核電站中的反應堆壓力容器(RPV)是包含核反應堆冷卻劑、堆芯護罩和反應堆堆芯的壓力容器。

RBMK反應堆將每個燃料組件封閉在單獨的8厘米直徑管道中，而不是具有壓力容器。雖然大多數動力反應堆確實有壓力容器，但它們通常根據冷卻劑的類型而不是用于容納冷卻劑的容器的配置進行分類。分類如下：

• 輕水反應堆——包括壓水反應堆和沸水反應堆。大多數核動力反應堆都屬于這種類型。
• 石墨慢化反應堆-包括切爾諾貝利反應堆(RBMK)，與俄羅斯和世界各地的絕大多數核電站相比，它的反應堆配置非常不尋常。
• 氣冷熱反應堆——包括先進氣冷反應堆、氣冷快中子增殖反應堆和高溫氣冷反應堆。氣冷反應堆的一個例子是英國Magnox。
• 加壓重水反應堆——以某種方式利用重水，或氫同位素氘比例高于正常比例的水。但是，D2O（重水）更昂貴，可以用作主要成分，但在這種情況下不一定用作冷卻劑。重水反應堆的一個例子是加拿大的CANDU反應堆。
• 液態金屬冷卻反應堆——利用液態金屬，例如鈉或鉛鉍合金來冷卻反應堆堆芯。
• 熔鹽反應器——鹽，通常是堿金屬和堿土金屬的氟化物，用作冷卻劑。操作類似于具有高溫和低壓的金屬冷卻反應堆，與水或蒸汽冷卻設計相比，減少了施加在反應堆容器上的壓力。

在具有壓力容器的主要反應堆類別中，壓水反應堆的獨特之處在于壓力容器在運行過程中會遭受大量的中子輻照（稱為注量），因此隨著時間的推移可能會變得易碎。特別是沸水反應堆的較大壓力容器更好地屏蔽了中子通量，因此雖然由于這種額外的尺寸首先制造成本更高，但它具有不需要退火以延長其壽命的優勢。壓水反應堆容器退火以延長其使用壽命是一項復雜且高價值的技術，核服務提供商(AREVA)和壓水反應堆運營商正在積極開發。

無論具體設計如何，所有壓水反應堆壓力容器都有一些共同特征。

反應堆容器主體是xxx的部件，設計用于容納燃料組件、冷卻劑和配件，以支持冷卻劑流動和支撐結構。它通常是圓柱形的，頂部是敞開的，以便裝載燃料。

該結構連接到反應堆容器主體的頂部。它包含允許控制棒驅動機構連接到燃料組件中的控制棒的貫穿件。冷卻劑液位測量探頭也通過反應堆容器頭部進入容器。

核燃料的燃料組件通常由鈾或鈾-钚混合物組成。它通常是網格狀燃料棒的矩形塊。

保護容器內部免受從燃料組件中逸出的快中子的影響是圍繞燃料組件包裹的圓柱形護罩。反射器將中子送回燃料組件，以更好地利用燃料。主要目的是保護容器免受快中子引起的損壞，這種損壞會使容器變脆并縮短其使用壽命。

RPV在PWR反應堆的安全方面發揮著關鍵作用，所使用的材料必須能夠在高溫和高壓下容納反應堆堆芯。容器圓柱形外殼中使用的材料隨著時間的推移而發展，但通常它們由低合金鐵素體鋼組成，并覆有3-10毫米的奧氏體不銹鋼。不銹鋼覆層主要用于與冷卻劑接觸的位置，以盡量減少腐蝕。到1960年中期，SA-302，B級，一種鉬鎂板鋼，被用于船體。由于改變設計需要更大的壓力容器，因此需要在該合金中添加大約0.4-0.7wt%的鎳以提高屈服強度。其他常見的鋼合金包括SA-533GradeBClass1和SA-508Class2。這兩種材料的主要合金元素是鎳、錳、鉬和硅，但后者還包括0.25-0.45wt%的鉻。參考文獻中列出的所有合金也含有>0.04wt%的硫。低合金NiMoMn鐵素體鋼因其高導熱性和低熱膨脹特性而具有吸引力，這些特性使其能夠抵抗熱沖擊。然而，在考慮這些鋼的特性時，必須考慮到它對輻射損傷的反應。由于惡劣的條件，RPV汽缸殼材料通常是限制核反應堆壽命的部件。除了物理和機械性能外，了解輻射對微觀結構的影響將使科學家能夠設計出更能抵抗輻射損傷的合金。2018年，Rosatom宣布已開發出一種用于RPV的熱退火技術，可改善輻射損傷并將使用壽命延長15至30年。這已在巴拉科沃核電站的1號機組上得到證明。

