เนื่องจากเป็นทรัพยากรแร่ที่มีประสิทธิภาพดี ซิลิกอนคาร์ไบด์สีดำจึงสามารถนำไปใช้ในสาขาต่างๆ ได้ตามประสิทธิภาพการทำงาน และมีการใช้ในด้านพลังงานนิวเคลียร์อย่างไร เพื่อให้เข้าใจฟังก์ชันการใช้งานของซิลิกอนคาร์ไบด์สีดำได้ดีขึ้น เรามาแนะนำการใช้งานในสาขาพลังงานนิวเคลียร์กัน
ซิลิคอนคาร์ไบด์สีดำเป็นแร่ธาตุที่หายากมากในธรรมชาติ เรียกว่า โมอิซาไนต์ ซึ่งเป็นสารประกอบที่มีโควาเลนซ์สูงและมีโควาเลนซ์ประกอบด้วยอะตอมคาร์บอนและอะตอมซิลิกอน จึงมีความเสถียรสูงมาก ตาม “การประยุกต์ใช้วัสดุซิลิคอนคาร์ไบด์ในองค์ประกอบเชื้อเพลิงนิวเคลียร์” มีซิลิคอนคาร์ไบด์มากกว่า 200 แบบตามลำดับการเรียงซ้อนที่แตกต่างกัน ในจำนวนนั้น ซิลิคอนคาร์ไบด์ที่มีโครงสร้างลูกบาศก์ที่ศูนย์กลางหน้าคือ β-ซิลิคอนคาร์ไบด์ ซึ่งเป็นเฟสผลึกหลักของซิลิคอนคาร์ไบด์สีดำ และ β-ซิลิคอนคาร์ไบด์มีเสถียรภาพสูงที่อุณหภูมิต่ำกว่า 2100 °C
เนื่องจาก β-ซิลิคอนคาร์ไบด์มีคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยมมากมาย เช่น คุณสมบัติทางเคมีที่เสถียร การนำความร้อนสูง ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนต่ำ และความแข็งสูง จึงใช้กันอย่างแพร่หลายในการประมวลผลวัสดุ อิเล็กทรอนิกส์ อวกาศ และอุตสาหกรรมเคมี ตาม “การประยุกต์ใช้วัสดุซิลิกอนคาร์ไบด์ในองค์ประกอบเชื้อเพลิงนิวเคลียร์” ซิลิกอนคาร์ไบด์สีดำยังมีลักษณะของหน้าตัดการดูดซับนิวตรอนขนาดเล็ก เสถียรภาพในการฉายรังสีที่ดี กิจกรรมภายในและความร้อนสลายตัวต่ำ ทำให้เหมาะสำหรับสาขาของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์
ในด้านพลังงานนิวเคลียร์ เครื่องปฏิกรณ์ระบายความร้อนด้วยก๊าซอุณหภูมิสูงในประเทศปัจจุบันใช้เส้นทางทางเทคนิคขององค์ประกอบเชื้อเพลิงทรงกลมเซรามิกทั้งหมด เส้นผ่านศูนย์กลางขององค์ประกอบเชื้อเพลิงน้อยกว่า 1 มม. กระจายอยู่ในเมทริกซ์กราไฟต์ ซึ่งประกอบด้วยแกนเชื้อเพลิงนิวเคลียร์เซรามิกทรงกลม ชั้นคาร์บอนไพโรไลซิสหลวม ชั้นคาร์บอนไพโรไลซิสหนาแน่นด้านใน ชั้น SiC และชั้นคาร์บอนไพโรไลซิสหนาแน่นด้านนอก
ความเสถียรสูงของซิลิกอนคาร์ไบด์สีดำเป็นหนึ่งในการรับประกันความปลอดภัยโดยธรรมชาติของเครื่องปฏิกรณ์ระบายความร้อนด้วยก๊าซอุณหภูมิสูง ตามการประยุกต์ใช้วัสดุซิลิกอนคาร์ไบด์ในองค์ประกอบเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ สิ่งสำคัญในโครงสร้างการเคลือบ 4 ชั้นคือชั้นซิลิกอนคาร์ไบด์ และชั้นซิลิกอนคาร์ไบด์ที่สมบูรณ์สามารถปิดกั้นผลิตภัณฑ์แก๊สและฟิชชันแข็งส่วนใหญ่ได้ และสามารถทนต่อแรงกดดันภายในของผลิตภัณฑ์แก๊สในเชื้อเพลิงเคลือบ ซึ่งเป็นการรับประกันที่สำคัญสำหรับความปลอดภัยของเครื่องปฏิกรณ์ที่ระบายความร้อนด้วยแก๊สอุณหภูมิสูง นอกจากนี้ ซิลิกอนคาร์ไบด์ยังคงมีเสถียรภาพที่แข็งแกร่งต่ำกว่า 2100 °C และอุณหภูมิของแกนเครื่องปฏิกรณ์ที่ระบายความร้อนด้วยแก๊สอุณหภูมิสูงจะไม่เกินขีดจำกัดความปลอดภัยที่ 1620 °C ดังนั้นอนุภาคเชื้อเพลิงจะไม่ถูกเผาไหม้ในทางใดทางหนึ่ง ซึ่งหลีกเลี่ยงการรั่วไหลของกัมมันตภาพรังสีได้ในระดับพื้นฐาน นอกจากนี้ เครื่องปฏิกรณ์เกลือหลอมเหลว เครื่องปฏิกรณ์ที่ระบายความร้อนด้วยแก๊ส และซิลิกอนคาร์ไบด์สีดำในเครื่องปฏิกรณ์ที่ระบายความร้อนด้วยแก๊สอุณหภูมิสูงมีแนวโน้มการใช้งานที่กว้างขวาง
