Grafiittijauheen säteilyvaurioilla on ratkaiseva vaikutus reaktorin tekniseen ja taloudelliseen suorituskykyyn, erityisesti korkean lämpötilan kaasujäähdytteisen pikkukivipetireaktorin. Neutronimoderaation mekanismi on neutronien ja moderoivan materiaalin atomien elastinen sironta, ja niiden kuljettama energia siirtyy moderoivan materiaalin atomeihin. Grafiittijauhe on myös lupaava ehdokas plasmaorientoituneiksi materiaaleiksi ydinfuusioreaktoreissa. Seuraavat Fu Ruiten toimittajat esittelevät grafiittijauheen sovelluksia ydinkokeissa:
Neutronikuormituksen kasvaessa grafiittijauhe ensin kutistuu, ja pienen arvon saavuttamisen jälkeen kutistuminen pienenee, palautuu alkuperäiseen kokoonsa ja sitten laajenee nopeasti. Jotta fissiossa vapautuvia neutroneja voitaisiin hyödyntää tehokkaasti, niitä tulisi hidastaa. Grafiittijauheen lämpöominaisuudet määritetään säteilytestillä, ja säteilytestiolosuhteiden tulisi olla samat kuin reaktorin todelliset käyttöolosuhteet. Toinen toimenpide neutronien hyödyntämisen parantamiseksi on heijastavien materiaalien käyttö heijastamaan ydinfissioreaktiovyöhykkeestä ulos vuotavia neutroneja takaisin. Neutronien heijastumisen mekanismi on myös neutronien ja heijastavien materiaalien atomien elastinen sironta. Epäpuhtauksien aiheuttaman hävikin hallitsemiseksi sallitulle tasolle reaktorissa käytettävän grafiittijauheen tulisi olla ydinpuhdasta.
Ydingrafiittijauhe on grafiittijauhemateriaalien haara, joka kehitettiin vastauksena ydinfissioreaktoreiden rakentamisen tarpeisiin 1940-luvun alussa. Sitä käytetään moderaattori-, heijastus- ja rakennemateriaalina tuotantoreaktoreissa, kaasujäähdytteisissä reaktoreissa ja korkean lämpötilan kaasujäähdytteisissä reaktoreissa. Neutronin ja ytimen reagoinnin todennäköisyyttä kutsutaan poikkileikkaukseksi, ja U-235:n lämpöneutronin (keskimääräinen energia 0,025 eV) fissiopoikkileikkaus on kaksi luokkaa suurempi kuin fissioneutronin (keskimääräinen energia 2 eV) fissiopoikkileikkaus. Grafiittijauheen kimmokerroin, lujuus ja lineaarinen laajenemiskerroin kasvavat neutronifluenssin kasvaessa, saavuttavat suuren arvon ja laskevat sitten nopeasti. 1940-luvun alussa oli saatavilla vain kohtuuhintaista ja lähellä tätä puhtausastetta olevaa grafiittijauhetta, minkä vuoksi jokainen reaktori ja sitä seuraavat tuotantoreaktorit käyttivät grafiittijauhetta moderaattorimateriaalina, mikä aloitti ydinvoima-aikakauden.
Isotrooppisen grafiittijauheen valmistuksen avain on käyttää hyvällä isotropialla varustettuja koksihiukkasia: isotrooppista koksia tai anisotrooppisesta koksista valmistettua makroisotrooppista sekundäärikoksia, ja sekundäärikoksiteknologiaa käytetään yleisesti. Säteilyvaurioiden suuruus liittyy grafiittijauheen raaka-aineisiin, valmistusprosessiin, nopeiden neutronien fluenssiin ja fluenssiasteeseen, säteilytyslämpötilaan ja muihin tekijöihin. Ydingrafiittijauheen booriekvivalentin on oltava noin 10~6.
Julkaisun aika: 18.5.2022