球床式高温气冷堆堆内的石墨材料

石墨在高温气冷堆内用作堆芯结构材料和燃料元件基体,在反应堆内承受高温、高辐照等极端条件.本文以球床式高温气冷堆为例,对堆内使用的结构石墨的功能、所处环境和技术要求等进行介绍,并对球形燃料元件用基体石墨粉体的特性如物理特性、工艺特性和化学特性等进行了详细的阐述.     

石墨摩擦性能的研究现状及展望

在高温气冷堆中,球形燃料元件基体石墨的摩擦性能对于燃料循环系统的球流设计和反应堆运行安全具有十分重要的意义,已成为核材料学科的重要研究领域之一。文章介绍了迄今为止国内外石墨摩擦性能的研究进展,对石墨摩擦性能的主要影响因素如外在因素中的环境气氛和温度等进行总结,并对载荷、滑动距离和速度等影响因素进行了阐述。石墨摩擦性能的相关研究结果,可为未来开展高温气冷堆用球形燃料元件基体石墨摩擦性能的研究提供借鉴和参考。通过对比结构石墨IG-11和球形燃料元件A3-3基体石墨在空气中的摩擦行为,进一步说明了针对基体石墨摩擦行为开展研究的必要性。     

HTR-PM工艺及出水辐射监测系统设计

设计了高温气冷堆工艺及出水辐射监测系统,主要包括有关工艺系统、某些重要区域以及气体和液体流出物的多个监测通道。由于高温气冷堆工艺（HTR-PM）的冷却剂为氦气,燃料元件采用三结构各向同性（TRISO）包覆的球形燃料元件,其源项与压水堆不同。监测气体或液体形式的裂变或活化产物,还对一回路中的放射性粉尘进行取样分析。氚（H-3）和碳-14(C-14)是重点考虑因素,将在一回路、某些重要区域、二回路和烟囱中的气体流出物中取样。介绍了高温气冷堆工艺及出水辐射监测系统的设计特点,并与压水堆工艺及出水辐射监测系统进行了比较。     

高温气冷堆用核级炭和含硼炭材料工艺研发和评定

高温气冷堆中炭堆内构件功能主要包括热绝缘、中子屏蔽、支承石墨堆内构件和球床堆芯,是传递压力容器和石墨堆内构件之间的作用载荷、传热的路径。为满足这些功能要求,对高温气冷堆炭材料提出了多项特殊要求。相对于已有的HTR-10反应堆和国际上早期高温气冷堆,目前研发的核级炭材料如何确保其性能满足设计要求是一个显著的挑战。文中论述了高温气冷堆用炭和含硼炭材料工艺研发过程中,影响材料性能因素的筛分、调配以及与测试结果的相关性分析。目前该类材料制造工艺已经完成研发,通过了设计评定。同时,正式批量生产的炭和含硼炭材料已经用于高温气冷堆示范工程,取得了良好的效果。     

球形燃料元件热处理中尺寸和质量的变化

为实现高温气冷堆球形燃料元件先车削后炭化和高温纯化等热处理的工艺,必须对热处理过程中元件的尺寸和质量等参数的变化及其影响因素进行研究。研究表明,炭化过程中基体石墨球毛坯的平均失重约占热处理过程中毛坯总失重的99.7%,毛坯沿赤道和两极方向的平均尺寸收缩率分别约为0.64%和0.88%,呈现一定的各向异性;而高温纯化过程中,毛坯的微量失重主要是由于位于热解炭与边缘的氢原子发生断裂所致,其沿赤道和两极方向的尺寸收缩率分别为0.24%和0.25%,为各向同性,主要与高温下热解炭结构中石墨的有序化有关。热解炭石墨有序化程序的提高有利于提高球形燃料元件的综合性能。     

流化床中包覆燃料颗粒的制备及应用

包覆燃料颗粒由燃料核芯、疏松热解炭层、内致密热解炭层、碳化硅层和外致密热解炭层组成.本工作设计建造了不同直径和结构的流化床沉积炉系统,探讨了流化床的结构、气体流量对颗粒流化状态的影响采用化学气相沉积方法生产出的包覆燃料颗粒不仅应用于我国10 MW高温气冷堆燃料元件的制备,而且探讨了包覆燃料颗粒的其它应用.     

