室属于教育部“先进核能技术协同发展中心”核心单位，长期从事先进核燃料设计、制备和辐照前后性能评估研究，具有甲级放射性操作资质，在清华大学昌平实验基地拥有四栋独立实验大楼以及多个实验场地，具有完整的球形核燃料元件制备生产线、核燃料与核用材料辐照后研究热室平台，以及完备的放射性材料表征分析测试平台，含设备仪器100余台套。 研究室建成中国第一个专用于高温气冷堆乏燃料分析的热室——乏燃料分析实验室（热室），包括5间混凝土热室、2间铅室、6间屏蔽手套箱以及多个分析箱室等，研制成功一批用于高温气冷堆球形燃料元件辐照后性能研究的设备，开展燃料元件辐照后物理化学性能研究，球形乏燃料在反应堆运行工况和模拟反应堆事故条件加热实验、模拟反应堆进水进气事故腐蚀实验中裂变产物的产生和释放行为研究，以及包覆燃料颗粒在反应堆运行工况和事故工况的微观结构变化。 燃料元件制备生产线包括完整的溶胶凝胶法颗粒制备系统、流化床化学气相沉积颗粒包覆系统、球形燃料元件压制系统及物理、化学性能分析系统；大型仪器设备包括常压烧结炉，热压烧结炉，放电等离子体烧结炉等烧结技术研究平台，以及高分辨TEM电镜、XPS、EMPA、SEM-EDS、GC-MS、ICP-OES、ICP-MS、Raman、XRD、TG-MS、液闪仪、纳米压痕测量、材料力学性能试验机等材料表征分析平台。研究室在核燃料设计和制备领域有着半个世纪以上的研究经验，在弥散型核燃料制备和评估研究领域有着丰富的研究成果，我国核能利用，尤其是固有安全核反应堆的燃料元件发展做出了突出贡献。 |
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材料检测中心 |
燃料元件实验室 |
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乏燃料分析实验室（热室） |
核材料实验室 |
4、学术成果（文章、奖励）
主要获奖: 2015-2017年度中国核学会十大科技进展：全球首条高温气冷堆燃料元件生产线投料生产 2013-2015年度中国核学会十大科技进展：高温气冷堆示范工程燃料元件完成堆内辐照试验 中国核能协会科技进步一等奖：高温气冷堆球形燃料元件规模化制造关键技术研发及应用 中国核能行业协会科技进步三等奖 核工业总公司科技进步二等奖、三等奖 国家发明三等奖 国家教委科技进步二等奖 山东省科技进步二等奖 |
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学术论文: 研究室每年在核燃料循环与材料领域发表多篇高水平学术论文，具体参见各位教师主页。 |
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主要研究成果: （1）高温气冷堆球形燃料元件研发 301室多年来致力于球形燃料元件的研发工作，建立了一套完整的研究平台、制备生产线，以及配套的检测和质保体系，具备工业化生产能力。相关研究成果水平位于世界前列，形成了具有完整自主知识产权的关键技术及基础研究成果。 UO2陶瓷核芯为外凝胶工艺制备而成，平均直径500μm，是球形燃料元件中发生核裂变、产生核能的关键结构，能够滞留大部分放射性裂变产物。TRISO包覆燃料颗粒通过流化床-化学气相沉积工艺制备而成，平均直径0.92mm，其包覆层可阻挡裂变产物的释放。高温气冷堆球形燃料元件为全陶瓷燃料元件，能够耐受最高至1620℃的高温考验，设计燃耗10-19%FIMA，是反应堆固有安全性的第一道保障。球形燃料元件由TRISO包覆燃料颗粒和基体石墨经过准等静压工艺制备而成，平均直径6cm。基体石墨纯度很高，具有优良的中子慢化性能、导热性能和机械强度，物理和化学稳定性好，是球形燃料元件的重要组成部分。在球形燃料元件的生产过程中，对于天然石墨粉、人造石墨粉、酚醛树脂等主要原材料，UO2核芯和TRISO包覆燃料颗粒中间产品，以及球形燃料元件最终产品的几十项指标性能，具有精确的分析测量流程和严格的质量控制要求。
（2）核燃料与材料辐照研究 核燃料与材料辐照研究包括核燃料与材料辐照实验、辐照后性能评价及乏燃料后处理研究。2004年1月，HTR-10包覆燃料颗粒和燃料元件在俄罗斯进行了辐照考验。所受辐照样品无一破损，优于设计要求。2014年12月，HTR-PM燃料元件在荷兰完成辐照考验，其结果为世界最好水平，并获评“2013-2015年度中国核工业十大科技进展”。建立了国内首个辐照后球形燃料元件分析实验室，具备开展堆后乏燃料全流程分析能力。建立了辐照后球形燃料元件多尺度裂变产物分析平台、反应堆事故条件下燃料元件性能评价平台，拥有燃料加热试验释放核素在线捕集与分析能力，开展了放射性核素在球形乏燃料中分布、扩散、迁移及分离研究。
