慢化剂，又称中子减速剂。为使核裂变反应得以有效地进行，一种被加入反应堆内来减慢中子运动速度的物质。常见的慢化剂有轻水、重水、石墨、金属氢化物等。对于空间核动力而言，工作温度高且要求慢化剂体积尽可能小，因此水、石墨等慢化剂就不再适用，常选用金属氢化物作为空间核反应堆的慢化剂材料。目前，在已建成和正在研制的空间核反应堆电源中，氢化锆和氢化钇成为理想的慢化剂材料。在这篇综述中，就围绕氢化锆和氢化钇的选用、存在问题、主要性能的研究现状以及国内外的应用情况进行了详实介绍。

1、材料的选用这篇文章中，首先对包括水、石墨、金属氢化物在内的几种慢化剂材料的主要性能指标进行了对比。根据氢浓度尽可能高、中子吸收截面尽可能小、慢化能力尽可能强、体积尽可能小的原则，筛选出最为合适的两种材料——氢化锆和氢化钇。

表1慢化剂材料性能对

2、主要问题梳理这两种金属氢化物在应用以及制备的过程中，主要问题是氢损失以及氢致裂。氢损失的过程如图1所示，根据氢损失的过程原理，总结了两种主要的阻止氢损失的方法——提高氢化物热稳定性以及制备阻氢涂层；而相较于氢损失，氢致裂的原理更为复杂，但根据国内外的研究报道，抑制氢致裂的主要手段则较为统一，均是以减缓吸氢速率为主。

图1金属氢化物的脱氢过程示意图

2、性能研究总结材料的应用离不开对基础性能的研究，没有基础性能研究就对材料进行应用的行为都是耍流氓。在该综述的第三章，对国内外氢化锆及氢化钇基础性能研究的数据进行了详实的总结，具体包括氢化锆和氢化钇的：二元相图的研究现状总结、晶格结构与晶格参数变化规律总结、热扩散系数与氢含量的关系曲线、热导率与氢含量的关系曲线。在此就不对具体数据进行赘述，感兴趣的小伙伴可以至原文查阅。但在该章节的最后，综述作者提出一个有趣的发现：从图2中可以看出，氢化钇的热导率及热扩散系数随着温度的升高，呈下降趋势且均高于纯金属，这与氢化锆、氢化钛及氢化铪等金属氢化物的变化规律均相反。关于这一现象的原因还没有具体解释，但这并不影响对氢化锆及氢化钇的应用。

图2氢化锆及氢化钇热导率及热扩散系数随温度的变化规律

4、应用情况该综述的第四章，总结了氢化锆及氢化钇作为空间核反应堆慢化剂材料的应用及设计情况。20世纪60年代以来，前苏联进行了TOPAZ系列的空间核反应堆电源的研究，TOPAZ-I及TOPAZ-II均采用蜂窝形的块状氢化锆作为慢化剂材料，TOPAZ-II的堆芯结构示意图如图3所示，圆饼状的ZrH1.85中有37个孔洞，用来插燃料元件（TFE），外围的12个圆柱为控制鼓及安全鼓。在TOPAZ-II的六次地面试验中，最长持续时间有14000h（583天），其中3次试验由于燃料元件问题中止，两次实验由于NaK冷却剂泄露中止，一次因为慢化剂ZrH1.85氢损失而中止。除了前苏联外，法国的ERATO计划中，也采用了氢化锆（ZrH1.7）慢化剂的设计。

表2 TOPAZ-II系列试验情况

与氢化锆相比，氢化钇的主要优点在于有更低的高温分解压，适用于大功率长寿命堆型，但氢化钇做高温反应堆慢化剂仍处在技术论证阶段，还缺乏实用经验。1991年，美国在SPACE-R型空间核反应堆中，就采用了氢化钇（YH1.8）慢化剂的设计，设计寿命为10年，远高于氢化锆慢化剂的堆型。值得注意的是，在美国橡树岭实验室（ORNL）2020年的研究报道中发现，ORNL完成了各种形状的氢化钇的制备，其应用目标就直指空间核反应堆！

图3 TOPAZ-II的堆芯结构示意图

结语：近年来，世界各国对空间核动力的研究再次进入蓬勃发展阶段，许多材料的应用与研发需要得到更多材料人的关注，正如《空间核动力》一书的结语中提到的一样：“正是，春秋有序，人民不亏时彦；宇宙无极，伟业尚待后贤。”（文：王顺利）

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