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火狐体育网址多少:核石墨分类及特性
日期:2022-10-02 04:54:30 | 来源:火狐体育入口 作者:火狐体育客户端

  核石墨,指用于核反应堆的炭石墨材料,也称核反应堆石墨。主要是原子反应堆用中子减速剂、反射剂、生产同位素用的热柱石墨、高温气冷堆用的球状石墨和块状石墨等。

  核石墨材料在核反应堆中,作为中子减速材料和反射材料被广泛应用,还可用作核燃料套或核燃料被覆材料。还有研究用石墨与碳化硅材料用作核聚变反应堆的炉壁材料,但是如核石墨质量不高也容易引发核事故。在核反应堆应用中,用量最多约是减速材料和反射材料。文献显示,在天然铀石墨减速的卡尔德一霍尔型核反应堆中,每10MW 电功率大约需要数百吨石墨,其中减速材料约占2/ 3,反射材料约占1/3。

  用于核反应堆的炭素材料,按材料分有石墨类、炭质类、热解石墨和各向同性石墨、含硼石墨等。按用途分有减速材料(慢化剂)、反射材料、包壳、熔炼铀盐坩埚等。

  减速材料在核反应堆内235U等核分裂物质在分裂时,放出的中子速度秒速约3万km(能量平均约为2MeV),很难命中原子核,所以为提高核分裂的几率,继续维持连锁反应,则必须减缓中子速度,使之变为秒速2000m的低速中子即所谓热中子(能量约为0.025ev)。减速材料的用途就是把这种高速中子减缓成慢中子。减速材料基本性能要求如下:

  反射材料的用途是把逃离反应堆的中子反射回来并送还堆芯,以防止中子的泄漏。对反射材料的核特性要求,虽不苛刻,但大体上与减速材料相当。反射材料质量要求如下:

  如在石墨中加入适量的硼,可制取良好的防放射性辐射线的材料,也可作反射材料。含硼石墨主要性能如下:

  高温气冷堆用石墨高温气冷核反应堆的堆芯热容量大,效率高又安全可靠,并能提供高温热应用的先进反应堆型。高温气冷核反应堆一回路出口温度可达950℃,它可满足热电联供、稠油热采、煤的气化液化以及其他方面对大量高温工艺热的需求,是迄今国际上公认的唯一能提供高温工艺热的多用途核能源。高温气冷核反应堆用石墨材料有装燃料的石墨球及反应堆内侧绝热炭砖。

  (1)石墨球。一般尺寸外径60mm,内径50mm,空心球的外层以丙烯之类炭氢化合物为主料进行热解涂层,体积密度达到1.959/cm3成为致密层。石墨球的质量要求如下:

  (2)反应堆内侧用绝热炭砖(或石墨砖)。其功能是防止堆芯热量向外壳扩散,提高堆芯热效率。为降低外壳处的放射性强度,一般采用含硼的炭素材料,主要性能如下:

  核石墨生产基本上是在普通人造石墨生产工艺基础上开展起来的。核石墨生产有4个主要问题,即高纯度、高密度、各向异性和机械加工。

  (1)高纯度。核石墨减速剂的纯度是最被重视的特性之一。首先选用纯度高、杂质含量少的石油焦和煤沥青作原料。原料杂质中硼含量要低,因1×10的硼含量相当于增加lmb的截面,高温石墨化大多数金属杂质在2800~3000℃挥发,而硼高于3000℃亦难除去,因硼与碳形成B4C3。对原料中硼含量要求极其严格,除原料外在生产中先后经10多道工序减少外来的杂质和合理工艺制度也是十分重要的。

  (2)高密度。核石墨应有较高的密度,一般控制在1.79/cm左右,基本上能满足石墨堆运行要求,石墨的体积密度表示慢化剂的有效慢化率,密度降低则单位体积内的原子数减少,慢化率也就降低。

  (3)各向异性小。石墨用于核反应堆时,由于温度上升产生热膨胀和辐照引起的维格纳(Wigner)生长。这种现象在垂直于挤压方向表现甚大,而平行于挤压方向表现较小,则石墨块不能按原始形状同样比例膨胀。因而石墨这种各向异性膨胀在由许多石墨块堆积而成的慢化层的结构是不能忽视的。石墨各向异性主要是由于石墨晶体结构具有极度的各向异性性质所致。另一方面在挤压成型时焦炭颗粒的排列对制品的各向异性也具有决定性的影响,因此要在成型过程中采取措施减少各向异性度。

  (4)机械加工。石墨减速层和反射层是由经过精加工的块状堆砌而成的。石墨砌体中有供燃料棒、控制棒、仪器和试验用的各种孔道,这些孔道均有准确的尺寸,此外所有的石墨块砌体能防止中子流和冷却气体的泄漏。为此核石墨加工比任何石墨制品加工要求有更高的精密度。实际上要求精度在几丝之内。为保证产品加工精度设有专用高精度加工机床。返回搜狐,查看更多