Les dommages causés par les radiations à la poudre de graphite ont un impact déterminant sur les performances techniques et économiques du réacteur, en particulier celles du réacteur à lit de boulets refroidi au gaz à haute température. Le mécanisme de modération neutronique repose sur la diffusion élastique des neutrons et des atomes du matériau modérateur, et l'énergie qu'ils véhiculent est transférée aux atomes du matériau modérateur. La poudre de graphite est également un candidat prometteur pour les matériaux orientés plasma destinés aux réacteurs à fusion nucléaire. Les rédacteurs suivants de Fu Ruite présentent l'application de la poudre de graphite aux essais nucléaires :
Avec l'augmentation de la fluence neutronique, la poudre de graphite commence par se rétracter. Après avoir atteint une faible valeur, ce rétrécissement diminue, puis revient à sa taille initiale, puis se dilate rapidement. Pour une utilisation optimale des neutrons libérés par la fission, il est nécessaire de les ralentir. Les propriétés thermiques de la poudre de graphite sont déterminées par essai d'irradiation, et les conditions d'essai doivent être identiques à celles du fonctionnement réel du réacteur. Une autre mesure visant à améliorer l'utilisation des neutrons consiste à utiliser des matériaux réfléchissants pour réfléchir les neutrons s'échappant du cœur de la zone de réaction de fission nucléaire. Le mécanisme de réflexion des neutrons repose également sur la diffusion élastique des neutrons et des atomes des matériaux réfléchissants. Afin de limiter les pertes dues aux impuretés à un niveau acceptable, la poudre de graphite utilisée dans le réacteur doit être de pureté nucléaire.
La poudre de graphite nucléaire est une famille de matériaux à base de poudre de graphite développée pour répondre aux besoins de la construction de réacteurs à fission nucléaire au début des années 1940. Elle est utilisée comme modérateur, matériau de réflexion et matériau de structure dans les réacteurs de production, les réacteurs refroidis au gaz et les réacteurs refroidis au gaz à haute température. La probabilité de réaction du neutron avec le noyau est appelée section efficace, et la section efficace de fission du neutron thermique (énergie moyenne de 0,025 eV) de l'U-235 est supérieure de deux degrés à celle du neutron de fission (énergie moyenne de 2 eV). Le module d'élasticité, la résistance et le coefficient de dilatation linéaire de la poudre de graphite augmentent avec l'augmentation de la fluence neutronique, atteignent une valeur élevée, puis diminuent rapidement. Au début des années 1940, seule la poudre de graphite était disponible à un prix abordable, proche de cette pureté. C'est pourquoi tous les réacteurs, et les réacteurs de production ultérieurs, ont utilisé la poudre de graphite comme matériau modérateur, marquant ainsi l'avènement de l'ère nucléaire.
La clé de la fabrication de poudre de graphite isotrope réside dans l'utilisation de particules de coke présentant une bonne isotropie : le coke isotrope ou coke secondaire macro-isotrope est issu de coke anisotrope. La technologie du coke secondaire est actuellement généralement utilisée. L'ampleur des dommages causés par les radiations dépend des matières premières utilisées pour la poudre de graphite, du procédé de fabrication, de la fluence et du débit de fluence des neutrons rapides, de la température d'irradiation et d'autres facteurs. L'équivalent bore de la poudre de graphite nucléaire doit être d'environ 10~6.
Date de publication : 18 mai 2022