Die Strahlenschäden von Graphitpulver haben einen entscheidenden Einfluss auf die technische und wirtschaftliche Leistungsfähigkeit von Reaktoren, insbesondere von gasgekühlten Kugelhaufenreaktoren. Der Mechanismus der Neutronenmoderation beruht auf der elastischen Streuung von Neutronen an den Atomen des Moderatormaterials, wobei die von ihnen getragene Energie auf die Atome des Moderatormaterials übertragen wird. Graphitpulver ist zudem ein vielversprechender Kandidat für plasmaorientierte Materialien in Kernfusionsreaktoren. Die folgenden Beiträge von Fu Ruite stellen die Anwendung von Graphitpulver bei Atomtests vor:
Mit zunehmender Neutronenfluenz schrumpft das Graphitpulver zunächst. Nach Erreichen eines geringen Wertes nimmt die Schrumpfung wieder ab, nimmt wieder die ursprüngliche Größe an und dehnt sich dann schnell aus. Um die bei der Kernspaltung freigesetzten Neutronen effektiv zu nutzen, müssen sie verlangsamt werden. Die thermischen Eigenschaften des Graphitpulvers werden durch Bestrahlungstests ermittelt, und die Bestrahlungsbedingungen sollten den tatsächlichen Betriebsbedingungen des Reaktors entsprechen. Eine weitere Maßnahme zur Verbesserung der Neutronennutzung ist die Verwendung reflektierender Materialien, um die aus der Kernspaltungsreaktionszone austretenden Neutronen zurückzuwerfen. Der Mechanismus der Neutronenreflexion ist auch die elastische Streuung von Neutronen und Atomen reflektierender Materialien. Um den Verlust durch Verunreinigungen auf ein zulässiges Maß zu begrenzen, sollte das im Reaktor verwendete Graphitpulver kernrein sein.
Kerngraphitpulver ist ein Zweig der Graphitpulvermaterialien, der Anfang der 1940er Jahre als Reaktion auf die Anforderungen beim Bau von Kernspaltungsreaktoren entwickelt wurde. Es wird als Moderator-, Reflexions- und Strukturmaterial in Produktionsreaktoren, gasgekühlten Reaktoren und gasgekühlten Hochtemperaturreaktoren verwendet. Die Wahrscheinlichkeit, mit der ein Neutron mit dem Kern reagiert, wird als Wirkungsquerschnitt bezeichnet, und der Wirkungsquerschnitt thermischer Neutronen (durchschnittliche Energie von 0,025 eV) von U-235 ist zwei Grade höher als der Wirkungsquerschnitt von Spaltneutronen (durchschnittliche Energie von 2 eV). Elastizitätsmodul, Festigkeit und linearer Ausdehnungskoeffizient von Graphitpulver steigen mit zunehmender Neutronenfluenz an, erreichen einen hohen Wert und fallen dann schnell wieder ab. In den frühen 1940er Jahren war nur Graphitpulver zu einem erschwinglichen Preis mit annähernd dieser Reinheit erhältlich. Deshalb wurde in jedem Reaktor und in nachfolgenden Produktionsreaktoren Graphitpulver als Moderatormaterial verwendet, was den Beginn des Atomzeitalters einläutete.
Der Schlüssel zur Herstellung von isotropem Graphitpulver liegt in der Verwendung von Kokspartikeln mit guter Isotropie: isotroper Koks oder makroisotroper Sekundärkoks aus anisotropem Koks. Die Sekundärkokstechnologie wird derzeit allgemein eingesetzt. Das Ausmaß der Strahlenschäden hängt von den Rohstoffen des Graphitpulvers, dem Herstellungsverfahren, der Fluenz und Fluenzrate schneller Neutronen, der Bestrahlungstemperatur und weiteren Faktoren ab. Das Boräquivalent von Kerngraphitpulver muss etwa 10~6 betragen.
Veröffentlichungszeit: 18. Mai 2022