يؤثر الضرر الإشعاعي لمسحوق الجرافيت تأثيرًا حاسمًا على الأداء التقني والاقتصادي للمفاعل، وخاصةً مفاعل الحصى المبرد بالغاز عالي الحرارة. آلية تهدئة النيوترونات هي التشتت المرن للنيوترونات وذرات مادة التهدئة، حيث تنتقل الطاقة التي تحملها إلى ذرات مادة التهدئة. يُعد مسحوق الجرافيت أيضًا مرشحًا واعدًا للمواد الموجهة بالبلازما لمفاعلات الاندماج النووي. يقدم المحررون التاليون من مجلة فو رويت تطبيقات مسحوق الجرافيت في الاختبارات النووية:
مع زيادة تدفق النيوترونات، ينكمش مسحوق الجرافيت أولاً، وبعد الوصول إلى قيمة صغيرة، ينخفض الانكماش ويعود إلى حجمه الأصلي، ثم يتمدد بسرعة. وللاستفادة الفعالة من النيوترونات المنبعثة من الانشطار، يجب إبطاؤها. تُحصل على الخصائص الحرارية لمسحوق الجرافيت عن طريق اختبار التشعيع، ويجب أن تكون ظروف اختبار التشعيع مماثلة لظروف التشغيل الفعلية للمفاعل. ومن التدابير الأخرى لتحسين الاستفادة من النيوترونات استخدام المواد العاكسة لعكس النيوترونات المتسربة من منطقة تفاعل الانشطار النووي. وتتمثل آلية انعكاس النيوترونات أيضًا في التشتت المرن للنيوترونات وذرات المواد العاكسة. وللتحكم في الفقد الناتج عن الشوائب إلى المستوى المسموح به، يجب أن يكون مسحوق الجرافيت المستخدم في المفاعل نقيًا نوويًا.
مسحوق الجرافيت النووي هو فرع من مواد مسحوق الجرافيت، طُوّر لتلبية احتياجات بناء مفاعلات الانشطار النووي في أوائل أربعينيات القرن العشرين. ويُستخدم كمهدئات وعاكسات ومواد هيكلية في مفاعلات الإنتاج، والمفاعلات المبردة بالغاز، والمفاعلات المبردة بالغاز عالية الحرارة. يُطلق على احتمال تفاعل النيوترون مع النواة اسم "المقطع العرضي"، ويزيد مقطع انشطار النيوترون الحراري (بمتوسط طاقة 0.025 إلكترون فولت) لليورانيوم-235 بدرجتين عن مقطع انشطار النيوترون (بمتوسط طاقة 2 إلكترون فولت). يزداد معامل المرونة والقوة ومعامل التمدد الخطي لمسحوق الجرافيت مع زيادة تدفق النيوترونات، ليصل إلى قيمة كبيرة، ثم ينخفض بسرعة. في أوائل أربعينيات القرن العشرين، كان مسحوق الجرافيت فقط متاحًا بسعر معقول قريب من هذه الدرجة من النقاء، ولهذا السبب استخدم كل مفاعل ومفاعلات الإنتاج اللاحقة مسحوق الجرافيت كمادة معتدلة، مما أدى إلى ظهور العصر النووي.
يكمن سر إنتاج مسحوق الجرافيت المتساوي الخواص في استخدام جزيئات فحم الكوك ذات خواص متماثلة جيدة: فحم الكوك المتساوي الخواص أو فحم الكوك الثانوي المتساوي الخواص الكبير المصنوع من فحم الكوك المتباين الخواص، وتُستخدم تقنية فحم الكوك الثانوي بشكل عام حاليًا. يرتبط حجم الضرر الإشعاعي بالمواد الخام لمسحوق الجرافيت، وعملية التصنيع، وسرعة تدفق النيوترونات ومعدل تدفقها، ودرجة حرارة الإشعاع، وعوامل أخرى. يجب أن يكون مكافئ البورون لمسحوق الجرافيت النووي حوالي 10-6.
وقت النشر: ١٨ مايو ٢٠٢٢