核能用石墨材料

石墨是建造核反应堆使用的减速材料和反射材料之一，早期的反应堆都是石墨堆。作为结构材料使用的核反应堆用石墨在选用原料、工艺控制、成品检验上比石墨电极严格得多，也昂贵得多，核反应堆用石墨必需具备下列性能：对慢中子的吸收量小、高温强度好、抗热震性高、对快中子的减速性能好、在辐照下尺寸稳定、杂质含量极少。

核石墨必需有较高的体积密度，因为石墨对快中子的减速作用是依靠快中子对碳原子的碰撞作用而实现的，单位体积内碳原子越多，减速效果越好，所以体积密度是核石墨的主要指标之一，体积密度也与石墨的气孔率和渗透率直接有关，为了避免核燃料及载热体的损失，要将气孔率及渗透率降低到 一定水平。

用于原子能工业和国防工业:石墨具有良好的中子减速剂用于原子反应堆中，铀一石墨反应堆是应用较多的一种原子反应堆。作为动力用的原子能反应堆中的减速材料应当具有高熔点，稳定，耐腐蚀的性能，石墨完全可以满足上述要求。作为原子反应堆用的石墨纯度要求很高，杂质含量不应超过几十个PPM。特别是其中硼含量应少于0.5PPM。在国防工业中还用石墨制造固体燃料的石墨喷嘴，石墨鼻锥，宇宙航行设备的零件，隔热材料和防射线材料。

石墨炉原子吸收光谱法是一种运用有石墨涂层的的熔炉，使样本蒸发的光谱测定法。简而言之，这项技术是基于这样一个事实，即自由原子可以吸收一定频率的光和带有特殊利益元素的波长。在一定范围内，被吸收的光波可以直接与所要分析的的物体联系起来。许多元素的自由原子可以用高温从样本中提取。在石墨炉原子吸收光谱法中，样本储存在有石墨或热解碳涂层的小石墨立方体中，这个立方体将来可以通过加热来使样本蒸发和分解过程。我们可以根据已知的浓度来校正仪器，从而通过工作曲线来决定浓缩程度。和原子吸附相比，石墨炉主要有有以下优势：

对于许多元素来说，石墨炉探测范围可达十亿分之一；

采用改良型设备，阻碍降至小；

通过原子吸收大量基质，石墨炉可以探测绝大多数已知元素。 

石墨具有较高的散射截面和极低的热中子吸收截面，较高的散射截面用以慢化中子，低的吸收截面防止中子被吸收，使得核反应堆能够利用少量燃料达到临界或正常运行。

石墨是耐高温材料，它的三相点，15MPa时为4024℃，因此不能采用熔化、铸造、锻造等热加工方法制造而只能采用类似粉末冶金的方法。它不像金属那样强度随温度而下降，而是略有增加，在2000℃以下应用，不会出现问题。

石墨有良好的导热性能，在堆内可以有效地降低温度梯度，不致产生太大的热应力。

石墨化学性质非常稳定。除了高温下的氧化、水蒸气外，可以耐酸、碱、盐的腐蚀，因而可以用作熔盐核反应堆和铀铋核反应堆的堆芯构件。

石墨抗辐照性能好，能长期在堆内服役30～40年。

石墨可加工性好，可以加工成各种形状的构件。

石墨原料丰富，价格便宜，容易制成纯度高、强度大、不同密度要求的各种核石墨，但石墨也有缺点，它是各向异性晶体结构，成层状分布，原子密集于a、b晶面，同层原子近距离为0.141nm，相互为共价结合，具有较强的结合力；而层距离为0.335nm，层间结合力为范德瓦尔力，结合力较弱。这种各向异性在石墨的物理、强度、辐照等行为中都会强烈地表现出来。