石墨反應堆

石墨反應堆是核裂變反應堆中的一種，也是最常用、最早使用的一種。 石墨具有良好的中子減速性能，最早作為減速劑用於原子反應堆中，鈾一石墨反應堆是目前套用較多的一種原子反應堆。作為動力用的原子能反應堆中的減速材料應當具有高熔點、穩定、耐腐蝕的性能，石墨完全可以滿足上述要求。作為原子反應堆用的石墨純度要求很高，雜質含量不應超過幾十個PPm ( PPm 為百萬分之一）。

基本介紹

• 中文名：石墨反應堆
• 外文名：Graphite reactor
• 定義：石墨作為慢化劑的反應堆
• 類別：核裂變反應堆
• 出現時間：1945年

研發歷程

1938年，德國人奧托·哈恩和休特洛斯二人成功地使中子和鈾原子發生了碰撞。這項實驗有著非常重大的意義，它不僅使鈾原子簡單地發生了分裂，而且裂變後總的質量減少，同時放出能量。尤其重要的是鈾原子裂變時，除裂變碎片之外還射出2至3個中子，這箇中子又可以引起下一個鈾原子的裂變，從而發生連鎖反應。
1939年1月，用中子引起鈾原子核裂變的訊息引起科學家費米的注意，馬上就直觀地構想了原子反應堆的可能性，開始為它的實現而努力。費米組織了一支研究隊伍，對建立原子反應堆問題進行徹底的研究。費米與助手們一起，經常通宵不眠地進行理論計算，思考反應堆的形狀設計，有時還要親自去解決石墨材料的採購問題。

1942年12月2日，費米的研究組人員全體集合在美國芝加哥大學足球場的一個巨大石墨型反應堆前面。這時由費米發出信號，緊接著從那座埋沒在石墨之間的7噸鈾燃料構成的巨大反應堆里，控制棒緩慢地被拔了出來，隨著計數器發出了咔嚓咔嚓的響聲，到控制棒上升到一定程度，計數器的聲音響成了一片，這說明連鎖反應開始了，這是人類第一次釋放並控制了原子能的時刻。

石墨反應堆

原理

將大塊的立方體的石墨堆砌起來，將核燃料棒插入其中，然後啟動反應堆，這樣鈾235裂變後放出的快中子就會被石墨減速，然後去撞擊新的鈾235原子核，於是產生鏈式反應。

石墨反應堆

石墨反應堆其它方面與其他核電站原理一樣，只是減速劑不同，其中石墨、重水是公認的最好的減速劑，因為此兩種反應堆的效率較高。

作為原子反應堆用的石墨純度要求很高，雜質含量不應超過幾十個PPm ( PPm 為百萬分之一）。

石墨的核性能

在石墨與中子的相互作用下發生的各種過程，如吸收、散射、擴散、反射等所遵循的規律以及中子輻照誘發的石墨性能的各種變化的總稱。在原子反應堆內，在強烈的中子輻照下，石墨的物理力學性能、熱學性能、電磁學性能均發生不同程度的變化，石墨體的尺寸也有顯著的改變。了解這些變化的規律，對石墨反應堆的設計及反應堆的安全運行至關重要。

20世紀40年代之後，各國都相繼制訂了龐大而詳實的規劃，對石墨的核性能進行研究，投入了巨大的人力物力，並以國家的力量組織實施，五六十年代達到頂峰，迄今不衰。50年代末，各種研究報告相繼解密，公諸於世，世人對石墨的認識大為深入。

關於大量中子在石墨中的平均行為，在石墨中運行的中子所服從的一般規律，即所謂巨觀中子物理，是中子與石墨相互作用的基本原理。關於這種平均行為和一般規律(見石墨的巨觀中子物理)。任何核反應過程，常用反應截面來加以定量的描述。石墨對中子的吸收截面、散射截面、巨觀截面等見石墨的中子截面。由於歷史的原因，中子輻照劑量的單位和表示方法多種多樣，常易造成混亂甚至錯誤。(見中子注量)石墨經中子輻照後，石墨性能發生種種變化，石墨體尺寸亦有所改變，這就是輻照對石墨的作用或對石墨的損傷。對石墨反應堆的設計和運行，了解石墨的輻照損傷至關重要。

重要事件

1986年4月26日，位於烏克蘭車諾比的車諾比核電站石墨慢化大功率管式反應堆由於功率劇增而發生熔毀，使大量危險放射性物質被釋放到環境中。車諾比核事故中國際核事件分級表中第一項被分類為第七級（最嚴重）的事件。
德國於1976年開始運行的石墨慢化AVR反應堆在使用過程中因燃料溫度不穩定、局部溫度高於最高額定溫度，使迴路受到嚴重的放射性同位素（主要為銫-137及鍶-90）沾污。該核電站於1988年關閉。
2013年4月2日，朝鮮宣布將重啟2007年曾經去功能化和關閉的核設施，朝鮮原子能總局決定調整和變更現有核設施的用途，重新整修和啟動位於平壤的5兆瓦石墨減速反應堆，此反應堆能生成含有鈽元素的乏燃料棒，是平壤核設施的核心部分，重啟石墨減速反應堆意味著朝鮮將可從廢棄燃料棒中提取鈽。 2007年該反應堆因六方會談達成的國際核裁軍協定被關閉。

寧邊石墨反應堆