上海应物所建立离子辐照翘曲预测核石墨辐照尺寸变化的方法

核石墨用于核工业方面的石墨材料。有原子反应堆用中子减速剂、反射剂、生产同位素用的热柱石墨、高温气冷堆用的球状石墨和块状石墨等等。

近期，上海应用物理研究所利用离子辐照与快中子辐照的相似性，巧妙地借助石墨薄片样品在离子辐照环境下的翘曲现象，通过建立在辐照环境下样品曲率变化与辐照尺寸变化之间的定量关系，建立了离子辐照翘曲预测核石墨辐照尺寸变化的方法。该方法通过大量的理论计算、模型优化以及辐照实验，克服了离子辐照射程相对较小，核石墨本征的不均匀性等困难。

离子束是指以近似一致的速度沿几乎同一方向运动的一群离子。离子源用以获得离子束的装置。在各类离子源中，用得最多的是等离子体离子源，即用电场将离子从一团等离子体中引出来。这类离子源的主要参数由等离子体的密度、温度和引出系统的质量决定。属于这类离子源的有:潘宁放电型离子源射频离子源、微波离子源、双等离子体源、富立曼离子源等。另一类使用较多的离子源是电子碰撞型离子源，主要用于各种质谱仪器中。

辐照是利用放射性元素的辐射去改变分子结构的一种化工技术。将电子加速器(0.2MeV~10MeV)产生的电子线(β射线)或放射性同位素(Cs-137或Co-60)产生的γ射线的能量转移给被辐照物质，电离辐射作用到被辐照的物质上，产生电离和激发，释放出轨道电子，形成自由基，通过控制辐射条件，而使被辐照物质的物理性能和化学组成发生变化并能使其成为人们所需要的一种新的物质，或使生物体(微生物等)受到不可恢复的损失和破坏，达到人们所需要的目标。这种新的加工技术称为辐射加工技术。

核石墨生产核石墨生产基本上是在普通人造石墨生产工艺基础上开展起来的。针对核石墨需要高纯度、高密度、各向异性小的特点，对现行的石墨生产工艺、原料和设备加以改进，使之达到生产核石墨的要求。

核石墨生产有4个主要问题，即高纯度、高密度、各向异性和机械加工。

(1)高纯度。核石墨减速剂的纯度是最被重视的特性之一。首先选用纯度高、杂质含量少的石油焦和煤沥青作原料。原料杂质中硼含量要低，因1×10的硼含量相当于增加lmb的截面，高温石墨化大多数金属杂质在2800～3000℃挥发，而硼高于3000℃亦难除去，因硼与碳形成B4C3。对原料中硼含量要求极其严格，除原料外在生产中先后经10多道工序减少外来的杂质和合理工艺制度也是十分重要的。

(2)高密度。核石墨应有较高的密度，一般控制在1.79/cm左右，基本上能满足石墨堆运行要求，石墨的体积密度表示慢化剂的有效慢化率，密度降低则单位体积内的原子数减少，慢化率也就降低。

(3)各向异性小。石墨用于核反应堆时，由于温度上升产生热膨胀和辐照引起的维格纳(Wigner)生长。这种现象在垂直于挤压方向表现甚大，而平行于挤压方向表现较小，则石墨块不能按原始形状同样比例膨胀。因而石墨这种各向异性膨胀在由许多石墨块堆积而成的慢化层的结构是不能忽视的。石墨各向异性主要是由于石墨晶体结构具有极度的各向异性性质所致。另一方面在挤压成型时焦炭颗粒的排列对制品的各向异性也具有决定性的影响，因此要在成型过程中采取措施减少各向异性度。

(4)机械加工。石墨减速层和反射层是由经过精加工的块状堆砌而成的。石墨砌体中有供燃料棒、控制棒、仪器和试验用的各种孔道，这些孔道均有准确的尺寸，此外所有的石墨块砌体能防止中子流和冷却气体的泄漏。为此核石墨加工比任何石墨制品加工要求有更高的精密度。实际上要求精度在几丝之内。为保证产品加工精度设有专用高精度加工机床。