El daño por radiación del polvo de grafito tiene un efecto decisivo en el rendimiento técnico y económico del reactor, especialmente en el reactor de lecho de guijarros de alta temperatura refrigerado por gas. El mecanismo de moderación de neutrones consiste en la dispersión elástica de neutrones con los átomos del material moderador, y la energía que transportan se transfiere a dichos átomos. El polvo de grafito también es un candidato prometedor para materiales orientados al plasma en reactores de fusión nuclear. A continuación, los editores de Fu Ruite presentan la aplicación del polvo de grafito en ensayos nucleares:
Con el aumento de la fluencia de neutrones, el polvo de grafito primero se contrae, y tras alcanzar un valor pequeño, la contracción disminuye, vuelve a su tamaño original y luego se expande rápidamente. Para aprovechar eficazmente los neutrones liberados por la fisión, estos deben ralentizarse. Las propiedades térmicas del polvo de grafito se obtienen mediante una prueba de irradiación, y las condiciones de dicha prueba deben ser las mismas que las condiciones de funcionamiento reales del reactor. Otra medida para mejorar el aprovechamiento de los neutrones es el uso de materiales reflectantes para reflejar los neutrones que escapan de la zona de reacción de fisión nuclear hacia el núcleo. El mecanismo de reflexión de neutrones también se basa en la dispersión elástica de neutrones y átomos de los materiales reflectantes. Para controlar las pérdidas causadas por impurezas y mantenerlas dentro de los límites permitidos, el polvo de grafito utilizado en el reactor debe ser de pureza nuclear.
El polvo de grafito nuclear es una rama de los materiales de polvo de grafito desarrollada en respuesta a las necesidades de la construcción de reactores de fisión nuclear a principios de la década de 1940. Se utiliza como moderador, reflector y material estructural en reactores de producción, reactores refrigerados por gas y reactores refrigerados por gas de alta temperatura. La probabilidad de que un neutrón reaccione con el núcleo se denomina sección transversal, y la sección transversal de fisión de neutrones térmicos (energía media de 0,025 eV) del U-235 es dos grados superior a la sección transversal de fisión de neutrones de fisión (energía media de 2 eV). El módulo de elasticidad, la resistencia y el coeficiente de expansión lineal del polvo de grafito aumentan con el incremento de la fluencia de neutrones, alcanzan un valor elevado y luego disminuyen rápidamente. A principios de la década de 1940, solo se disponía de polvo de grafito a un precio asequible con una pureza cercana a este valor, razón por la cual todos los reactores, incluidos los reactores de producción posteriores, utilizaron polvo de grafito como material moderador, dando paso a la era nuclear.
La clave para fabricar polvo de grafito isotrópico reside en el uso de partículas de coque con buena isotropía: coque isotrópico o coque secundario macroisotrópico derivado de coque anisotrópico. Actualmente, se suele emplear la tecnología de coque secundario. La magnitud del daño por radiación depende de las materias primas del polvo de grafito, el proceso de fabricación, la fluencia y la tasa de fluencia de neutrones rápidos, la temperatura de irradiación y otros factores. Se requiere que el equivalente de boro del polvo de grafito nuclear sea de aproximadamente 10⁻⁶.
Fecha de publicación: 18 de mayo de 2022