Apliko de maloftaj teraj elementoj en nukleaj materialoj

1 、 Difino de nukleaj materialoj

En vasta senco, nuklea materialo estas la ĝenerala termino por materialoj uzataj ekskluzive en la nuklea industrio kaj nuklea scienca esplorado, inkluzive de nukleaj brulaĵoj kaj nukleaj inĝenieraj materialoj, IE ne nukleaj fuelaj materialoj.

La komune raportitaj al nukleaj materialoj plejparte raportas al materialoj uzataj en diversaj partoj de la reaktoro, ankaŭ nomataj reakciaj materialoj. Reakciaj materialoj inkluzivas nuklean brulaĵon, kiu spertas nuklean fision sub neŭtronaj bombardoj, tegmentajn materialojn por nukleaj fuelaj komponentoj, malvarmigiloj, neŭtronaj moderigantoj (moderigantoj), kontrolaj bastonaj materialoj, kiuj forte sorbas neŭtronojn, kaj reflektajn materialojn, kiuj malhelpas neŭtronajn filtraĵojn ekster la reaktoro.

2 、 CO asociita rilato inter maloftaj teraj rimedoj kaj nukleaj rimedoj

Monazito, ankaŭ nomata fosfocerita kaj fosfoceririta, estas ofta akcesora mineralo en intera acida igna roko kaj metamorfa roko. Monazite estas unu el la ĉefaj mineraloj de rara tero -metala erco, kaj ankaŭ ekzistas en iu sedimenta roko. Bruneca ruĝa, flava, foje bruneta flava, kun grasa brilo, kompleta dispecigo, Mohs-malmoleco de 5-5.5, kaj specifa gravito de 4.9-5.5.

La ĉefa minejo mineralo de iu plaĉa tipo maloftaj teraj tavoloj en Ĉinio estas Monazite, ĉefe situanta en Tongcheng, Hubei, Yueyang, Hunan, Shangrao, Jiangxi, Menghai, Yunnan, kaj li gubernio, Guangxi. Tamen, la eltiro de lokaj tipaj raraj teraj rimedoj ofte ne havas ekonomian signifon. Solecaj ŝtonoj ofte enhavas refleksajn toriajn elementojn kaj ankaŭ estas la ĉefa fonto de komerca plutonio.

3 、 Superrigardo de malofta tera apliko en nuklea fandado kaj nuklea fisio bazita sur patenta panorama analizo

Post kiam la ŝlosilvortoj de maloftaj teraj serĉaj elementoj estas plene vastigitaj, ili estas kombinitaj kun la ekspansiaj ŝlosiloj kaj klasifikaj nombroj de nuklea fisio kaj nuklea fandado, kaj serĉitaj en la datumbazo de INCOPT. La serĉa dato estas la 24 -an de aŭgusto 2020. 4837 patentoj estis akiritaj post simpla familia kunfandiĝo, kaj 4673 patentoj estis determinitaj post artefarita bruo -redukto.

Maloftaj teraj patentaj petoj en la kampo de nuklea fisio aŭ nuklea fandado estas distribuitaj en 56 landoj/regionoj, ĉefe koncentritaj en Japanio, Ĉinio, Usono, Germanio kaj Rusio, ktp. Konsiderinda nombro de patentoj estas aplikataj en la formo de PCT, el kiuj ĉinaj patentaj te technologynologiaj aplikoj pliiĝis en la tuta kampo kaj la tuta tempo, kaj pli kaj pli ol la fino de la tempo, kaj la japanio, kaj pli kaj pli ol la fino de la tempo, kaj pli kaj pli multaj.

Figuro 1 Tendenco de aplikoj de teknologiaj patentoj rilataj al malofta tera apliko en nuklea nuklea fisio kaj nuklea fandado en landoj/regionoj

El la analizo de teknikaj temoj videblas, ke la apliko de malofta tero en nuklea fandado kaj nuklea fisio fokusas pri brulaĵoj, scintililoj, radiaj detektiloj, aktinidoj, plasmoj, nukleaj reaktoroj, ŝirmaj materialoj, absorción de neŭtronoj kaj aliaj teknikaj direktoj.

4 、 Specifaj aplikoj kaj ŝlosila patenta esplorado de maloftaj teraj elementoj en nukleaj materialoj

Inter ili, nuklea fandado kaj nukleaj fisio -reagoj en nukleaj materialoj estas intensaj, kaj la postuloj por materialoj estas striktaj. Nuntempe, potencaj reaktoroj estas ĉefe nukleaj fisiaj reaktoroj, kaj fandaj reaktoroj povas esti popularigitaj grandskale post 50 jaroj. La apliko deMalofta TeroElementoj en reakciaj strukturaj materialoj; En specifaj nukleaj kemiaj kampoj, maloftaj teraj elementoj estas uzataj ĉefe en kontrolaj bastonoj; Krome,Skandioankaŭ estis uzata en radiookemio kaj nuklea industrio.

