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需求背景

核石墨是多晶材料，石墨化度高。它对纯度的要求也很高，这是为了防止热中子吸附在慢化块上，它还具有各向同性，可以使其在高中子辐射条件下，能够在三维空间保持一定的稳定性。核石墨材料可以用来制作热结构部件，如：支承柱、热气导管、燃料元件等。各向同性炭石墨材料也可用于制造石墨球、堆芯材料、电极等核石墨产品。

高温气冷堆石墨堆芯材料暴露在极端环境条件下，需要承受中子辐射、高温（大约1273K），以及Pb-Bi共熔合金体系冷却剂的腐蚀环境。高温气冷堆内部堆芯材料由BeO慢化块、反射块、石墨燃料管及石墨反射块组成。

这类石墨堆芯材料一般需要经过核辐射实验，它具有高强度、脆性小、良好的各向异性，同时还具有很高的热导性能。通常，高温气冷堆用石墨堆芯材料可采用热等静压技术挤压、振动成型技术进行制备。可以加工、抛光制成各种制品，要求加工精度高，以并保证其纯度。

需解决的主要技术难题

清华大学核研院作为一个隶属于高水平大学的实体研究院，既能密切结合产业需求和发展方向，又拥有大学独有的源源不断的人才资源，还拥有便利的国际合作条件，在高科技研发中有着得天独厚的优势。在国家的长期支持下，核研院拥有了开展核石墨粉及其相关工艺研究的专门技术、专门设施、专门人才和宝贵的实践经验，同时还拥有3座不同类型的核反应堆，任何其它单位都很难在短时间内建成这样的条件和平台。与清华大学合作，清华负责核石墨粉制备工艺研究和相关的工艺试验以及产品的各项性能检测，我方矿石粉碎、浮选、筛分、整形，酸碱提纯至***%后，再经高温提纯，从而达到***%。 核石墨粉不仅技术指标要求高，而且开发周期长，检测项目多，费用昂贵，公司需要长期的大量投入，为保证公司的正常运转和该项目的顺利完成，需要政府在政策和资金方面给予大力支持。

期望实现的主要技术目标

分年度列出预期目标：包括技术指标和经济指标。 2021年 1、完成化学纯化车间、高温纯化车间、分析实验室、核石墨粉生产车间、核石墨粉库存车间的设计与建造 2、完成制备核石墨粉的矿石破碎车间、浮选车间及筛分车间的设计与改造 2022年 1、完成破碎与浮选设备的采购安装与调试，并完成选矿工艺研究 2、完成化学纯化设备、高温纯化设备、粉碎设备、整形设备、均混及分析设备的安装与调试 通过生产车间和实验室建设、矿石破碎和石墨浮选工艺以及核石墨粉体制备工艺、纯化工艺研究和优化以及工艺验证初步形成年产2000吨的核石墨粉的生产基地，根据市场需求规模可扩大到年产万吨 2023年 1、完成核石墨粉制备工艺研究与参数优化，完成批量生产。 核石墨粉的各项技术指标达到如下要求： 1）原料遴选 经过矿石粉碎、浮选、干燥、筛分和化学纯化，大于100目的筛上物不低于85%。 2）纯度：总灰分≤50ppm； 3）水质量百分数≤***％； 4）硼当量≤1ppm。 其它单个杂质的含量见表1： 表1 杂质元素及最高含量（µg/g） 元素 最高含量 元素 最高含量 元素 最高含量 Ba *** Li *** Sr *** Cl *** Mn *** Th *** Cr *** Mo *** U *** Fe *** Na *** V *** K *** Ni ***

需求解析

解析单位：“科创中国”黑龙江科技服务团（黑龙江省科学技术协会） 解析时间：2022-11-23

黄剑华

哈尔滨工业大学

教授

综合评价

石墨粉的辐照损伤对反应堆，特别是球床高温气冷堆的技术经济性能具有决定性的作用。中子慢化的机制是中子与慢化材料原子的弹性散射(碰撞)，把其携带的能量传递给慢化材料的原子。石墨粉也是核聚变反应堆面向等离子体材料的很有希望的候选材料。随着中子注量的增加，石墨粉先是收缩，达到小值后，收缩减小，恢复到原始尺寸，随后迅速膨胀.为了有效地利用裂变释放出来的中子，应使其慢化下来.石墨粉的热态性能通过辐照试验求得，辐照试验条件应尽可能与反应堆实际工况相同。

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