Д. В. Харьков графит в науке и ядерной технике г. Новосибирск 013 Монография

 
1.3. 
Изменение свойств конструкционного графита при облучении 
1.3.1. Оценка работоспособности графита в кладках уран-графитовых 
реакторов
Особенности поведения графита для применения в кладках графитовых 
реакторов исследовались в целом ряде работ, в частности, в 
[19, 37, 52-57]. 
Графит, и мелкозернистый графит, в частности, предназначенный для 
ядерных реакторов, обладает повышенной прочностью при высоких 
температурах. Это свойство графитов объясняют, как правило, 
«залечиванием» микротрещин в результате самодиффузии атомов углерода 
при повышенных температурах 
[19, 31]. 
Заметное возрастание прочности 
графитовых композитов происходит вплоть до 2400÷2500
o
С, затем прочность 
начинает резко падать.

---

37 
Столь уникальный характер прочностных свойств графитовых 
композитов 
при 
повышенных 
температурах 
позволяет 
сохранять 
работоспособность графитовых кладок уран-графитовых реакторов под 
воздействием нейтронного облучения в течение многих десятков лет, с почти 
двукратным превышением ресурсного срока. Например, графитовая кладка 
реактора АМ 1 Обнинской АЭС остается работоспособной в течение 50 лет 
[57].
Динамика процесса разрушения графита под воздействием высоких 
температур и нейтронного облучения происходит, как можно полагать, всё 
так же в две стадии, и это можно обнаружить, 
например
, по изменениям 
электрической проводимости, связанной с ней теплопроводности и предела 
прочности графитовых композитов от флюенса нейтронов (рис. 1.13).
Рис. 1.13.
Характерная кривая изменения зависимости относительного 
изменения удельного электросопротивления образцов графитовой кладки от 
флюенса нейтронов (вверху). Характерная кривая зависимости относительного 
изменения предела прочности при сжатии образцов от флюенса нейтронов (внизу). 
Использованы графические данные работы 
[57].

---

38 
В работах 
[53-57] 
в качестве критерия работоспособности графита из 
уран-графитовой кладки выбрано отношение пределов прочности при сжатии 
и изгибе, поскольку это отношение практически не меняется при окислении 
или облучении дозами ниже критического флюенса нейтронов. Этот 
эмпирически найденный показатель весьма чувствителен к радиационному 
распуханию образцов и начинает быстро расти при закритических флюенсах 
нейтронов.
В работах Виргильева Ю.С. с сотрудниками установлена также 
взаимосвязь между относительными изменениями размеров графитовых 
образцов реакторных графитов и физическими свойствами графита 
(электросопротивление, модуль Юнга, предел прочности) в зависимости от 
флюенса нейтронов [
3
]. В работе 
[58] 
для обоснования работоспособности 
графитовой кладки ядерного реактора был предложен комплекс 
математических моделей и программ для расчёта деформаций графита в 
процессе 
эксплуатации 
с 
учётом 
неоднородности 
распределения 
температурного и нейтронного поля, а также анизотропной усадки и 
распухания графита вследствие ползучести. 
1.3.2. Теория радиационно-индуцированного формоизменения графита 
Двустадийная модель разрушения твёрдых тел, несмотря на свою 
простоту и наглядность, как правило
,
не применима для сложных 
гетерогенных систем, находящихся под комплексным воздействием 
облучения, повышенной температуры и механических напряжений. В этой 
ситуации требуется иной подход, и такой подход был разработан в ряде 
работ, в частности 
Kelly B.T.
[59], 
а также в ряде работ Панюкова С.В. с 
соавторами 
[60-61]. 
Согласно 
[60, стр.268] 
«…при описании радиационно-индуцированных 
эффектов графит рассматривается как поликристалл, состоящий из 
определённым образом упорядоченных кристаллитов» (рис.1.14). Дальний 
текстурный порядок в графите либо значительно ослаблен, либо отсутствует 

---

39 
в зависимости от степени разупорядоченности в ориентации кристаллитов. 
Различие в ориентации соседних кристаллитов при наличии анизотропии их 
свойств ведёт к появлению микротрещин на границах кристаллитов, которые 
вносят определяющий вклад в упругость структурно-разупорядоченных 
твёрдых тел.
Морфология графита согласно 
[61] 
определяется двумя главными 
составляющими – наполнителем и связующим при наличии ансамбля 
микротрещин 
и 
технологических 
пор. 
Связующее 
имеет 
мелкокристаллическую 
однородную 
структуру, 
наполнитель 
- 
иерархическую, в основе которой лежит микрокристаллит с более или менее 
совершенной кристаллической структурой. Микрокристаллиты образуют 
различного рода образования – зёрна с разной степенью выраженности 
текстуры.