1 、 A nukleáris anyagok meghatározása
Széles értelemben a nukleáris anyag az általános kifejezés a kizárólag a nukleáris iparban és a nukleáris tudományos kutatásokban, beleértve a nukleáris üzemanyagot és a nukleáris mérnöki anyagokat, azaz a nem nukleáris üzemanyag -anyagokat.
A nukleáris anyagokra általánosan hivatkozott, elsősorban a reaktor különböző részein használt anyagokra, más néven reaktor anyagokra vonatkoznak. A reaktoranyagok magukban foglalják a nukleáris üzemanyagot, amely neutron bombázás alatt nukleáris hasadáson megy keresztül, a nukleáris üzemanyag -alkatrészek burkolatát, a hűtőfolyadékokat, a neutron moderátorokat (moderátorok), a kontroll rúd anyagokat, amelyek erősen felszívják a neutronokat, és olyan fényvisszaverő anyagok, amelyek megakadályozzák a neutronszivárgást a reaktoron kívül.
2 、 CO kapcsolódó kapcsolat a ritkaföldfémek és az atomerőforrások között
A monazit, amelyet foszfokeritnek és foszfokeritnek is neveznek, egy általános kiegészítő ásványi anyag a közbenső savmás kőzetben és a metamorf kőzetben. A monazit a ritkaföldfém fémérc egyik fő ásványa, és néhány üledékes kőzetben is létezik. Barnás vörös, sárga, néha barnás sárga, zsíros csillogás, teljes hasadással, Mohs keménység 5-5,5 és specifikus gravitációja 4,9-5,5.
Néhány placer típusú ritkaföldfém -lerakódások fő érc ásványa Kínában a monazit, elsősorban Tongcheng, Hubei, Yueyang, Hunan, Shangrao, Jiangxi, Menhai, Yunnan és He megyében, Guangxiban. A placer típusú ritkaföldfémek erőforrásainak kitermelése azonban gyakran nem rendelkezik gazdasági jelentőséggel. A magányos kövek gyakran reflexív tórium elemeket tartalmaznak, és a kereskedelmi plutónium fő forrása is.
3 、 A ritkaföldfémek alkalmazásának áttekintése a nukleáris fúzióban és a nukleáris hasadásban a szabadalmi panorámás elemzés alapján
Miután a ritkaföldfémek keresési elemeinek kulcsszavainak teljes mértékben kibővülnek, kombinálják azokat a nukleáris hasadás és a nukleáris fúzió tágulási kulcsokkal és osztályozási számával, és az Incopt adatbázisban kerestek. A keresési dátum 2020. augusztus 24 -én. 4837 szabadalmat szereztek az egyszerű családi egyesülés után, és a mesterséges zajcsökkentés után 4673 szabadalmat határoztak meg.
A ritkaföldfémi szabadalmi kérelmeket a nukleáris hasadás vagy a nukleáris fúzió területén 56 országban/régióban osztják el, amelyek elsősorban Japánban, Kínában, az Egyesült Államokban, Németországban és Oroszországban koncentrálódnak, stb. Jelentős számú szabadalom kerül alkalmazásra a PCT formájában, amelynek a kínai szabadalmi technológiák az első években növekszik (különösen az évek óta), és az Egyesült Államok, az Egyesült Államok és az oroszországi szakaszok tovább folytatódnak az elrendezésben.
1. ábra: A technológiai szabadalmak alkalmazási trendje a ritkaföldfémek alkalmazásával kapcsolatban a nukleáris nukleáris hasadás és a nukleáris fúzióban az országokban/régiókban
A műszaki témák elemzéséből kitűnik, hogy a ritkaföldfémek nukleáris fúzióban és a nukleáris hasadásban az üzemanyag -elemekre, a szcintillátorokra, a sugárterületekre, az aktinidekre, a plazmákra, a nukleáris reaktorokra, az árnyékoló anyagokra, a neutron felszívódásra és más műszaki irányokra összpontosítanak.
