Как минеральный ресурс с хорошими характеристиками, черный карбид кремния может использоваться в различных областях в зависимости от его характеристик, и как он используется в области ядерной энергетики? Чтобы лучше понять его функции применения, давайте рассмотрим его применение в области ядерной энергетики.
Черный карбид кремния — чрезвычайно редкий минерал в природе, известный как муассанит, который представляет собой соединение с сильной ковалентностью и ковалентностью, состоящее из атомов углерода и атомов кремния, поэтому оно обладает очень высокой стабильностью. Согласно «Применению материалов из карбида кремния в ядерных топливных элементах», существует более 200 вариантов карбида кремния в соответствии с различной последовательностью укладки. Среди них карбид кремния с гранецентрированной кубической структурой — это β-карбид кремния, который является основной кристаллической фазой черного карбида кремния, а β-карбид кремния обладает высокой стабильностью при температуре менее 2100 °C.
Поскольку β-карбид кремния обладает многими превосходными свойствами, такими как стабильные химические свойства, высокая теплопроводность, малый коэффициент теплового расширения и высокая твердость, он широко используется в обработке материалов, электронике, аэрокосмической и химической промышленности. Согласно «Применению материалов из карбида кремния в ядерных топливных элементах», черный карбид кремния также обладает характеристиками малого сечения поглощения нейтронов, хорошей стабильности облучения, низкой собственной активности и остаточного тепла, что делает его пригодным для области ядерных реакторов.
В области ядерной энергетики современный отечественный высокотемпературный газоохлаждаемый реактор принимает технический путь полностью керамических сферических топливных элементов, диаметр топливного элемента составляет менее 1 мм, диспергированного в графитовой матрице, которая состоит из сферического керамического ядерного топливного сердечника, рыхлого пиролизного углеродного слоя, внутреннего плотного пиролизного углеродного слоя, слоя SiC и внешнего плотного пиролизного углеродного слоя.
Высокая стабильность черного карбида кремния является одной из гарантий внутренней безопасности высокотемпературных газоохлаждаемых реакторов. Согласно применению материалов из карбида кремния в ядерных топливных элементах, важным в 4-слойной структуре покрытия является слой карбида кремния, а полный слой карбида кремния может блокировать большую часть газообразных и твердых продуктов деления и может выдерживать внутреннее давление газообразных продуктов в покрытом топливе, что является важной гарантией безопасности высокотемпературных газоохлаждаемых реакторов. Кроме того, карбид кремния сохраняет высокую стабильность ниже 2100 °C, и температура активной зоны высокотемпературного газоохлаждаемого реактора не превысит своего предела безопасности 1620 °C, поэтому частицы топлива не будут выгорать каким-либо образом, что принципиально предотвращает утечку радиоактивности. Кроме того, реакторы на расплавленных солях, газоохлаждаемые реакторы и черный карбид кремния в высокотемпературных газоохлаждаемых реакторах имеют широкие перспективы применения.
