最新情報：核実験における黒鉛粉末の応用

黒鉛粉末の放射線損傷は、原子炉、特にペブルベッド型高温ガス冷却炉の技術的・経済的性能に決定的な影響を及ぼします。中性子減速のメカニズムは、中性子と減速材原子の弾性散乱であり、中性子が運ぶエネルギーが減速材原子に伝達されます。黒鉛粉末は、核融合炉のプラズマ指向材料としても有望な候補です。傅瑞特の編集者は、核実験における黒鉛粉末の応用について以下のように紹介しています。

中性子フルエンスが増加すると、黒鉛粉末はまず収縮し、小さな値に達した後、収縮率は減少し、元の大きさに戻り、その後急速に膨張します。核分裂によって放出された中性子を有効に利用するために、その速度を遅くする必要があります。黒鉛粉末の熱特性は照射試験によって得られ、照射試験条件は原子炉の実際の動作条件と同じである必要があります。中性子の利用率を向上させるもう1つの方法は、核分裂反応ゾーンコアから漏れ出る中性子を反射材料を使用して反射することです。中性子反射のメカニズムも、中性子と反射材料の原子の弾性散乱です。不純物による損失を許容レベルに抑えるために、原子炉で使用する黒鉛粉末は核純粋である必要があります。

原子炉用黒鉛粉末は、1940年代初頭に原子核分裂炉建設のニーズに応えて開発された黒鉛粉末材料の一種で、生産炉、ガス冷却炉、高温ガス冷却炉などの減速材、反射材、構造材として使用されています。中性子が原子核と反応する確率を断面積と呼び、U-235の熱中性子（平均エネルギー0.025eV）の核分裂断面積は、核分裂中性子（平均エネルギー2eV）の核分裂断面積よりも2段階高くなります。黒鉛粉末の弾性率、強度、線膨張係数は、中性子フルエンスの増加に伴って増加し、大きな値に達した後、急激に減少します。 1940 年代初頭、この純度に近い手頃な価格で入手できるのはグラファイト粉末だけだったため、すべての原子炉とその後の生産原子炉では減速材としてグラファイト粉末が使用され、核時代の到来を告げました。

等方性黒鉛粉末を製造するための鍵は、等方性に優れたコークス粒子を使用することです。等方性コークス、または異方性コークスを原料とするマクロ等方性二次コークスが用いられ、現在は二次コークス技術が一般的に使用されています。放射線損傷の大きさは、黒鉛粉末の原料、製造プロセス、高速中性子の照射量と照射率、照射温度などの要因に関係しています。原子炉用黒鉛粉末のホウ素当量は10⁻⁴程度である必要があります。