1 、 Branduolinių medžiagų apibrėžimas
Plačiąja prasme branduolinė medžiaga yra bendras terminas medžiagoms, naudojamoms tik branduolinėje pramonėje ir branduoliniuose moksliniuose tyrimuose, įskaitant branduolinį kurą ir branduolines inžinerines medžiagas, ty branduolinio kuro medžiagas.
Dažniausiai nurodomos branduolinės medžiagos daugiausia susijusios su medžiagomis, naudojamomis įvairiose reaktoriaus dalyse, dar vadinamos reaktoriaus medžiagomis. Reaktorių medžiagose yra branduolinio kuro, kuriam atliekamas branduolinis skilimas po neutronų bombardavimu, apklijuotos medžiagos branduolinio kuro komponentams, aušinimo skysčiai, neutronų moderatoriai (moderatoriai), valdymo strypų medžiagos, kurios stipriai sugeria neutronus, ir atspindinčias medžiagas, neleidžiančias neutronų nutekėjimui už reaktoriaus.
2 、 CO Susiję santykiai tarp retųjų žemės ir branduolinių išteklių
Monazitas, dar vadinamas fosfoceritu ir fosfoceritu, yra dažnas priedų mineralas tarpiniame rūgšties ignoozinėje uolienoje ir metamorfinėje uolienoje. Monazitas yra vienas iš pagrindinių retos žemės metalo rūdos mineralų, taip pat egzistuoja kai kuriose nuosėdinėse uolienose. Ruda raudona, geltona, kartais rusvai geltona, su riebiu blizgesiu, visišku skilimu, MOHS kietumu 5–5,5 ir savitąjį sunkumą-4,9–5,5.
Pagrindinis kai kurių retųjų retųjų žemės telkinių rūdos mineralas Kinijoje yra monazitas, daugiausia įsikūręs Tongcheng, Hubei, Yueyang, Hunan, Shangrao, Jiangxi, Menghai, Yunnan ir He County, Guangxi. Tačiau retųjų žemių išteklių ištraukimas dažnai neturi ekonominės reikšmės. Vienatvės akmenys dažnai turi refleksinius torio elementus ir yra pagrindinis komercinio plutonio šaltinis.
3 、 Retosios žemės taikymo branduolinėje sintezėje ir branduolinio dalijimosi apžvalga Remiantis patentų panoramine analize
Kai retųjų Žemės paieškos elementų raktiniai žodžiai bus visiškai išplėsti, jie derinami su branduolinio dalijimosi ir branduolinės sintezės išplėtimo klavišais ir klasifikavimo numeriais ir ieškoma incopt duomenų bazėje. Paieškos data yra 2020 m. Rugpjūčio 24 d. 4837 patentai buvo gauti po paprasto šeimos susijungimo, o 4673 patentai buvo nustatyti sumažinus dirbtinį triukšmą.
Retųjų žemės patentų pritaikymas branduolinio dalijimosi ar branduolinės sintezės srityje yra platinamos 56 šalyse/regionuose, daugiausia sutelktos Japonijoje, Kinijoje, JAV, Vokietijoje ir Rusijoje ir kt 1).
1 paveikslas Taikymo tendencija Technologijų patentų, susijusių su retos žemės taikymu branduolinio branduolinio dalijimosi ir branduolinės sintezės, tendencija šalyse/regionuose
Iš analizuojant technines temas, galima pastebėti, kad retos Žemės taikymas branduolinėje sintezėje ir branduoliniame dalijimosi metu yra sutelktas į degalų elementus, scintiliatorius, radiacijos detektorius, aktinidus, plazmas, branduolinius reaktorius, ekranavimo medžiagas, neutronų absorbciją ir kitas technines kryptis.
4 °
Tarp jų branduolinės sintezės ir branduolinės dalijimosi reakcijos branduolinėse medžiagose yra intensyvios, o medžiagų reikalavimai yra griežti. Šiuo metu galios reaktoriai daugiausia yra branduolinio dalijimosi reaktoriai, o suliejimo reaktoriai gali būti išpopuliarėję dideliu mastu po 50 metų. TaikymasRetas žemėelementai reaktoriaus struktūrinėse medžiagose; Specifiniuose branduoliniuose cheminiuose laukuose retųjų žemės elementai daugiausia naudojami kontroliniuose strypuose; Be to,Skandistaip pat buvo naudojamas radiochemijoje ir branduolinėje pramonėje.
