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核石墨行业定义

核石墨，即核石墨，是核工业中使用的石墨材料。有中子慢化剂、原子堆用反射器、同位素生产用热柱石墨、高温气冷堆用球形石墨、块状石墨等。

核石墨特指那些被应用于核反应堆中的石墨材料，以其特定的性质和纯度要求，满足核反应堆的运行需求。在核能发电过程中主要用作中子慢化剂和反应堆结构材料。由于核石墨具备出色的中子减速和散射性能，它在核能领域获得了广泛的应用，并成为该领域中不可或缺的重要材料。

石墨本身是由碳元素构成的一种无定形材料，它的晶体结构是由层叠的碳原子所构成。正是这种特殊的层状晶体结构，使得石墨在中子减速和中子散射过程中展现出优异的性能。因此，石墨成为了核能反应堆中的重要组成材料，发挥着不可或缺的作用。

在核电反应堆中，核石墨主要用于控制反应堆内的核裂变速率，以维持核反应的稳定和安全。此外，它还可以用作反应堆的结构材料，以支持核燃料和其他部件。

核石墨行业分类

在核反应堆中，核石墨材料被广泛应用作为中子减速材料和反射材料。除此之外，它还可以被用作核燃料的夹套材料或核燃料的涂层材料。也有使用石墨和碳化硅作为核聚变反应堆炉壁材料的研究，但如果核石墨质量不高，容易造成核事故。核反应堆应用中，减速材料和反射材料是使用量最大的两种材料。据文献资料显示，在采用天然铀和石墨减速的Calder-Hall型核反应堆中，每产生10MW的电力就需要数百吨的石墨。而这些石墨中，约三分之二用于减速材料，约三分之一用于反射材料。

用于核反应堆的碳材料可分为石墨、碳、热解石墨、各向同性石墨和含硼石墨。根据其在反应堆中的不同用途，核石墨可以被制作成减速材料（也称为减速剂）、反射材料、包层以及用于熔融铀盐的坩埚等多种类型。

图表：核石墨行业用途

资料来源：智研瞻产业研究院整理

(1)石墨球。一般外径为60mm，内径为50mm。空心球外层经热解后包覆丙烯等碳、氢化合物，体积密度达到1.959/cm3，成为致密层。

(2)反应器内壁采用隔热碳砖(或石墨砖)。该部件能够有效阻止堆芯热量向壳体扩散，从而进一步提升堆芯的热效率。为了降低壳体的放射性强度，一般采用含硼碳材料。

核石墨行业上中下游

上游：核石墨的上游环节包括原材料采购和生产。原材料主要是石墨，可能来自天然石墨矿或人工合成。生产上游主要包括对原材料进行提取和加工，以获得符合核能产业要求的核石墨材料。

中游：核石墨的中游环节涉及材料加工和制造。这包括将原材料的核石墨进行成型、加工和加工，制成适用于核反应堆的中子减速剂和结构材料。

下游：核石墨的下游环节是应用和市场销售。核石墨作为核能产业的材料，主要用于核反应堆中，用于中子减速和控制反应堆中的核裂变速率，维持核反应的稳定性和安全性。因此，下游包括核能设备制造商、核电站运营商和核能研究机构等使用核石墨的机构。

数据来源：智研瞻产业研究院

核石墨行业市场规模和增长率

2017年，我国核石墨行业市场规模为约 30 .2亿元,同比增长率为约 10%。2018年，我国核石墨行业市场规模为约 36.5 亿元,同比增长率为约 12.5%。2019年，我国核石墨行业市场规模为约 44.5 亿元,同比增长率为约 14.5%。2020年，我国核石墨行业市场规模为约 50.5 亿元,同比增长率为约 8.5%。2021年，我国核石墨行业市场规模为约 60.5 亿元,同比增长率为约 10.5%。

2018-2023年H1中国核石墨行业市场规模:

统计数据显示，2018年中国核石墨行业市场规模36.5亿元，2023年H1中国核石墨行业市场规模37.75亿元。2018-2023年H1中国核石墨行业市场规模如下：