4 、 A ritkaföldfémek elemeinek konkrét alkalmazásai és kulcsfontosságú szabadalmi kutatása a nukleáris anyagokban
Közülük a nukleáris fúzió és a nukleáris hasadási reakciók a nukleáris anyagokban intenzívek, és az anyagokra vonatkozó követelmények szigorúak. Jelenleg az energiareaktorok elsősorban nukleáris hasadási reaktorok, és a fúziós reaktorok 50 év után nagymértékben népszerűsíthetők. Aritkaföldföldelemek a reaktor szerkezeti anyagokban; A specifikus nukleáris kémiai mezőkben a ritkaföldfémek elemeit elsősorban a kontroll rudakban használják; Ezenkívül,scandiuma radiokémiában és a nukleáris iparban is használták.
（1） éghető méreg vagy kontroll rúd, hogy beállítsák a neutronszintet és a nukleáris reaktor kritikus állapotát
A teljesítményreaktorokban az új magok kezdeti maradék reakcióképessége általában viszonylag magas. Különösen az első üzemanyag -feltöltési ciklus korai szakaszában, amikor a magban lévő összes nukleáris üzemanyag új, a fennmaradó reakcióképesség a legmagasabb. Ezen a ponton a kizárólag a kontroll rudak növekvő támaszkodása a maradék reakcióképesség kompenzálása érdekében több kontroll rudat vezetne be. Minden vezérlő rúd (vagy rúdcsomag) megfelel egy komplex vezetési mechanizmus bevezetésének. Egyrészt ez növeli a költségeket, másrészt a nyomó edényfejű lyukak kinyitása a szerkezeti szilárdság csökkenéséhez vezethet. Nem csak gazdaságtalan, hanem nem szabad bizonyos porozitást és szerkezeti szilárdságot biztosítani a nyomás edényfején. A kontroll rudak növelése nélkül azonban növelni kell a kémiai kompenzáló toxinok (például bórsav) koncentrációját a fennmaradó reakcióképesség kompenzálása érdekében. Ebben az esetben a bórkoncentrációnak könnyű meghaladni a küszöböt, és a moderátor hőmérsékleti együtthatója pozitív lesz.
A fent említett problémák elkerülése érdekében az éghető toxinok, a kontroll rudak és a kémiai kompenzáció ellenőrzésének kombinációja általában használható a kontrollhoz.
（2） mint adalékanyag, hogy javítsa a reaktor szerkezeti anyagok teljesítményét
A reaktoroknak a szerkezeti alkatrészek és az üzemanyag -elemek megkövetelik, hogy bizonyos szintű szilárdsággal, korrózióállósággal és nagy hőstabilitással rendelkezzenek, miközben megakadályozzák a hasadási termékek belépését a hűtőfolyadékba.
1) .Rare Föld acél
A nukleáris reaktornak szélsőséges fizikai és kémiai állapota van, és a reaktor minden alkotóeleme magas követelményeket is tartalmaz a használt speciális acélra. A ritkaföldfémek elemei speciális módosítási hatást gyakorolnak az acélra, elsősorban a tisztítást, a metamorfizmust, a mikroallosziát és a korrózióállóság javulását. A ritkaföldfémeket tartalmazó acélokat is széles körben használják a nukleáris reaktorokban.
① Tisztítási hatás: A meglévő kutatások kimutatták, hogy a ritkaföldfémek jó tisztítási hatással vannak az olvadt acélra magas hőmérsékleten. Ennek oka az, hogy a ritkaföldfémek káros elemekkel, például oxigén és kénben reagálhatnak az olvadt acélban, hogy magas hőmérsékletű vegyületeket generáljanak. A magas hőmérsékletű vegyületek kicsaphatók és az olvadt acél kondenzátorok előtti zárvány formájában kiüríthetők, ezáltal csökkentve az olvadt acél szennyezősági tartalmát.
② Metamorfizmus: Másrészt az olvadt acélban a ritkaföldfémen lévő oxidok, szulfidok vagy oxiszulfidek káros elemekkel, például oxigén és kén, részben megmaradhatnak az olvadt acélban, és acél zárkái nagy olvadásponttal. Ezek a zárványok heterogén nukleációs központokként használhatók az olvadt acél megszilárdulásakor, ezáltal javítva az acél alakját és szerkezetét.
