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G 73
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