（3）球形乏燃料后处理首端研究 由于球形燃料元件的颗粒弥散型结构特点，乏燃料体积较大，但绝大部分放射性核素均被包容在包覆燃料颗粒中，石墨基体放射性水平较低。球形乏燃料后处理首端研究的主要目的是有效分离燃料颗粒与石墨基体，实现高放射性乏燃料体积的有效减容，达到核资源循环利用和废物最小化的目的。迄今为止，研究室开展了以电化学解体湿法、高温氧化干法为代表的球形乏燃料后处理首端工艺方法及试验平台，建立了辐照后球形燃料元件后处理首端学科方向，为发展球形乏燃料元件闭式核燃料循环思路、建立可持续发展先进核能系统发挥了重要作用。 （4）先进核燃料与材料研发 具备尺寸50~800 µm范围内的单分散UO2核芯及包覆燃料颗粒制备技术，提高了核芯的尺寸均匀性，降低了包覆燃料颗粒的破损率。研发了高热导率、高铀密度的UC、UN核芯制备技术，满足超高温气冷堆、小型堆和空间堆的特殊需求。研发了氧化物嬗变模拟燃料元件和氮化物惰性基体材料，应用于加速器驱动的次临界反应堆系统。研发了新型结构的SiC包覆层、金属包覆层（Nb、Zr等）、金属碳化物包覆层（ZrC、NbC等），用于新型核动力堆、压水堆和超高温气冷堆等领域。首次将TRISO包覆颗粒弥散在BeO基体中，制备出新型核燃料元件。 针对球形燃料元件基体石墨高温氧化问题，自主研发了包埋加先驱体裂解两步法的涂层制备工艺，在石墨球表面获得了抗氧化性能优异的SiC基涂层，解决了大尺寸石墨球表面涂层制备易开裂的难题。 （5）核用材料服役行为研究 面向未来高温堆需求，开展核用材料长期在辐照、高温、应力及腐蚀性环境下服役行为研究。针对关键高温材料镍基合金开展了高温蠕变行为及机理研究，获得了其蠕变性能与断裂模式，阐明了长期蠕变后内氮化环境腐蚀行为及内氮化对蠕变性能演化的影响机制。对镍基合金及新型多组元合金在高温辐照下的微观结构演化行为进行了研究，获得了力学性能劣化的微观影响规律。 （6）球形燃料元件生产线建设 以HTR-10、HTR-PM球形燃料元件的研究结果为基础，面向模块式高温气冷堆的商业化发展需求，开展中等规模及更大规模的球形燃料元件生产的关键工艺技术和关键设备技术研究，服务于超高温气冷堆、气冷微堆燃料元件生产技术研发。
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5、团队成员
| 姓名 | 联系方式 | 职称/职务 |
| 唐亚平 | tangyp@tsinghua.edu.cn | 教授/院党委书记 |
| 刘兵 | bingliu@tsinghua.edu.cn | 教授/301室主任 |
| 赵宏生 | hshzhao@tsinghua.edu.cn | 研究员/301室副主任 |
| 刘马林 | liumalin@tsinghua.edu.cn | 副教授/301室党支部书记、副主任 |
| 刘荣正 | liurongzheng@tsinghua.edu.cn | 副教授/301室副主任 |
| 陈晓彤 | chenxiaotong@tsinghua.edu.cn | 副教授/301室副主任 |
| 马景陶 | majingtao@tsinghua.edu.cn | 副研究员 |
| 邓长生 | changsheng@tsinghua.edu.cn | 研究员 |
| 徐瑞 | xurui301@tinghua.edu.cn | 助理研究员 |
| 郝少昌 | haosc@tsinghua.edu.cn | 工程师 |
| 赵兴宇 | zhaoxingyu@tsinghua.edu.cn | 高级工程师 |
| 李建军 | leejj@mail.tsinghua.edu.cn | 高级工程师 |
| 邵友林 | shaoyoulin@tsinghua.edu.cn | 高级工程师 |
| 杨旭 | yangxuthu@tsinghua.edu.cn | 助理研究员 |
| 周湘文 | xiangwen@tsinghua.edu.cn | 副研究员 |
| 叶丽古玛 | ylgm@tsinghua.edu.cn | 副研究员 |
| 张杰 | zhjwh@tsinghua.edu.cn | 高级工程师 |
| 李自强 | liziqiang@tsinghua.edu.cn | 高级工程师 |
| 杨辉 | yang-hui@tsinghua.edu.cn | 助理研究员 |
| 王玥 | wangyue2023@tsinghua.edu.cn | 助理研究员 |
| 张凯红 | zkh@tsinghua.edu.cn | 工程师 |
| 徐刚 | gangx@tsinghua.edu.cn | 副研究员 |
| 李林艳 | lilinyan@tsinghua.edu.cn | 高级工程师 |
| 杨平岩 | yangpy@mail.tsinghua.edu.cn | 高级工程师 |
最近更新：2024-04