③ Mikroalloying: Ha a ritkaföldfém hozzáadása tovább növekszik, akkor a fennmaradó ritkaföld földet feloldják az acélban, miután a fenti tisztítás és a metamorfizmus befejeződött. Mivel a ritkaföldfém atomi sugara nagyobb, mint a vas atomé, a ritkaföldfém magasabb a felületi aktivitással. Az olvadt acél megszilárdulási folyamata során a ritkaföldfémek elemei a gabonahatáron gazdagodnak, ami jobban csökkentheti a szennyeződés elemeinek szegregációját a gabona határán, ezáltal megerősítve a szilárd oldatot és a mikro -filmek szerepét. Másrészt, a ritkaföldfémek hidrogén tárolási jellemzői miatt, elnyelhetik az acél hidrogénjét, ezáltal hatékonyan javítva az acél hidrogén -öblítő jelenségét.
④ A korrózióállóság javítása: A ritkaföldfémek elemeinek hozzáadása javíthatja az acél korrózióállóságát is. Ennek oka az, hogy a ritkaföldfémek nagyobb önkorróziópotenciállal rendelkeznek, mint a rozsdamentes acél. Ezért a ritkaföldfémek hozzáadása növelheti a rozsdamentes acél önkorróziós potenciálját, ezáltal javítva az acél stabilitását a korrozív közegekben.
2). Legfontosabb szabadalmi tanulmány
Főbb szabadalom: Az oxid -diszperzió találmányi szabadalma megerősítette az alacsony aktiváló acél és annak előkészítési módszerét a Fémek Intézetén, a Kínai Tudományos Akadémia által
Szabadalmi absztrakt: Feltéve, hogy egy oxid -diszperzió megerősített, alacsony aktiváló acél, amely alkalmas fúziós reaktorokra és annak előkészítési módszerére, amelyben az alacsony aktiváló acél teljes tömegében az ötvözött elemek százaléka: a mátrix Fe, 0,08% ≤ C ≤ 0,15%, 8,0% ≤ CR ≤ 10,0%, 1,1% ≤ W ≤ 1,55%, 0,1%, 0,3%, V ≤ 0,3%, 0,03%≤ ta ≤ 0,2%, 0,1 ≤ mn ≤ 0,6%és 0,05%≤ y2o3 ≤ 0,5%.
Gyártási folyamat: FE-CR-WV-TA-MN Anya ötvözet olvasztás, por porlasztása, az anya ötvözet nagy energiájú gömbmarása ésY2O3 nanorészecskeVegyes por, porral borító por, megszilárdulás, forró gördítés és hőkezelés.
Ritkaföldfém -összeadási módszer: Adjon hozzá nanoméretűY2O3részecskék a szülő ötvözet-atomizált porhoz a nagy energiájú golyó őrléshez, a golyó maró közeg φ 6 és φ 10 vegyes kemény acélgömbökkel, gömbmarási atmoszféra 99,99% argongáz, gömb anyag tömegessége (8-10): 1, gömbmarás idő 40-70 óra, és 350-500 R/perc.
3）.
① A neutron sugárzás védelmének alapelve
A neutronok az atommagok alkotóelemei, statikus tömege 1,675 × 10-27 kg, ami az elektronikus tömeg 1838-szorosa. Sugara kb. 0,8 × 10-15 m, méretük hasonló a protonhoz, hasonló a γ-sugarakhoz, ugyanolyan töltésűek. Amikor a neutronok az anyaggal kölcsönhatásba lépnek, elsősorban a magon belüli nukleáris erőkkel kölcsönhatásba lépnek, és nem lépnek kölcsönhatásba a külső héj elektronjával.
