De stralingsschade aan grafietpoeder heeft een doorslaggevend effect op de technische en economische prestaties van de reactor, met name de hogetemperatuur-gasgekoelde kogelbedreactor. Het mechanisme van neutronenmoderatie berust op de elastische verstrooiing van neutronen door de atomen van het modererende materiaal, waarbij de energie die ze dragen wordt overgedragen aan de atomen van het modererende materiaal. Grafietpoeder is daarom een veelbelovend materiaal voor plasma-georiënteerde kernfusiereactoren. Hieronder beschrijven redacteuren van Fu Ruite de toepassing van grafietpoeder bij kernproeven:
Bij een toenemende neutronenflux krimpt het grafietpoeder eerst. Nadat een kleine waarde is bereikt, neemt de krimp af, keert het terug naar de oorspronkelijke grootte en zet het vervolgens snel uit. Om de bij splijting vrijgekomen neutronen effectief te benutten, moeten ze worden afgeremd. De thermische eigenschappen van grafietpoeder worden bepaald door bestralingstesten, waarbij de omstandigheden van de bestralingstest gelijk moeten zijn aan de werkelijke bedrijfsomstandigheden van de reactor. Een andere maatregel om de benutting van neutronen te verbeteren, is het gebruik van reflecterende materialen om de neutronen die uit de kernsplijtingsreactiezone ontsnappen terug te kaatsen. Het mechanisme van neutronenreflectie is eveneens de elastische verstrooiing van neutronen en atomen van reflecterende materialen. Om het verlies door onzuiverheden binnen de toelaatbare grenzen te houden, moet het in de reactor gebruikte grafietpoeder nucleair zuiver zijn.
Nucleair grafietpoeder is een variant van grafietpoedermaterialen die ontwikkeld zijn als reactie op de behoeften van de bouw van kernsplijtingsreactoren in de vroege jaren 1940. Het wordt gebruikt als moderator, reflectiemateriaal en constructiemateriaal in productiereactoren, gasgekoelde reactoren en hogetemperatuur-gasgekoelde reactoren. De kans dat een neutron reageert met de kern wordt de doorsnede genoemd, en de splijtingsdoorsnede van U-235 met thermische neutronen (gemiddelde energie van 0,025 eV) is twee graden hoger dan die met splijtingsneutronen (gemiddelde energie van 2 eV). De elasticiteitsmodulus, sterkte en lineaire uitzettingscoëfficiënt van grafietpoeder nemen toe met de toename van de neutronenflux, bereiken een hoge waarde en nemen vervolgens snel af. In de vroege jaren 1940 was grafietpoeder het enige materiaal met een vergelijkbare zuiverheid dat tegen een betaalbare prijs verkrijgbaar was. Daarom werd in elke reactor en latere productiereactoren grafietpoeder als moderatormateriaal gebruikt, waarmee het kerntijdperk aanbrak.
De sleutel tot het maken van isotroop grafietpoeder ligt in het gebruik van cokesdeeltjes met een goede isotropie: isotrope cokes of macro-isotrope secundaire cokes gemaakt van anisotrope cokes. Secundaire cokestechnologie wordt momenteel algemeen gebruikt. De omvang van de stralingsschade hangt samen met de grondstoffen van het grafietpoeder, het productieproces, de snelle neutronenflux en -fluxsnelheid, de bestralingstemperatuur en andere factoren. Het boorequivalent van nucleair grafietpoeder moet rond de 10⁶ liggen.
Geplaatst op: 18 mei 2022