高強(qiáng)度石墨碳板中各種雜質(zhì)的核特性

高強(qiáng)度石墨碳板中各種雜質(zhì)的核特性要求作減速材料用的高強(qiáng)度石墨碳板必須具有密度高、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度大、沒有裂縫和具有良好的影熱性和熱穩(wěn)定性。天然軸堆最重要的標(biāo)準(zhǔn)是純度，尤其是石墨中不允許含有俘獲截面大的雜質(zhì)石墨中各種雜質(zhì)的核特性見表3-22，眾所周知，經(jīng)過高溫(32600~280℃）石盛化處理后的人造石墨材料，其中大部分雜質(zhì)都已揮發(fā)，但還存在微量雜質(zhì)。表322所示為警通人造石墨中所含雜質(zhì)的核特性。對(duì)用于核反應(yīng)堆的人造石墨材料，必須盡可能設(shè)法將這些雜質(zhì)去掉，特別是側(cè)和鍋。由于砌的熱中子吸收截面大[硼的中子得獲面積為(75000主10）k2]，因此主要是限制它的含量，國外幾種反應(yīng)堆石墨的含測(cè)量控制在0.2一）.9/8范圍內(nèi)，國產(chǎn)石墨的含測(cè)量控制在0.5/g以下。另外，百萬分之幾的鎖、鐵和其他雜質(zhì)也會(huì)增加中子的保獲截面。為了去掉人造高強(qiáng)度石墨碳板中的雜質(zhì)，通常采用兩種方法一是提高石墨化溫度，延長(zhǎng)石墨化時(shí)間。將石墨化溫度提高到約300℃，并保持15~50h，英分可降到0.07%以下，硼（B）的含量可降到0.5u/B。低沸點(diǎn)的雜質(zhì)如si、ca、A.ME等都已揮發(fā)，較麻煩的是難熔金屬，它們形成高熔點(diǎn)的碳化物，如碳化硼(B.C），其熔點(diǎn)為2350℃，但一直到3500℃還不沸騰，并在石墨結(jié)構(gòu)中形成穩(wěn)定的置換式固溶體。機(jī)的中子停獲截面為500kPa，形成的碳化物直到280℃還不溶化。為了去掉這些極為有害的雜質(zhì)，目前世界各國廣浮采用故素氣體凈化法（即第二種方法)，進(jìn)行氣體凈化發(fā)處到是在石墨化過程中進(jìn)行的。在950-1950℃范圍內(nèi)往石墨化爐中通以四氯化碳和氯(CCl，和C1)在1950～2500℃用三氯二狐甲燒替換四氯化碳來處理不純石爆（4h以上），將石婚中的不純物，特別是上面提到的幾種危害較大的BC和VC等變成揮發(fā)性的氯化物和氟化物除去。

為了減少核石墨中的雜質(zhì)，除了必須采用上述提純方法外，還必須對(duì)原材料的純度嚴(yán)加控制，而且要防止在生產(chǎn)各程序中混人外來雜質(zhì)。反應(yīng)堆用石墨除應(yīng)具有上述性能外，還應(yīng)具有良好的傳熱性能。因?yàn)槭珳p速材料在降低中子速度的同時(shí)，還要把核燃料所產(chǎn)生的熱量傳給在它里面的液體或氣體冷卻劑，通進(jìn)冷卻劑把熱量傳到堆外面的熱交換器里，把在熱交換器中流動(dòng)的水變成高溫高壓水蒸氣來帶動(dòng)發(fā)電機(jī)、核潛艇、核航母、輪船等。

用于核反應(yīng)推的石墨，還有一個(gè)不容忽視的問題是它的各向異性（各向異型高強(qiáng)度石墨碳板受輻射后，在平行和垂直方向的收縮和膨脹都很大，而各向同性石墨的變化則較小）。反應(yīng)堆設(shè)計(jì)者希望應(yīng)用各向異性小的石墨，最好能用各向同性石墨。近年來這一愿望已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，好多國家的碳制品公司已能為核反應(yīng)堆提供各向同性石墨。