Az atomenergia és a nukleáris reaktor technológiájának gyors fejlődésével egyre több figyelmet fordítottak a nukleáris sugárzás biztonságára és a nukleáris sugárzás védelmére. Annak érdekében, hogy megerősítsék a sugárzás védelmét azoknak a szolgáltatóknak, akik hosszú ideig részt vettek a sugárzásban történő karbantartás és a balesetek mentése, nagy tudományos jelentőséggel bír és gazdasági értéket képvisel a védőruházat könnyű, árnyékoló kompozitjainak kialakítása. A neutron sugárzás a nukleáris reaktor sugárzás legfontosabb része. Általában az emberekkel való közvetlen érintkezésben lévő neutronok többségét alacsony energiájú neutronokra lassították, miután a nukleáris reaktoron belüli szerkezeti anyagok neutron árnyékoló hatása volt. Az alacsony energiájú neutronok az alacsonyabb atomszámú magokkal ütköznek, és továbbra is moderálódnak. A moderált termikus neutronokat nagyobb neutron abszorpciós keresztmetszetű elemek abszorbeálják, és végül a neutron árnyékolás érhető el.
② Főbb szabadalmi tanulmány
A porózus és szerves-szervetlen hibrid tulajdonságairitkaföldfémi elemgadolíniumAz alapú fém szerves csontváz anyagok növelik kompatibilitásukat a polietilénnel, elősegítve a szintetizált kompozit anyagokat, hogy magasabb gadolinium -tartalmat és gadolinium diszperzióval rendelkezzenek. A magas gadolinium -tartalom és diszperzió közvetlenül befolyásolja a kompozit anyagok neutron árnyékoló teljesítményét.
Főbb szabadalom: Hefei Anyagtudományi Intézet, Kínai Tudományos Akadémia, Gadolinium alapú ökológiai keretrendszer találmánya szabadalma, és az előkészítési módszer
Szabadalmi absztrakt: A gadolinium alapú fém szerves csontváz kompozit árnyékoló anyag egy összetett anyag, amelyet keveréssel képeznekgadolíniumAlapú fém szerves csontváz anyag polietilénnel, 2: 1: 10 tömeg arányban, és oldószer párolgás vagy forró sajtolás révén képezi. A gadolinium alapú fém szerves csontváz kompozit árnyékoló anyagok nagy hőstabilitással és termikus neutron árnyékolási képességgel rendelkeznek.
Gyártási folyamat: Különböző kiválasztásagatolinium fémSók és szerves ligandumok különféle ekolinium alapú fémszervezeti csontváz anyagok előkészítésére és szintetizálására, kis metanol, etanol vagy víz centrifugálás útján történő mosására, és nagy hőmérsékleten történő aktiválásuk a vákuum körülmények között; A lépcsőn elkészített gadolinium alapú szerves-vázas anyagot nagy sebességgel vagy ultrahanggal keverjük polietilén krémmel, vagy a Gadolinium alapú organometall-csontváz anyagot, amelyet lépésben elkészítenek, ultra-magas molekuláris polietilénnel keverednek, míg teljesen összekeverednek; Helyezze az egyenletesen kevert gadolinium alapú fém szerves csontváz -anyagot/polietilén keveréket a penészbe, és szerezze be a képződött gadolinium alapú fém szerves csontváz kompozit árnyékoló anyagot az oldószer párolgás vagy a forró préselés elősegítésére; Az előkészített gadolinium alapú fém szerves csontváz kompozit árnyékoló anyag jelentősen javította a hőállóságot, a mechanikai tulajdonságokat és a kiváló termikus neutron árnyékolási képességet a tiszta polietilén anyagokhoz képest.
Ritkaföldfém -összeadási mód: GD2 (BHC) (H2O) 6, GD (BTC) (H2O) 4 vagy GD (BDC) 1,5 (H2O) 2 porózus kristályos koordinációs polimer, amely gadoliniumot tartalmaz, amelyet koordinációs polimerizációjával kapunk meg.GD (NO3) 3 • 6H2O vagy GDCL3 • 6H2Oés szerves karboxilát ligandum; A gadolinium alapú fém szerves csontváz anyagának mérete 50nm-2 μm ； ； gadolinium alapú fém szerves csontváz anyagok eltérő morfológiákkal rendelkeznek, beleértve a szemcsés, rúd alakú vagy tű alakú formákat.
