Реакторний графіт (ядерний, високочистий, дрібнозернистий) використовується як сповільнювач нейтронів і конструкційний матеріал у ядерних реакторах. Його теплопровідність істотно залежить від температури, структури та опромінення.
1. Загальні особливості
- матеріал: полікристалічний вуглець (sp²-зв’язки);
- сильна анізотропія (вздовж і впоперек шарів);
- теплопровідність зменшується під дією нейтронного опромінення;
- при підвищенні температури у чистого графіту λ зменшується, але в опроміненого — може мати мінімум і знову зростати.
2. Орієнтовні значення теплопровідності λ(T)
Умови:
- ізотропно усереднені значення;
- не опромінений або слабо опромінений графіт;
- атмосферний тиск.
Одиниці: Вт/(м·К)
| Температура, °C | Теплопровідність λ |
|---|---|
| 20 | 100–130 |
| 100 | 80–110 |
| 300 | 50–70 |
| 500 | 35–50 |
| 800 | 25–35 |
| 1000 | 20–30 |
(для порівняння: звичайний технічний графіт може мати 60–100 Вт/(м·К) при 20 °C)
3. Вплив опромінення
Під дією нейтронного опромінення:
- утворюються дефекти ґратки;
- зменшується довжина вільного пробігу фононів;
- теплопровідність може знижуватися у 2–5 разів.
Типові значення після опромінення:
λ ≈ 20–40 Вт/(м·К) при 300 °C
4. Анізотропія
Для екструдованого або текстурованого графіту:
- уздовж осі формування:
λ_parallel ≈ 1.5–2 × λ_perpendicular - у розрахунках реакторів зазвичай використовують ефективну (усереднену) теплопровідність.
5. Порівняння з іншими матеріалами
| Матеріал | λ, Вт/(м·К) |
|---|---|
| Реакторний графіт (20 °C) | 100–130 |
| Сталь | ~50 |
| Бетон | ~1.5 |
| Вода | ~0.6 |
➡ графіт є дуже добрим теплопровідником серед неметалів.
Теплопровідність реакторного графіту щільністю 1700 кг / м 3 в залежності від температури від 100 до 1700 ° K
| T, ° K | Коефіцієнт теплопровідності, λ || , (Вт / м ° K) |
Коефіцієнт теплопровідності, λ _ | _ , (Вт / м ° K) |
| 100 | 210 | 160 |
| 200 | 190 | 145 |
| 300 | 170 | 130 |
| 400 | 150 | 115 |
| 500 | 120 | 100 |
| 600 | 110 | 88 |
| 700 | 100 | 75 |
| 800 | 80 | 65 |
| 900 | 70 | 57 |
| 1000 | 67 | 54 |
| 1100 | 61 | 51 |
| 1200 | 58 | 49 |
| 1300 | 56 | 47 |
| 1400 | 54 | 45 |
| 1500 | 53 | 43 |
| 1600 | 52 | 41 |
| 1700 | 51 | 40 |
Реакторний графіт має високу теплопровідність (≈100–130 Вт/(м·К) при 20 °C), яка зменшується з температурою та істотно падає під дією нейтронного опромінення; властивості є анізотропними.