Grafittkjerne

Grafittkjerne er kjernen i en grafittmodert kjernefysisk reaktor, der grafitt fungerer som neutronmoderator og som en del av kjernestrukturen. I slike reaktorer blir nøytroner dempet til termiske energier av grafitten, slik at fisjon i drivstoffet – ofte naturlig eller lavtilført uran – kan fortsette. Grafittens egenskaper gjør den egnet til høy temperatur og radioaktive miljøer, samtidig som den har en relativt lav nøytronabsorpsjon for visse isotoper.

Selve moderatoren består vanligvis av blokker eller murverk av grafitt med høy renhet, arrangert for å danne kanaler for drivstoffstaver og kjølevæske. Grafitt har høy smeltetemperatur og god termisk stabilitet under stråling, men urenheter som bor eller andre absorberende stoffer kan redusere reaktiviteten. Irradiasjon fører til Wigner-energi og kan gjøre at materialet endrer tetthet eller form over tid, noe som krever overvåkning ved vedlikehold og oppgraderinger.

Historisk har grafittmoderte reaktorer spilt en viktig rolle i utviklingen av kjernefysikken. Chicago Pile-1 ble første kritisk i 1942 med en grafittmoderert oppsett. Storbritannia bygde Magnox- og Advanced Gas-Cooled Reactors som også benyttet grafitt som moderator, mens RBMK-reaktorer i Sovjetunionen brukte grafitt i moderatorrollen.

Sikkerhetsmessig er oksidasjon ved høy temperatur i luft en risiko, og grafittstøv samt aldersrelaterte endringer i geometri og reaktivitet er også utfordringer. I dag brukes grafittmoderte løsninger primært i forskningsreaktorer og i enkelte eldre industrireaktorer som har fått sikkerhetsoppgraderinger. Forskningen fokuserer på å forbedre renhet, oksidasjonsbestandighet og forståelsen av langtidseffekter under stråling.