Il danno da radiazione della polvere di grafite ha un effetto decisivo sulle prestazioni tecniche ed economiche del reattore, in particolare del reattore a letto di sfere raffreddato a gas ad alta temperatura. Il meccanismo di moderazione dei neutroni si basa sulla diffusione elastica dei neutroni con gli atomi del materiale moderatore, e l'energia trasportata viene trasferita agli atomi del materiale moderatore. La polvere di grafite è anche un candidato promettente come materiale orientato al plasma per i reattori a fusione nucleare. Di seguito, un articolo di Fu Ruite illustra l'applicazione della polvere di grafite nei test nucleari:
Con l'aumento della fluenza neutronica, la polvere di grafite inizialmente si contrae, poi, dopo aver raggiunto un valore minimo, la contrazione diminuisce, ritorna alle dimensioni originali e infine si espande rapidamente. Per utilizzare efficacemente i neutroni rilasciati dalla fissione, è necessario rallentarli. Le proprietà termiche della polvere di grafite si ottengono tramite test di irraggiamento, le cui condizioni devono essere identiche alle effettive condizioni operative del reattore. Un'altra misura per migliorare l'utilizzo dei neutroni consiste nell'impiegare materiali riflettenti per riflettere i neutroni che fuoriescono dalla zona di reazione di fissione nucleare verso il nocciolo. Il meccanismo di riflessione dei neutroni si basa sulla diffusione elastica dei neutroni e degli atomi dei materiali riflettenti. Per mantenere le perdite dovute alle impurità entro i limiti consentiti, la polvere di grafite utilizzata nel reattore deve essere di purezza nucleare.
La polvere di grafite nucleare è una branca dei materiali a base di polvere di grafite sviluppata in risposta alle esigenze di costruzione dei reattori a fissione nucleare all'inizio degli anni '40. Viene utilizzata come moderatore, riflettore e materiale strutturale nei reattori di produzione, nei reattori a gas e nei reattori a gas ad alta temperatura. La probabilità che un neutrone reagisca con il nucleo è chiamata sezione d'urto, e la sezione d'urto di fissione da neutroni termici (energia media di 0,025 eV) dell'U-235 è di due ordini di grandezza superiore alla sezione d'urto di fissione da neutroni di fissione (energia media di 2 eV). Il modulo elastico, la resistenza e il coefficiente di dilatazione lineare della polvere di grafite aumentano con l'aumento della fluenza neutronica, raggiungono un valore elevato e poi diminuiscono rapidamente. All'inizio degli anni '40, l'unica polvere di grafite disponibile a un prezzo accessibile con un grado di purezza simile era la polvere di grafite, motivo per cui tutti i reattori, compresi quelli di produzione successivi, utilizzavano la polvere di grafite come materiale moderatore, inaugurando l'era nucleare.
La chiave per produrre polvere di grafite isotropica è utilizzare particelle di coke con una buona isotropia: coke isotropico o coke secondario macro-isotropico ottenuto da coke anisotropico, e la tecnologia del coke secondario è attualmente quella generalmente utilizzata. L'entità del danno da radiazione è correlata alle materie prime della polvere di grafite, al processo di produzione, alla fluenza e al tasso di fluenza dei neutroni veloci, alla temperatura di irraggiamento e ad altri fattori. L'equivalente di boro della polvere di grafite nucleare deve essere intorno a 10⁻⁶.
Data di pubblicazione: 18 maggio 2022