石墨的性能及其在反应堆中的应用

石墨是碳的存在形态之一。在自然界中碳以金刚石、石墨、微结晶碳（炭黑）三种同素异形体存在。化合状态的碳是所有天然碳氢化合物如石油、天然气、煤等主要组成成分。石墨有天然石和人造石墨之别，天然石墨中碳原子呈层状六方晶体结构，以鳞片状的出现。
我们主要介绍人造石墨。晶体结构属六方晶系，是脆性材料。其熔点极高，达3500℃。工业生产的石墨密度为1.6-2.0g/㎝。石墨的理论密度为2.265g/cm。

石墨的卓越性能
 

1、石墨的核性能：石墨具有热中子吸收截面小，对中子慢化性能好和对中子反射性能好等优点，因此在反应堆中被广泛用来作为减速剂，反射层和结构材料。
 

2、石墨的导热性：石墨是热的良导体，其热导约为0.3卡/厘米·秒·℃，（石墨基体在不同方向上的热导是有差别的，一般在0.15~0.50卡/厘米·秒·℃），次于铝，相当于黄铜，比铁高一点。石墨的热导随温度的上升而逐渐降低，随石墨密度的增大而提高。
 

3、石墨在幅照下的尺寸变化：反应堆内的材料都经受多种射线的照射，首先是通量很大的中子流，其次是β等。这些照射使材料性质（外观尺寸、热导、弹性模量等）一般都发生变化。石墨尽管在中子幅照下较许多金属稳定，但是它受此影响也是较敏盛的，如：外形尺寸的变化，弹性模量和强度的增加等。
 

4、石墨的抗热震性：石墨的弹性模量低，约为 0.10-0.20×10kg/cm而钢的弹性模量为2.1×10kg/cm，是石墨的十倍以上。（注：在一定温差条件下使用的材料，如弹性模量小，期由温度引起的热应力就小。应力小，材料不致崩裂。）而且石墨的热膨胀系数也很小，因此石墨具有良好的抗热震性。反应堆运行和停止时，温度变化速度是很快的，对于反应堆结构材料来说抗热震性是非常重要的。
 

5、石墨的高温强度：一般金属材料常温下强度很高，但温度升高时，强度急剧下降。石墨却相反，在2200℃以下，其强度随便温度的升高而增加。通常在200-2800℃左右达到最高值。例如：某种石墨的耐压强度在常温时为 196kg/cm，而1600℃时为231kg/cm，提高18%，在高温反应堆中采用石墨材料，其高温强度好是很重要的因素之一。
 

6、化学稳定性：石墨是化学惰性很强的材料之一。一般情况下，不易和其它介质如与液态金属、氢氟酸等发生化学作用。
 

7、石墨的各向异性：现代的石墨厂一般均采用挤压成型或模压成型的方法生产石墨制品。其成品的各种性能（机械性能、物理性能）在平行或垂直于挤压（或模压）方向上均存在着较大的差异性，即各向异性。特别是在高温和幅照情形下，这种各向异性更为明显。这一点是反应堆设计时必须考虑的问题。