由于核能發電的性質，RPV中使用的材料不斷受到高能粒子的轟擊。這些粒子可以是中子，也可以是裂變事件產生的原子碎片。當其中一個粒子與材料中的原子碰撞時，它會轉移一些動能并將原子從晶格中的位置撞出。當這種情況發生時，這個被取代的初級敲擊原子（PKA）和高能粒子可能會反彈并與晶格中的其他原子發生碰撞。這會產生連鎖反應，導致許多原子從原來的位置移位。這種原子運動導致產生許多類型的缺陷。各種缺陷的累積會導致微觀結構變化，從而導致宏觀性能下降。如前所述，由PKA引起的連鎖反應通常會在邊緣留下一連串的空位和缺陷簇。這稱為位移級聯。位移級聯的空位豐富的核心也可以坍縮成位錯環。由于輻照，材料往往會產生比典型鋼中更高濃度的缺陷，并且高溫操作會導致缺陷遷移。這可能會導致間隙和空位的重組以及類似缺陷的聚集，這可能會產生或溶解沉淀物或空隙。下陷或缺陷遷移到的熱力學有利位置的示例是晶界、空隙、

缺陷和合金元素之間的相互作用會導致原子在晶界等匯點重新分布。可能發生的物理效應是某些元素會在這些區域中富集或貧化，這通常會導致晶界脆化或其他有害的性能變化。這是因為空位流向匯，而原子流向匯或遠離匯，可能具有不同的擴散系數。不均勻的擴散速率導致原子濃度不一定在正確的合金比例中。據報道，鎳、銅和硅傾向于在匯處富集，而鉻傾向于耗盡。由此產生的物理效應正在改變晶界或空隙/非共格沉淀物周圍的化學成分，

由于空位的聚集而形成空隙，并且通常在較高溫度下更容易形成。氣泡只是充滿氣體的空隙。如果存在嬗變反應，它們就會發生，這意味著由于中子轟擊引起的原子分解而形成氣體。空隙和氣泡的xxx問題是尺寸不穩定性。一個非常成問題的例子是具有嚴格尺寸公差的區域，例如緊固件上的螺紋。

諸如空隙或氣泡、沉淀物、位錯環或線以及缺陷簇等缺陷的產生可以增強材料，因為它們阻礙了位錯運動。位錯的運動是導致塑性變形的原因。雖然這會使材料變硬，但缺點是會降低延展性。RPV中失去延展性或增加脆性是危險的，因為它可能在沒有警告的情況下導致災難性故障。當延性材料失效時，在失效前會出現明顯的變形，可以對其進行監測。脆性材料在壓力下會破裂并爆炸，而沒有太多的事先變形，因此工程師無法檢測材料何時會失效。鋼中可能導致硬化或脆化的一種特別有害的元素是銅。富銅沉淀物非常小（1-3nm），因此它們可有效釘扎位錯。已經認識到銅是用于RPV的鋼中的主要有害元素，特別是如果雜質水平大于0.1wt%。因此，開發清潔鋼或雜質含量極低的鋼對于減少輻射引起的硬化很重要。

當材料承受低于其屈服應力的應力水平時，會發生蠕變，隨著時間的推移會導致塑性變形。當材料在高溫下暴露于高應力時，這種情況尤其普遍，因為擴散和位錯運動發生得更快。由于應力和微觀結構發展之間的相互作用，輻照會引起蠕變。在這種情況下，由于高溫引起的擴散率增加并不是引起蠕變的非常重要的因素。由于在因輻射損傷而形成的缺陷周圍會產生位錯環，因此材料的尺寸可能會在施加應力的方向上增加。此外，施加的應力可以使間隙更容易被位錯吸收，這有助于位錯攀爬。

由于晶界的脆化或其他可以作為裂紋引發劑的缺陷，在裂紋處添加輻射攻擊會導致晶間應力腐蝕開裂。由于輻射而形成的主要環境壓力源是裂紋尖端的氫脆。當輻射將水分子（由于水是PWR中的冷卻劑而存在）分解為OH-和H+時，會產生氫離子。有幾種可能的機制可以解釋氫脆，其中三種是脫聚機制、壓力理論和氫攻擊方法。在去內聚機制中，人們認為氫離子的積累會降低金屬與金屬的結合強度，這使得原子更容易分裂。壓力理論是氫可以作為氣體在內部缺陷處沉淀并在材料內產生氣泡的想法。除了施加的應力外，由膨脹氣泡引起的應力降低了材料斷裂所需的總應力。氫攻擊法類似于壓力理論，但在這種情況下，懷疑氫與鋼中的碳反應形成甲烷，然后在表面形成水泡和氣泡。在這種情況下，鋼的脫碳增強了氣泡帶來的附加應力，從而削弱了金屬。除了氫脆之外，輻射誘發的蠕變還會導致晶界相互滑動。這進一步使晶界不穩定，使裂紋更容易沿其長度擴展。

非常惡劣的環境需要新的材料方法來對抗機械性能隨時間的下降。研究人員試圖使用的一種方法是引入特征來穩定置換的原子。這可以通過添加晶界、超大溶質或小的氧化物分散劑來實現，以盡量減少缺陷移動。通過這樣做，輻射引起的元素偏析會減少，這反過來會導致晶界更具延展性和晶間應力腐蝕開裂更少。阻止位錯和缺陷移動也將有助于增加對輻射輔助蠕變的抵抗力。據報道，嘗試使用氧化釔來阻止位錯運動，但發現技術實施帶來了比預期更大的挑戰。