核石墨的辐照试验.pdfVIP

核石墨的辐照试验 徐世江 清华大学核能技术设计研究院 拨石墨在反应堆中．除开承受常规工程结掏材抖的负荷外，还承受强辐照负 荷．中子辐照在石墨的晶体中产生各种缺路．几乎使石墨的所有性能都发生变化， 本文介绍了石墨的主要工程性能随中子注t变化而变化的情况．为了保证核反应堆 安全、高散地运行．用于反应堆的石墨．必须先经过辐照考验．辐照考验昂贯、费 时．为了用最少的投资、量短的时间获得所需要的数据．辐熙试验应认真规划．辐 照试验通常分三步进行：冷志试验，4静“态试驻和验证试验．前两种试验具有筛 选的性质． 1 引言 碳的质量数低，热中子吸收截面小，中子散射截面大，是良好的中子慢化材料【I：】： 眦 石墨形态出现的硪具有良好的物理性能．优异的高温机械性能，是＆好的高退结构材料：石 墨来源丰富．易于加工成型，制造成车低，因此被广泛地用在核反应堆中作为慢化材料和结 询材料。在高温气玲堆中，压力壳内几乎全部都是以石墨为主的炭素材料。石墨在接反立 堆中的工作负荷与在常规工程中的工作负茼的主要差别是除开承受常规工程结构材料的 负荷外，还承受强辐照负荷川，主要是中子辐照负荷．热中予堆甲．中子从裂变产生起到转 eV以下． MeV降到0．1 变为热中子．参与下一代核裂变反应止，其携带的平均能量从200 中子能量的降低是由于中子与石墨晶格中的碳原子碰撞的结果．高能中于和晶格原子相碰 撞．当传递的能量足够太时，会把晶格原子击出．形成空位和间隙原子：能量足够大的一淡 击出原子与其他晶格原子碰撞时．也会击出晶格原子，形成级联碰撞。产生大量的空位和 闻隙原子．空位和间隙原子进而形成各种缺陷．使石墨性能发生变化。这一现象称之为辐 照效应或辐照损伤．辐照损伤程度与快中于剂量、辐照温度、石墨的原材料及制造工艺等 有关．辐照损伤的类型与沮废有关．低温时主要衰现为能量的积累，使石墨的内能(即Wig．er 能)增加H：高温时主要衰现为尺寸和物理机械性能的变化．石墨的辐照损伤对核反应堆的 安全运行具有决定性的影响，如英国的W[ad．．ccalc反应堆就因为Wjgner能的积景，消除 Wlgncr能的退火措施失当，造成燃料元件烧毁．反应堆报废．困此在设计攘反应堆前，必 须对石墨在核反应堆辐照场中性能变他的规律有准确的了解。影响石墨辐照损伤的因素很 多，目前还只脆通过昂贵、费时的辐照试验 采确定他们之间的相互关系．虽然田际上很 多学者试图通过理论分拆．建立起辐照参数与石墨辐照损伤之间的关系的模型，定量地计算 不同辐照负荷下石墨的辐照损伤．但至今为l巴还只是一些半经验公式．决定一种石墨是否 适用于某—特定的反应堆．必须通过与其相应的工作环境下的辐照考验才能最后确定．特 剐是承受高辐照负荷的关键石墨零部件。 2 石墨辐照试验方法 从拔鲢发展一开始，人们就关注石墨的辐照损伤问题…一曾经用不同的方注对石墨的辐 ·聃8· 照损伤进行过研究．主要的有 1)·高能电子辐照研究轰击电子的能量和强度对石墨性能豹影响的规律．如轰击电 子的能量低于120 key hV时，石墨的导电性能投有变化，当轰击电子的睫t高． 于120 ever． 时，石墨的导电性舱发生明显的变化，由此推算出石墨晶格原子的离位能为25 2) 加速器辐照 用加速嚣进行辐照试验的好处是：可以准确地控制，复制辐照试验 条件；可以获得准确的单能粒予，便于研究辐照粒子的能量与辐熙损伤之问的关系：可以获 得高能带电粒子，以模拟裂变碎片和聚变反应堆中高能粒子对物质的作用。它的缺点是柬 流强度低，工作区域，j、．蜘速器辐照适于进行理论研究．而不适于进行村料的工器性试验= ● 3： 核反{立堆辐照核反应堆