（1） kaip degiojo nuodų ar kontrolinio strypo, kad būtų galima sureguliuoti neutronų lygį ir kritinę branduolinio reaktoriaus būseną
Galios reaktoriuose pradinis naujų branduolių likęs reaktyvumas paprastai yra palyginti didelis. Ypač ankstyvajame pirmojo degalų papildymo ciklo etapuose, kai visi branduoliniai degalai yra nauji, likęs reaktyvumas yra didžiausias. Šiuo metu, pasikliaudami tik didėjančiais valdymo strypais, kad kompensuotumėte likutinį reaktyvumą, būtų daugiau valdymo strypų. Kiekvienas valdymo strypas (arba strypo pluoštas) atitinka sudėtingo vairavimo mechanizmo įvedimą. Viena vertus, tai padidina išlaidas, kita vertus, atidarant slėgio indo galvutės skylutes, gali sumažėti konstrukcijos stiprumas. Tai ne tik neekonomiška, bet ir neleidžiama turėti tam tikro poringumo ir struktūrinio stiprumo slėgio indo galvutėje. Tačiau, nepadidinant kontrolinių strypų, būtina padidinti cheminių medžiagų kompensavimo toksinų (pvz., Boro rūgšties) koncentraciją, kad būtų kompensuotas likusį reaktyvumą. Tokiu atveju boro koncentracijai lengva viršyti slenkstį, o moderatoriaus temperatūros koeficientas taps teigiamas.
Norint išvengti minėtų problemų, kontroliuojant gali būti naudojamas degių toksinų, kontrolinių strypų ir cheminės kompensavimo kontrolės derinys.
（2） Kaip dopantas, siekiant pagerinti reaktoriaus struktūrinių medžiagų veikimą
Reaktoriams reikalaujama, kad konstrukciniai komponentai ir degalų elementai turėtų tam tikrą stiprumą, atsparumą korozijai ir dideliam šiluminiam stabilumui, kartu neleidžiant skilimo produktų patekti į aušinimo skystį.
1) .Rare Žemės plienas
Branduolinis reaktorius turi ekstremalias fizines ir chemines sąlygas, o kiekvienas reaktoriaus komponentas taip pat turi didelius reikalavimus specialiam naudojamam plienui. Retųjų žemės elementai turi ypatingą modifikavimo poveikį plienui, daugiausia apima gryninimą, metamorfizmą, mikro palengvinimą ir atsparumo korozijai gerinimą. Retoji žemė, kurioje yra plienų, taip pat plačiai naudojamos branduoliniuose reaktoriuose.
① Valymo efektas: Esami tyrimai parodė, kad retos žemės turi gerą gryninimo poveikį išlydytam plienui aukštoje temperatūroje. Taip yra todėl, kad retos žemės gali reaguoti su kenksmingais elementais, tokiais kaip deguonis ir siera išlydytame pliene, kad susidarytų aukštos temperatūros junginiai. Aukštos temperatūros junginius galima nusodinti ir išleisti kaip intarpai prieš išlydytą plieną kondensuojant ir taip sumažinant priemaišų kiekį išlydytame pliene.
② Metamorfizmas: Kita vertus, oksidai, sulfidai ar oksisulfidai, kuriuos sukelia retos žemės reakcija į išlydytą plieną su kenksmingais elementais, tokiais kaip deguonis ir siera, iš dalies gali būti išlaikomi išlydytame pliene ir tampa plieno inklieriais, esant aukštam lydymosi taškui. Šie intarpai gali būti naudojami kaip nevienalyčiai branduolių centrai sukietėjus išlydytam plienui, taip pagerinant plieno formą ir struktūrą.
