核石墨,指用于核反响堆的炭石墨材料,也称核反响堆石墨。主如果原子反响堆用中子放慢剂、反射剂、临盆同位素用的热柱石墨、高温气冷堆用的球状石墨和块状石墨等。
核石墨材料在核反响堆中,做为中子放慢材料和反射材料被普遍运用,还可用做核燃料套或核燃料被覆材料。再有研讨用石墨与碳化硅材料用做核聚变反响堆的炉壁材料,然则如核石墨品质不高也简单激发核事变。在核反响堆运用中,用量至多约是放慢材料和反射材料。文件显示,在自然铀石墨放慢的卡尔德一霍尔型核反响堆中,每10MW电功率约莫须要数百吨石墨,此中放慢材料约占2/3,反射材料约占1/3。
用于核反响堆的炭素材料,按材料分有石墨类、炭质类、热解石墨和各向同性石墨、含硼石墨等。按用处分有放慢材料(慢化剂)、反射材料、包壳、熔炼铀盐坩埚等。
1、做为放慢材料请求:
放慢材料在核反响堆内U等核分割物资在分割时,放出的中子速率秒速约3万km(能量均匀约为2MeV),很难掷华夏子核,于是为升高核分割的概率,持续保持连锁反响,则务必缓解中子速率,使之变成秒速m的低速中子即所谓迷恋子(能量约为0.ev)。放慢材料的用处便是把这类高速中子缓解成慢中子。放慢材料基天本能请求以下:
2、做为反射材料请求:
反射材料的用处是把逃离反响堆的中子反射归来并归还堆芯,以避让中子的走漏。对反射材料的核特点请求,虽不刻薄,但大致上与放慢材料相当。反射材料品质请求以下:
3、防辐射材料请求:
如在石墨中参加适当的硼,可制取优秀的防喷射性辐射线的材料,也可做反射材料。含硼石墨首要本能以下:
4、高温气冷堆请求:
高温气冷堆用石墨高温气冷核反响堆的堆芯热容量大,效率高又平安牢靠,并能供给高温热运用的先进反响堆型。高温气冷核反响堆一回路出口温度可达℃,它可满意热电联供、稠油热采、煤的气化液化以及其余方面临洪量高温工艺热的须要,是迄今国际上公认的唯独能供给高温工艺热的多用处核动力。高温气冷核反响堆用石墨材料有装燃料的石墨球及反响堆内侧绝热炭砖。
(1)石墨球。寻常尺寸外径60mm,内径50mm,空腹球的外层以丙烯之类炭氢化合物为主料施行热解涂层,体积密度抵达1./cm3成为精细层。石墨球的品质请求以下:
(2)反响堆内侧用绝热炭砖(或石墨砖)。其本能是避让堆芯热量向外壳散布,升高堆芯热效率。为低沉外壳处的喷射性强度,寻常采取含硼的炭素材料,首要本能以下:
核石墨临盆根基上是在平常人工石墨临盆工艺根基上开展起来的。核石墨临盆有4个首要题目,即高纯度、高密度、各向异性和机器加工。
(1)高纯度。核石墨放慢剂的纯度是最被看重的特点之一。首先采用纯度高、杂质含量少的火油焦和煤沥青做材料。材料杂质中硼含量要低,因1×10的硼含量相当于增多lmb的截面,高温石墨化大大都金属杂质在~℃蒸发,而硼高于℃亦难裁撤,因硼与碳造成B4C3。对材估中硼含量请求极端严厉,除材料外表临盆中前后经10多道工序裁减外来的杂质和正当工艺轨制也是格外紧要的。
(2)高密度。核石墨应有较高的密度,寻常管束在1.79/cm左右,根基上能满意石墨堆运转请求,石墨的体积密度示意慢化剂的灵验慢化率,密度低沉则单元体积内的原子数裁减,慢化率也就低沉。
(3)各向异性小。石墨用于核反响堆时,由于温度高涨造成热膨胀和辐照引发的维格纳(Wigner)成长。这类局势在笔直于挤压方位体现甚大,而平行于挤压方位体现较小,则石墨块不能按原始形态一样比例膨胀。因此石墨这类各向异性膨胀在由很多石墨块堆集而成的慢化层的构造是不能无视的。石墨各向异性主如果由于石墨晶体构造具备非常的各向异性性质而至。另一方面在挤压成型时焦炭颗粒的罗列对成品的各向异性也具备决议性的影响,是以要在成型流程中采用举措裁减各向异性度。
(4)机器加工。石墨放慢层和反射层是由经历精加工的块状堆砌而成的。石墨砌体中有供燃料棒、管束棒、仪器和实验用的各式孔道,这些孔道均有精确的尺寸,其余总共的石墨块砌体能避让中子流和冷却气体的走漏。为此核石墨加工比任何石墨成品加工请求有更高的精湛度。本质上请求精度在几丝以内。为保证产物加工精度设有专用高精度加工机床。
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