石墨粉镀银新工艺研究

研究了镀液中硝酸银浓度、石墨粉加入量和阴极电流密度等工艺条件对镀银石墨粉含银量和电镀效果的影响。用扫描电镜对镀银石墨粉的微观形貌和镀覆效果进行分析，通过X射线衍射仪对镀银石墨粉高温灼烧后的剩余物进行分析测试并计算镀银石墨粉的含银量。研究结果表明：采用惰性电极作为电镀阳极，在化学镀预处理过的石墨粉表面可成功镀覆一层银，其含银量达76%。     

石墨粉电镀法镀锌工艺研究

过电镀法使锌均匀沉积在预处理过的微米级鳞片石墨上,从而制得石墨／锌复合材料。研究了镀锌过程中镀锌工艺条件对电镀效果及镀锌石墨粉含锌量的影响。用扫描电镜对镀锌石墨粉的微观形貌进行分析,用X射线衍射仪对镀锌石墨粉850℃灼烧后的剩余物进行分析并推导出计算镀锌石墨粉含锌量的计算公式。研究结果表明：采用电镀法可在预处理过的微米级鳞片石墨粉表面成功镀覆上一层均匀致密的单质锌,镀锌石墨粉的含锌量70wt％以上。     

两段竖式石墨化炉的设计及其生产实践

人造石墨粉当前在国内国际市场供不应求，如何用新工艺、新设备生产高质量的人造石墨粉是急需探讨研究的新课题。本文着重就这一课题阐述通过市场调研、科学实验、设计调研等阶段完成两段竖式石墨化电炉的实践过程。     

高温气冷堆包覆燃料颗粒疏松热解炭层包覆工艺研究

疏松热解炭层是高温气冷堆包覆燃料颗粒的主要组成部份，本文介绍了疏松热解炭层对高温气冷堆技术研究和发展的贡献，它在包覆燃料颗粒中的功能及对它的要求，密度低于５０％理论密度的疏松热解炭层的包覆工艺研究和结果。     

石墨粉体原位合成酚醛树脂制备炭素材料

制备炭素材料时石墨粉和黏结剂很难通过机械混合的方法均匀地结合,导致材料综合性能下降。本文首先在石墨粉体中原位合成酚醛树脂,然后将覆盖了树脂的石墨粉碎、压制后制备成酚醛树脂／石墨材料,最后通过烧结等工艺制备成炭／石墨材料。观察了酚醛树脂／石墨材料烧结前后的微观形貌,对酚醛树脂／石墨材料进行了热分析;测试了炭／石墨材料的性能。实验结果表明：采用原位合成法,酚醛树脂能均匀地覆盖在石墨粉表面;石墨、树脂种类及含量、成型压力等是影响炭素材料性能的重要因素。     

在我国开展核石墨研制的探讨

核能对环境污染小，能源材料需求量低，特别适于在我国东南沿海和没有电网的偏远地区发展，高温气冷堆是一种先进堆型，安全性好、核燃料利用率高，有可能成为核能利用的主要堆型之一，核石墨是高温气冷堆的关键材料，用作它的慢化、反射和结构材料，高温气冷堆的工业化将创造一个巨大的核石墨市场，核石墨研制周期长、投入高，风险大，但回报率也高，我们应立即开展核石墨的研制，以抓住机遇；周密规划，有限目标，分步实施，与其他     

核石墨材料的性能、类型、制备及其在核反应堆中的应用

因为炭材料具有热膨胀系数低、抗热冲击性好、中子活化性能低等优异的性能,是核反应堆(特别是高温气冷堆)不可缺少的慢化、反射和结构材料.本文综合分析炭材料的核物化性能,重点剖析了核石墨的材料类型和制备方法.提出采用化学与物理并用的方法,去除炭石墨原料、大尺寸石墨块体的杂质,有可能使炭材料达到核石墨纯度要求;采用编织和化学沉积等复合材料技术制备炭/炭复合材料,制造核反应堆热结构件;采用热等静压工艺技术和振动成型制备各向同性石墨材料和核石墨块,并在2 800-3 000℃进行高温石墨化处理.采用先进的电子显微学、同步辐射等技术,研究核石墨的结构和性能,特别是其在中子辐射条件下的性能特征和行为特性,在此基础上,制定和建立科学合理的核石墨生产工艺流程、工艺技术条件.     