③ Mikro palengvinimas: Jei dar labiau padidėja retos žemės pridėjimas, likusi reta žemė bus ištirpinta pliene pasibaigus aukščiau valymui ir metamorfizmas. Kadangi retos žemės atominis spindulys yra didesnis nei geležies atomo, retos žemės paviršiaus aktyvumas yra didesnis. Išlydyto plieno sukietėjimo proceso metu prie grūdų ribos praturtina retos žemės elementai, o tai gali geriau sumažinti priemaišų segregaciją prie grūdų ribos, taip sustiprinant kietą tirpalą ir vaidindamas mikro lygmens vaidmenį. Kita vertus, dėl retųjų žemių vandenilio kaupimosi charakteristikų jie gali absorbuoti vandenilį pliene, taip efektyviai pagerinti plieno vandenilio įkalinimo fenomeną.
④ Atsparumo korozijai gerinimas: Pridėjus retų žemės elementų, taip pat gali pagerinti plieno atsparumą korozijai. Taip yra todėl, kad retos žemės turi didesnį savęs korozijos potencialą nei nerūdijantis plienas. Todėl pridedant retųjų žemių gali padidėti nerūdijančio plieno paties korozijos potencialas, taip pagerindamas plieno stabilumą korozinėje terpėje.
2). Pagrindinis patentų tyrimas
Pagrindinis patentas: Išradimo oksido dispersijos patentas sustiprino žemo aktyvavimo plieno ir jo paruošimo metodą Metalų instituto, Kinijos mokslų akademijos instituto
Patent abstract: Provided is an oxide dispersion strengthened low activation steel suitable for fusion reactors and its preparation method, characterized in that the percentage of alloy elements in the total mass of the low activation steel is: the matrix is Fe, 0.08% ≤ C ≤ 0.15%, 8.0% ≤ Cr ≤ 10.0%, 1.1% ≤ W ≤ 1.55%, 0.1% ≤ V ≤ 0.3%, 0.03% ≤ ta ≤ 0,2%, 0,1 ≤ mn ≤ 0,6%, o 0,05%≤ y2O3 ≤ 0,5%.
Gamybos procesas: Fe-Cr-WV-TA-MN motinos lydinio lydymas, miltelių atomizavimas, didelės energijos rutulinio malimas motinos lydinio irY2O3 nanodalelėMišrūs milteliai, miltelių vokų ekstrahavimas, kietėjimo liejimas, karštas valcavimas ir šilumos apdorojimas.
Retas žemės papildymo metodas: pridėkite nanoskalęY2O3Dalelės prie tėvų lydinio atomizuotų miltelių, skirtų didelėms energijos rutuliniams frezavimams, o rutulinių frezavimo terpė yra φ 6 ir φ 10 mišrių kietojo plieno rutulių, o rutulio frezavimas-99,99% argono dujų, rutulinės medžiagos masės santykis (8–10): 1, rutulio frezavimo laikas-40–70 valandų ir sukimosi greitis-350–500 R/min.
3）. Naudojamas gaminti neutronų radiacijos apsaugos medžiagas
① Neutronų radiacijos apsaugos principas
Neutronai yra atominių branduolių komponentai, kurių statinė masė yra 1,675 × 10–27 kg, tai yra 1838 kartus didesnė už elektroninę masę. Jo spindulys yra maždaug 0,8 × 10–15 m, panašaus dydžio kaip protonas, panašus į γ spindulius, yra vienodai neįkrauti. Kai neutronai sąveikauja su materija, jie daugiausia sąveikauja su branduolinėmis jėgomis branduolio viduje ir nebendrauja su išorinio apvalkalo elektronais.
Sparčiai plėtojant branduolinės energijos ir branduolinių reaktorių technologiją, vis daugiau dėmesio buvo skiriama branduolinės radiacijos saugai ir branduolinės radiacijos apsaugai. Siekiant sustiprinti radiacijos apsaugą operatoriams, kurie ilgą laiką užsiima radiacijos įrangos priežiūra ir avarijų gelbėjimu, yra puiki mokslinė reikšmė ir ekonominė vertė, norint sukurti lengvus apsauginius drabužius. Neutronų radiacija yra svarbiausia branduolinio reaktoriaus radiacijos dalis. Paprastai dauguma neutronų, esančių tiesiogiai kontaktuojant su žmonėmis, buvo sulėtinti iki mažos energijos neutronų po neutronų ekrano struktūrinių medžiagų poveikio branduoliniame reaktoriuje. Mažos energijos neutronai susidurs su branduoliais su mažesniu atominiu skaičiumi elastingai ir toliau bus moderuojami. Saikingi šiluminiai neutronai bus absorbuoti elementais, turinčiais didesnius neutronų absorbcijos skerspjūvius, ir galiausiai bus pasiektas neutronų ekranas.
