Grafit tozunun radyasyon hasarı, özellikle çakıl yataklı yüksek sıcaklık gaz soğutmalı reaktörlerde, reaktörün teknik ve ekonomik performansını belirleyici bir şekilde etkiler. Nötron yavaşlatma mekanizması, nötronların ve yavaşlatma malzemesinin atomlarının elastik saçılmasıdır ve taşıdıkları enerji, yavaşlatma malzemesinin atomlarına aktarılır. Grafit tozu ayrıca nükleer füzyon reaktörleri için plazma odaklı malzemeler için de umut vadeden bir adaydır. Fu Ruite'den editörler, grafit tozunun nükleer testlerdeki uygulamalarını şu şekilde tanıtıyor:
Nötron akısının artmasıyla birlikte, grafit tozu önce büzülür ve küçük bir değere ulaştıktan sonra büzülme azalır, orijinal boyutuna geri döner ve ardından hızla genişler. Fisyon sonucu açığa çıkan nötronlardan etkin bir şekilde yararlanmak için, bunların yavaşlatılması gerekir. Grafit tozunun termal özellikleri ışınlama testi ile elde edilir ve ışınlama testi koşulları, reaktörün gerçek çalışma koşullarıyla aynı olmalıdır. Nötronların kullanımını iyileştirmenin bir diğer yolu da, nükleer fisyon reaksiyon bölgesi-çekirdeğinden sızan nötronları geri yansıtmak için yansıtıcı malzemeler kullanmaktır. Nötron yansıtma mekanizması da nötronların ve yansıtıcı malzemelerin atomlarının elastik saçılmasıdır. Safsızlıklardan kaynaklanan kayıpları izin verilen seviyede tutmak için, reaktörde kullanılan grafit tozu nükleer olarak saf olmalıdır.
Nükleer grafit tozu, 1940'ların başlarında nükleer fisyon reaktörlerinin inşası ihtiyaçlarına yanıt olarak geliştirilen bir grafit tozu malzeme dalıdır. Üretim reaktörlerinde, gaz soğutmalı reaktörlerde ve yüksek sıcaklıklı gaz soğutmalı reaktörlerde moderatör, yansıtıcı ve yapısal malzeme olarak kullanılır. Nötronun çekirdekle reaksiyona girme olasılığına kesit alanı denir ve U-235'in termal nötron (ortalama enerji 0,025 eV) fisyon kesit alanı, fisyon nötron (ortalama enerji 2 eV) fisyon kesit alanından iki kat daha yüksektir. Grafit tozunun elastik modülü, mukavemeti ve doğrusal genleşme katsayısı, nötron akısının artmasıyla artar, büyük bir değere ulaşır ve ardından hızla azalır. 1940'ların başlarında, bu saflığa yakın uygun fiyatlı tek grafit tozu mevcuttu; bu nedenle her reaktör ve sonraki üretim reaktörleri, grafit tozunu moderatör malzeme olarak kullandı ve nükleer çağı başlattı.
İzotropik grafit tozu üretmenin anahtarı, iyi izotropiye sahip kok parçacıkları kullanmaktır: izotropik kok veya anizotropik koktan üretilen makro-izotropik ikincil kok; günümüzde genellikle ikincil kok teknolojisi kullanılmaktadır. Radyasyon hasarının boyutu, grafit tozunun hammaddeleri, üretim süreci, hızlı nötron akısı ve akı hızı, ışınlama sıcaklığı ve diğer faktörlerle ilgilidir. Nükleer grafit tozunun bor eşdeğerinin yaklaşık 10~6 civarında olması gerekmektedir.
Yayın tarihi: 18 Mayıs 2022