آخر المعلومات: استخدام مسحوق الجرافيت في التجارب النووية

يؤثر التلف الإشعاعي لمسحوق الجرافيت تأثيرًا حاسمًا على الأداء التقني والاقتصادي للمفاعل، لا سيما مفاعل الحصى عالي الحرارة المبرد بالغاز. وتتمثل آلية تهدئة النيوترونات في التشتت المرن للنيوترونات وذرات مادة التهدئة، حيث تنتقل الطاقة التي تحملها النيوترونات إلى ذرات مادة التهدئة. كما يُعد مسحوق الجرافيت مرشحًا واعدًا للمواد الموجهة للبلازما في مفاعلات الاندماج النووي. وفيما يلي، يقدم المحررون من فو رويت عرضًا لتطبيقات مسحوق الجرافيت في التجارب النووية:

مع ازدياد كثافة النيوترونات، ينكمش مسحوق الجرافيت أولًا، ثم يتباطأ الانكماش بعد بلوغه قيمة منخفضة، ليعود إلى حجمه الأصلي، ثم يتمدد بسرعة. وللاستفادة القصوى من النيوترونات المنبعثة من الانشطار، يجب إبطاء سرعتها. تُحدد الخصائص الحرارية لمسحوق الجرافيت عن طريق اختبار التشعيع، ويجب أن تكون ظروف هذا الاختبار مماثلة لظروف التشغيل الفعلية للمفاعل. ومن التدابير الأخرى لتحسين استخدام النيوترونات استخدام مواد عاكسة لعكس النيوترونات المتسربة من منطقة تفاعل الانشطار النووي إلى قلب المفاعل. وتعتمد آلية انعكاس النيوترونات على التشتت المرن للنيوترونات وذرات المواد العاكسة. وللتحكم في الفقد الناتج عن الشوائب ضمن الحدود المسموح بها، يجب أن يكون مسحوق الجرافيت المستخدم في المفاعل نقيًا نوويًا.

مسحوق الجرافيت النووي هو فرع من مواد مسحوق الجرافيت طُوِّر استجابةً لاحتياجات بناء مفاعلات الانشطار النووي في أوائل أربعينيات القرن العشرين. يُستخدم كمُهدِّئ، وعاكس، ومواد هيكلية في مفاعلات الإنتاج، والمفاعلات المُبرَّدة بالغاز، والمفاعلات المُبرَّدة بالغاز ذات درجة الحرارة العالية. يُطلق على احتمال تفاعل النيوترون مع النواة اسم المقطع العرضي، ويُعدّ المقطع العرضي لانشطار اليورانيوم-235 بواسطة النيوترون الحراري (بمتوسط ​​طاقة 0.025 إلكترون فولت) أعلى بدرجتين من المقطع العرضي لانشطار اليورانيوم-235 بواسطة النيوترون العادي (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 الأربعينيات من القرن العشرين، كان مسحوق الجرافيت هو المادة الوحيدة المتاحة بسعر معقول وبدرجة نقاء قريبة من هذه الدرجة، ولهذا السبب استخدم كل مفاعل والمفاعلات الإنتاجية اللاحقة مسحوق الجرافيت كمادة تهدئة، مما أدى إلى ظهور العصر النووي.

يكمن سرّ إنتاج مسحوق الجرافيت المتجانس في استخدام جزيئات فحم الكوك ذات التجانس الجيد: فحم الكوك المتجانس أو فحم الكوك الثانوي المتجانس كليًا المصنوع من فحم الكوك غير المتجانس، وتُستخدم تقنية فحم الكوك الثانوي بشكل عام في الوقت الحاضر. يرتبط حجم الضرر الإشعاعي بالمواد الخام لمسحوق الجرافيت، وعملية التصنيع، وتدفق النيوترونات السريعة ومعدل التدفق، ودرجة حرارة التشعيع، وعوامل أخرى. يجب أن يكون مكافئ البورون لمسحوق الجرافيت النووي حوالي 10⁶.