② Pagrindinis patentų tyrimas
Akytos ir organinės-neorganinės hibridinės savybėsRetas žemės elementasGadoliniumPagrindinės metalo organinės skeleto medžiagos padidina jų suderinamumą su polietilenu, skatinant susintetintas kompozicines medžiagas, kad būtų didesnis gadolinio kiekis ir gadolinio dispersija. Didelis gadolinio kiekis ir dispersija tiesiogiai paveiks kompozicinių medžiagų neutronų ekraną.
Pagrindinis patentas: Hefei Medžiagos mokslo institutas, Kinijos mokslų akademija, „Gadolinium“ pagrindu sukurtos ekologiškos struktūros sudėtinės ekrano medžiagos išradimas ir jos paruošimo metodas
Patentinė santrauka: „Gadolinium“ pagrindu pagaminta metalinė organinių skeletų kompozicinė ekrano medžiaga yra kompozicinė medžiaga, suformuota maišantGadoliniumPagrindinė metalinė organinė skeleto medžiaga su polietilenu, kurio svorio santykis yra 2: 1: 10, ir formuojant ją per tirpiklio išgarinimą ar karštą presavimą. Gadolinio pagrindu pagamintos metalinės organinės skeleto kompozicinės ekrano medžiagos turi didelį šiluminį stabilumą ir šiluminį neutronų ekraną.
Gamybos procesas: skirtingų pasirinkimasGadolinio metalasdruskos ir organiniai ligandai, skirti paruošti ir susintetinti įvairių rūšių gadolinio pagrindu pagamintus metalo organines skeleto medžiagas, plaunant jas mažomis metanolio, etanolio ar vandens molekulėmis, centrifuguojant ir suaktyvindami jas aukštoje temperatūroje vakuume, kad būtų visiškai pašalintos liekanos nereaguojamos žaliavos gadolinio pagrindu pagamintų metalo organinių skeleto medžiagų; Gadolinio pagrindu pagaminta organometalinė skeleto medžiaga, paruošta žingsnyje, dideliu greičiu maišoma su polietileno losjonu arba ultragarsu, arba gadolinio pagrindu pagamintos organometalinės skeleto medžiagos, paruoštos žingsnyje, yra ištirpta su ypač aukštos molekulinio svorio polietilenu aukštoje temperatūroje, kol visiškai sumaišoma; Įdėkite vienodai sumaišytą gadolinio pagrindu pagamintą metalinę organinę skeleto medžiagą/polietileno mišinį į pelėsį ir įsigykite suformuotą gadolinio pagrindu pagamintą metalo organinį skeleto kompozicinę skydą, džiovindami, kad būtų skatinamas tirpiklio garinimas arba karštas spaudimas; Paruošta „Gadolinium“ pagrindu pagaminta metalinė organinė skeleto kompozicinė ekrano medžiaga žymiai pagerino šilumos atsparumą, mechanines savybes ir pranašesnius šiluminio neutronų ekranavimo galimybes, palyginti su grynomis polietileno medžiagomis.
Rare earth addition mode: Gd2 (BHC) (H2O) 6, Gd (BTC) (H2O) 4 or Gd (BDC) 1.5 (H2O) 2 porous crystalline coordination polymer containing gadolinium, which is obtained by coordination polymerization ofGD (NO3) 3 • 6H2O arba GDCL3 • 6H2Oir organinis karboksilato ligandas; Gadolinio pagrindu pagamintos metalo organinės skeleto medžiagos dydis yra 50 nm-2 μm ； gadolinio pagrindu pagamintos metalo organinės skeleto medžiagos turi skirtingas morfologijas, įskaitant granuliuotos, lazdelės formos ar adatos formos.