图表：2018-2023年H1中国核石墨行业市场规模

数据来源：智研瞻产业研究院

2023-2029年中国核石墨行业市场规模预测

预测，2029年中国核石墨行业市场规模108.5亿元。2023-2029年中国核石墨行业市场规模预测如下：

图表：2023-2029年中国核石墨行业市场规模预测

数据来源：智研瞻产业研究院

核石墨行业发展问题

核石墨的生产技术主要是在普通人工石墨生产技术的基础上发展和演化而来的。然而，在核石墨的生产过程中，存在着四个主要的技术难题和挑战，包括如何确保产品的高纯度、如何实现高密度、如何处理各向异性问题，以及如何进行机械加工。

(1)纯度高。

核石墨慢化剂的纯度是其最重要的特性之一。在制造过程中，首先选择纯度高且杂质含量低的石油焦和煤焦油沥青作为原料。特别需要注意的是，原料中的硼含量应较低，因为即使是1×10的硼含量也可能导致石墨产品的横截面增加，进而影响其质量。在高温石墨化的过程中，大部分金属杂质会在2800~3000℃的温度下挥发，然而，硼在3000℃以上的高温下也很难去除，原因是硼与碳会形成B4C3的化合物，这种化合物在高温下具有稳定性。对原料中硼含量的要求非常严格。除了原料之外，在生产过程中通过十余道工序减少外来杂质和合理的工艺体系也是非常重要的。

(2)高密度。

为了满足石墨堆运行的需求，核石墨应具有较高的密度，通常需要将密度控制在大约1.79g/cm³。这样的密度水平可以基本确保石墨堆的正常运行。石墨的体积密度表示慢化剂的有效减速率，单位体积的原子数随着密度的减小而减小，减速率也随之减小。

(3)各向异性较小。

当石墨被应用于核反应堆时，由于温度升高导致的热膨胀以及辐照引发的维格纳生长现象会出现。这种现象在垂直于挤压的方向上表现得尤为明显，而在平行于挤压的方向上影响较小。石墨块在膨胀过程中无法保持其原始形状的比例。因此，在由多个石墨块组成的缓速层结构中，石墨的这种各向异性膨胀是不可忽视的。石墨展现出各向异性特质，主要是由于其晶体结构本身具有强烈的各向异性。同时，在挤压成型的过程中，焦炭颗粒的排列方式也对产品的各向异性产生了决定性的影响。为此，在成型过程中，我们必须采取相应的措施来减少各向异性的表现。

(4)加工。

石墨减速层和反射层由成品块制成石墨砌体中精确尺寸的各种通道被用于放置燃料棒、控制棒、仪器以及进行测试。此外，所有石墨块砌筑可以防止中子流和冷却气体的泄漏。因此，核石墨的加工要求比任何石墨制品的加工精度更高。事实上，精度要求在几线以内。为了确保产品的加工精度，我们采用了专用的高精度加工机床进行生产。

图表：核石墨行业发展问题

资料来源：智研瞻产业研究院整理

核石墨行业发展趋势

随着科学技术的不断进步，人们对核石墨的研究也在不断深入。目前，一些新的石墨改性技术正在被开发，以进一步提高核石墨的性能和应用范围。例如，通过控制核石墨的晶格结构和杂质含量，可以调控其导电性和热导性。另外，一些新型的石墨合金材料也正在被研究，以满足不同领域对核石墨性能的需求。

随着全球对环境保护的重视，石墨的再利用和回收也成为一个研究热点。核石墨在使用过程中会产生废弃物，包括废石墨电极和废石墨堆芯等。如何高效地回收和再利用这些废弃物，成为当前研究的重点之一。

核石墨作为一种具有高热导性和高化学稳定性的材料，具有广泛的应用前景。从它的发现和起源开始，到如今在电池、航天、核能和化工等领域的应用，核石墨的发展历程充满了挑战和机遇。随着科学技术的不断进步，核石墨的研究也在不断深入，其发展趋势必将更加多样化和应用化。相信在不久的将来，核石墨将在更多领域发挥其优越的性能和潜力。