高温气冷堆用石墨的发展

本文叙述了高温气冷堆用石墨的发展。英国最初研制的Gilsocoke—based石墨,优越的抗辐照性能给人启发。只有制造各向同性或近各向同性石墨才能满足大型高温气冷反应堆的建造要求。此后美国、西德、日生诸国依据各自的资源和工艺基础发展了各自的高温气冷堆用石墨。在发展中改进工艺固然重要,但更重要的是使用各向同性较好的填充焦。解决途径一是利用天然的近各向同性焦,二是利用沥青焦等原料改制成各向同性轻好的“二次焦”。作者认为依据我国资源及工艺基础采用后一条途境是现实的。     

导电油墨用镀银石墨粉的研制

将天然鳞片状石墨先进行化学镀铜、再化学镀银制得镀银石墨粉,通过扫描电镜观察了所制备的镀银石墨粉与直接镀银石墨粉及其球磨5h后的试样的表面形貌。将制备的样品用于印刷导电油墨,测试了镀银石墨粉的膜电阻率。结果表明,直接镀银的石墨表面镀层不均匀、覆盖率不高,球磨后银层发生大面积脱落;化学镀铜后再镀银的石墨粉镀层包覆程度高,晶粒尺寸均匀、致密,球磨后没有发生明显的镀层剥离现象。含该镀银石墨粉的导电油墨的膜电阻率为1.36×104·cm,导电性能达标。     

陶瓷堆内构件热老化行为研究现状

高温气冷堆陶瓷堆内构件采用石墨材料制备。在长期服役过程中由于氧化性气体杂质及事故工况引入水蒸气等原因,石墨将发生氧化,导致陶瓷堆内构件热老化,影响高温气冷堆的长期安全可靠运行。本文对有关陶瓷堆内构件用石墨材料的氧化行为研究、机械性能和物理化学性能研究等进行了综述,并在此基础上总结了陶瓷堆内构件热老化行为研究现状中存在的问题,为后续相关研究提供参考。     

化学镀铜石墨粉研究

本实验用化学镀方法制备镀铜石墨粉，研究了表面活性剂的类型、浓度对活化效果的影响，同时对原材料的类型、温度、镀覆时间以及钝化、干燥成型也作了相应的研究。结果表明，利用十二烷基苯磺酸钠处理石墨粉，浸润性和分散性较好，所得产品镀覆率较高，可在98%左右，尤其对小于320目（颗粒大于48μm）的石墨粉镀覆效果好。     

消融材料约束电爆石墨粉试验研究

用具有消融作用的聚乙烯材料制作约束管,以天然石墨粉为原料进行电爆试验。结果表明,约束管对电爆炸石墨粉产物具有良好的高温调控和约束效果;石墨粉发生电爆炸,制备产物中存在球形颗粒、多面体颗粒和片层及褶皱状片层的石墨烯。分析认为,球形颗粒是由爆炸瞬间产物中液相凝固形成;多面体颗粒是气相粒子凝华形成;而爆炸瞬间产生强大的冲击波,使石墨发生层状剥离后形成石墨烯。提高沉积在粉末上的能量密度,制备产物中颗粒状减少,片层状增多。     

化工流化床技术在铀燃料循环工业中的应用

阐述了化工流化床技术在铀燃料循环工业各个过程中的具体应用,包括铀矿石浸析、铀化学转化、铀同位素富集、水堆燃料元件制备、高温气冷堆燃料元件制造、乏燃料后处理、铀燃料工业三废处理以及新型流化床核反应堆概念设计等过程。概述了各种应用流化床的类型和构造,结合具体应用过程评价了各种流化床的设计特性和优缺点,展望了流化床技术在铀燃料循环工业中的未来发展方向和广阔应用前景。指出必须结合我国核电快速发展的新趋势和新要求,加大针对铀燃料工业中的流化床应用技术研究,特别是气固流化床的基础研究工作。     

高温气冷堆包覆燃料颗粒－致密热解碳层包覆工艺研究

致密热解碳层是高温气冷堆包覆燃料颗粒必要的组份，本文介绍了致密热解碳层的功能和要求，研究了热解沉积温度对热解碳密度，沉积效率和沉积速率的影响。制备密度为１．９０±０．１０ｇ／ｃｍ３．致密热解碳层的温度范围是１３６０～１４２０℃，根据试验研究所获得的数据进行了工艺设计，实验结果与预期值基本符合。