（4） TaikymasSkandisRadiochemijos ir branduolinių pramonėje
Skandžio metalas turi gerą šiluminį stabilumą ir stiprų fluoro absorbcijos savybes, todėl atominės energijos pramonėje jis yra nepakeičiama medžiaga.
Pagrindinis patentas: Kinijos aviacijos ir kosmoso plėtra Pekino aeronautinių medžiagų institutas, aliuminio cinko magnio skandžio lydinio išradimo patentas ir jo paruošimo metodas
Patento santrauka: aliuminio cinkasMagnio skandžio lydinysir jo paruošimo metodas. Aliuminio cinko magnio skandžio lydinio cheminė sudėtis ir svorio procentas yra: Mg 1,0%-2,4%, Zn 3,5%-5,5%, SC 0,04%-0,50%, ZR 0,04%-0,35%, Kiti, kitos, kitos, kitos -0,05%≤ 0,05%≤ 0,05 proc. 0,15%, o likusi suma yra Al. Šios aliuminio cinko magnio skandžio lydinio medžiagos mikrostruktūra yra vienoda, o jos našumas yra stabilus, o didžiausias tempimo stipris viršija 400MPa, išeigos stipris viršija 350MPa, o tempimo stipris viršija 370MPa - suvirintoms sąnariams. Materialūs produktai gali būti naudojami kaip konstrukciniai elementai aviacijos ir kosmoso, branduolinės energijos pramonėje, transportavimo, sporto prekėse, ginkluose ir kitose srityse.
Gamybos procesas: 1 žingsnis, ingredientas pagal aukščiau pateiktą „Alloy“ kompoziciją; 2 žingsnis: ištirpinkite lydymo krosnį 700 ℃ ~ 780 ℃ temperatūroje; 3 žingsnis: patikslinkite visiškai ištirpintą metalinį skystį ir palaikykite metalo temperatūrą 700 ℃ ~ 750 ℃ rafinavimo metu; 4 žingsnis: Po tobulinimo turėtų būti leista visiškai stovėti; 5 žingsnis: Visiškai stovint, pradėkite liejimą, palaikykite krosnies temperatūrą 690 ℃ ~ 730 ℃ diapazone, o liejimo greitis yra 15–200 mm/minutė; 6 žingsnis: Atlikite homogenizacijos atkaitinimo apdorojimą lydinio luitoje šildymo krosnyje, kai homogenizacijos temperatūra yra 400 ℃ ~ 470 ℃; 7 žingsnis: nulupkite homogenizuotą luitą ir atlikite karštą išspaudimą, kad profiliai būtų sukurti virš 2,0 mm. Išspaudos proceso metu ruošinys turėtų būti palaikomas 350–410 ℃ temperatūroje; 8 žingsnis: išspauskite tirpalo gesinimo profilį, kai tirpalo temperatūra yra 460–480 ℃; 9 žingsnis: Po 72 valandų kieto tirpalo gesinimo, rankiniu būdu jėgos senėjimas. Rankinės jėgos senėjimo sistema yra: 90 ~ 110 ℃/24 valandos+170 ~ 180 ℃/5 valandos arba 90 ~ 110 ℃/24 valandos+145 ~ 155 ℃/10 valandų.
5 、 Tyrimų santrauka
Apskritai, retos žemės yra plačiai naudojamos branduolio suliejimo ir branduolio dalijimosi metu ir turi daug patentų išdėstymų tokiomis techninėmis kryptimis kaip rentgeno spindulių sužadinimas, plazmos susidarymas, lengvojo vandens reaktorius, transuraniumas, uranilo ir oksido milteliai. Kalbant apie reaktorių medžiagas, retos žemės gali būti naudojamos kaip reaktoriaus konstrukcinės medžiagos ir susijusios keraminės izoliacijos medžiagos, kontrolinės ir neutronų radiacijos apsaugos medžiagos.
Pašto laikas: 2012 m. Gegužės 26 d