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第1章概论1

1.1核能发展简介1

1.2核反应堆的分类3

1.3炭、石墨材料在核工程中的应用3

1.4核石墨发展概况5

参考文献9

第2章核反应堆基础知识10

2.1中子与原子核的反应和反应截面10

2.1.1核裂变反应10

2.1.2中子俘获反应12

2.1.3中子散射13

2.1.4中子倍增13

2.1.5核反应截面13

2.2自持核链式反应的条件14

2.3中子慢化17

2.3.1中子慢化原理17

2.3.2慢化剂的特性参数20

2.4核电站简介21

2.4.1核反应堆堆芯21

2.4.2核反应堆一回路和冷却剂24

2.4.3慢化剂和反射层25

2.4.4反应堆控制系统25

2.4.5反应堆安全防护系统26

2.4.6乏燃料元件储存系统26

参考文献27

第3章高温气冷堆28

3.1高温气冷堆发展概况28

3.2高温气冷堆简介29

3.2.1球床高温气冷堆30

3.2.2柱状高温气冷堆37

3.3高温气冷堆燃料元件38

3.4高温气冷球床堆堆内构件45

3.4.1堆内构件的功能45

3.4.2堆内构件的结构45

3.4.3堆内构件的负荷50

3.5高温气冷模块堆——第四代核反应堆的候选堆型之一53

参考文献57

第4章炭、石墨的结构59

4.1碳的原子结合方式及其同素异构体59

4.1.1碳元素的特点59

4.1.2碳的同素异构体60

4.2炭、石墨材料的多样性及相互转化66

4.2.1碳的相图66

4.2.2炭材料的多样性68

4.2.3炭纳米结构的多样性68

4.2.4易石墨化炭和难石墨化炭69

4.2.5富勒烯的转化70

4.3石墨的结构71

4.3.1石墨的结构类型71

4.3.2石墨晶体结构参数72

4.3.3石墨化度G73

4.3.4石墨化机理74

4.3.5均质石墨化与异质石墨化75

4.4炭、石墨材料特性的表征方法76

4.4.1X射线衍射76

4.4.2拉曼光谱分析77

4.4.3透射电镜和高分辨透射电镜78

4.4.4扫描隧道显微镜79

4.4.5扫描电镜79

4.4.6石墨的孔隙率81

参考文献83

第5章石墨材料的生产84

5.1天然石墨84

5.1.1天然石墨的种类及资源分布84

5.1.2天然鳞片石墨的开采86

5.1.3天然鳞片石墨的提纯86

5.2人造石墨88

5.2.1核石墨的制备88

5.2.2各向同性核石墨的生产115

5.3核石墨生产的质量保证117

参考文献118

第6章石墨的性能120

6.1石墨的物理性能120

6.1.1基本物性数据120

6.1.2密度121

6.1.3孔隙率和渗透性121

6.1.4热膨胀系数122

6.1.5比热容和热导率123

6.1.6电阻率124

6.2石墨的机械性能125

6.2.1弹性模量125

6.2.2强度126

6.2.3断裂和疲劳127

6.2.4蠕变128

6.3石墨的化学性能130

6.3.1高温氧化及气化反应130

6.3.2与金属、非金属及其氧化物的反应130

6.3.3形成层间化合物132

6.3.4石墨与强氧化性的酸和盐的反应133

6.4核性质133

参考文献133

第7章石墨的辐照效应135

7.1石墨辐照损伤基础136

7.1.1中子引起的碳原子离位137

7.1.2首级击出碳原子击出的次级离位碳原子138

7.1.3离位峰和热峰140

7.1.4石墨的辐照损伤140

7.2石墨的辐照试验143

7.3在快中子辐照下，炭、石墨材料性质的变化149

7.3.1Wigner效应和储能149

7.3.2辐照引起的石墨尺寸的变化155

7.3.3辐照引起的弹性模量和拉伸强度的变化172

7.3.4断裂和疲劳179

7.3.5辐照蠕变196

7.3.6辐照引起的热膨胀系数的变化210

7.3.7辐照引起的热导率的变化216

7.3.8密度、孔隙率和腐蚀220

7.3.9石墨的渗透性234

7.3.10扩散、吸附和解附236

7.3.11石墨的比电阻245

参考文献249

第8章核工程用炭、石墨材料的研发252

8.1核石墨的工作环境和要求252

8.1.1概述252

8.1.2核石墨的工作环境253

8.1.3高温气冷堆对石墨的要求257

8.2核石墨研发的主要问题264

8.2.1石墨的辐照损伤264

8.2.2核纯石墨制备的环境问题265

8.2.3焦炭骨料的研制266

8.2.4各向同性石墨的研制267

8.2.5核石墨特性描述268

8.2.6石墨构件中缺陷的无损检测270

8.2.7核石墨退役271

8.2.8核石墨的再生循环274

8.3核石墨的研发274

8.3.1核石墨研发的重要理论问题274

8.3.2核石墨研发途径275

8.4核石墨标准的制定278

8.4.1堆内石墨构件的设计规范278

8.4.2特性描述和评价技术的研发和标准化279

8.5核石墨研发回顾和展望279

参考文献281

第9章聚变堆用炭、石墨材料282

9.1核聚变原理282

9.2氢同位素的聚变反应283

9.3发生核聚变反应的条件284

9.3.1等离子体加热285

9.3.2等离子体约束285

9.4核聚变堆面向等离子体材料286

9.4.1聚变堆结构286

9.4.2聚变堆面向等离子体材料的功能和要求288

9.4.3面向等离子体的候选材料290

参考文献294

附录1早期核石墨概况295

附录2典型高温气冷堆用核石墨298

附录3第四代核反应堆候选石墨300