（4） AScandiuma radiokémia és a nukleáris iparban
A Scandium Metal jó hőstabilitással és erős fluorbeszorulási teljesítménygel rendelkezik, ez nélkülözhetetlen anyag az atomenergia -iparban.
Fontos szabadalom: Kína repülőgép -fejlesztés Pekingi Repülési Anyagok Intézete, találmányi szabadalom egy alumínium cink magnézium -ötvözethez és annak előkészítési módszeréhez
Szabadalmi absztrakt: alumínium cinkmagnézium -scandium ötvözetés az előkészítési módszer. Az alumínium cink magnézium -scandium ötvözet kémiai összetétele és súly százaléka: Mg 1,0%-2,4%, Zn 3,5%-5,5%, SC 0,04%-0,50%, Zr 0,04%-0,35%, Cu ≤ 0,2%, más 0,0%-os szennyeződések, más 0,0%, más 0,0%, más 0,0%, más 0,0%, más 0,0%, más 0,0%, más 0,0%, más ≤ 0,2%, Si ≤ 0,35%, Fe ≤ 0,4%. 0,15%, és a fennmaradó összeg al. Ennek az alumínium cink magnézium -scandium ötvözet anyagának mikroszerkezete egyenletes és teljesítménye stabil, a végső szakítószilárdság több mint 400 mPa, a 350 mPa feletti hozamszilárdság és a hegesztett ízületeknél több mint 370 mPa szakítószilárdság. Az anyagtermékek felhasználhatók a repülőgép, a nukleáris ipar, a szállítás, a sportcikkek, a fegyverek és más területek szerkezeti elemekként.
Gyártási folyamat: 1. lépés, összetevő a fenti ötvözet kompozíció szerint; 2. lépés: Olvadjon az olvasztó kemencében 700 ℃ ~ 780 ℃ hőmérsékleten; 3. lépés: Finomítsa a teljesen olvasztott fémfolyadékot, és tartsa a fémhőmérsékletet 700 ℃ ~ 750 ℃ tartományban a finomítás során; 4. lépés: A finomítás után teljes mértékben hagyni kell, hogy álljon; 5. lépés: A teljes állás után kezdje el az öntést, tartsa fenn a kemence hőmérsékletét 690 ℃ ~ 730 ℃ tartományban, és az öntési sebesség 15-200 mm/perc; 6. lépés: Végezzen homogenizációs izzító kezelést a fűtőkemencében lévő ötvözetben, 400 ℃ ~ 470 ℃ homogenizációs hőmérsékleten; 7. lépés: Hámozza meg a homogenizált rúdot, és végezzen forró extrudálást, hogy profilokat állítson elő, amelyekben több mint 2,0 mm. Az extrudálási folyamat során a tuskót 350 ℃ - 410 ℃ hőmérsékleten kell tartani; 8. lépés: Szorítsa meg a profilt az oldat-oltási kezeléshez, oldathőmérséklet 460-480 ℃; 9. lépés: 72 órás szilárd oldat -oldás után, manuálisan az öregedéssel. A kézi erő öregedési rendszere: 90 ~ 110 ℃/24 óra+170 ~ 180 ℃/5 óra, vagy 90 ~ 110 ℃/24 óra+145 ~ 155 ℃/10 óra.
5 、 Kutatási összefoglaló
Összességében a ritkaföldeket széles körben használják a nukleáris fúzióban és a nukleáris hasadásban, és számos szabadalmi elrendezéssel rendelkeznek olyan technikai irányban, mint a röntgen gerjesztés, a plazma képződése, a könnyűvíz-reaktor, a transzurán, az uranil és az oxidpor. Ami a reaktor anyagokat illeti, a ritkaföldfémek felhasználhatók reaktor szerkezeti anyagként és a kapcsolódó kerámia szigetelő anyagokként, a kontroll anyagok és a neutron sugárzási védőanyagokként.
A postai idő: május-26-2023