（1） Kiel brula veneno aŭ kontrolo por ĝustigi neŭtronan nivelon kaj kritikan staton de nuklea reaktoro

En potencaj reaktoroj, la komenca postrestanta reaktiveco de novaj kernoj estas ĝenerale relative alta. Precipe en la fruaj stadioj de la unua reproviza ciklo, kiam ĉiu nuklea brulaĵo en la kerno estas nova, la restanta reaktiveco estas la plej alta. Je ĉi tiu punkto, dependi nur de kreskantaj kontrolaj bastonoj por kompensi postrestan reaktivecon enkondukus pli da kontrolaj bastonoj. Ĉiu kontrolo -vergo (aŭ vergo -pakaĵo) respondas al la enkonduko de kompleksa veturanta mekanismo. Unuflanke, ĉi tio pliigas kostojn, kaj aliflanke, malfermi truojn en la prema ŝipo -kapo povas konduki al malpliigo de struktura forto. Ne nur ĝi estas neekonomia, sed ankaŭ ne rajtas havi certan kvanton da poroseco kaj struktura forto sur la prema ŝipo. Tamen, sen pliigi la kontrolajn bastonojn, necesas pliigi la koncentriĝon de kemiaj kompensaj toksinoj (kiel boro -acido) por kompensi la restantan reaktivecon. En ĉi tiu kazo, estas facile por la boro -koncentriĝo superi la sojlon, kaj la temperatur -koeficiento de la moderatoro fariĝos pozitiva.

Por eviti la menciitajn problemojn, kombinaĵo de brulaj toksinoj, kontrolaj bastonoj kaj kemia kompensokontrolo ĝenerale povas esti uzata por kontrolo.

（2） kiel dopanto por plibonigi la agadon de reakciaj strukturaj materialoj

Reaktoroj postulas strukturajn komponentojn kaj fuelajn elementojn havi certan nivelon de forto, koroda rezisto kaj alta termika stabileco, samtempe malhelpante fisiajn produktojn eniri la malvarmigilon.

1) .Rare Tera Ŝtalo

La nuklea reaktoro havas ekstremajn fizikajn kaj kemiajn kondiĉojn, kaj ĉiu ero de la reaktoro ankaŭ havas altajn postulojn por la speciala ŝtalo uzata. Maloftaj teraj elementoj havas specialajn modifajn efikojn sur ŝtalo, ĉefe inkluzive de purigo, metamorfismo, mikroalado kaj plibonigo de koroda rezisto. Maloftaj teroj enhavantaj ŝtalojn ankaŭ estas vaste uzataj en nukleaj reaktoroj.

① Puriga efiko: Ekzistanta esplorado montris, ke maloftaj teroj havas bonan purigan efikon sur fandita ŝtalo ĉe altaj temperaturoj. Ĉi tio estas ĉar raraj teroj povas reagi kun malutilaj elementoj kiel oksigeno kaj sulfuro en la fandita ŝtalo por generi alt-temperaturajn komponaĵojn. La alt-temperaturaj komponaĵoj povas esti precipititaj kaj malŝarĝitaj en la formo de inkludoj antaŭ la fandita ŝtala kondensado, tiel reduktante la malpurecan enhavon en la fandita ŝtalo.

② Metamorfismo: Aliflanke, la oksidoj, sulfidoj aŭ oksisulfidoj generitaj de la reago de malofta tero en la fandita ŝtalo kun malutilaj elementoj kiel oksigeno kaj sulfuro povas esti parte retenataj en la fandita ŝtalo kaj fariĝi inkluzivoj de ŝtalo kun alta fandopunkto. Ĉi tiuj inkluzivoj povas esti uzataj kiel heterogenaj nukleaj centroj dum solidigo de la fandita ŝtalo, tiel plibonigante la formon kaj strukturon de ŝtalo.

③ Microalloying: Se la aldono de malofta tero plue pliiĝas, la restanta malofta tero dissolviĝos en la ŝtalo post la supra purigo kaj metamorfismo. Ĉar la atoma radio de malofta tero estas pli granda ol tiu de fera atomo, malofta tero havas pli altan surfacan agadon. Dum la solidiga procezo de fandita ŝtalo, maloftaj teraj elementoj riĉiĝas ĉe la grena limo, kio povas pli bone redukti la apartigon de malpurecaj elementoj ĉe la grena limo, tiel fortigante la solidan solvon kaj ludante la rolon de mikroalado. Aliflanke, pro la trajtoj de hidrogeno -stokado de raraj teroj, ili povas sorbi hidrogenon en ŝtalo, tiel efike plibonigante la fenomenon de ŝtalo de hidrogeno.

④ Plibonigi korodan reziston: La aldono de maloftaj teraj elementoj ankaŭ povas plibonigi la korodan reziston de ŝtalo. Ĉi tio estas ĉar raraj teroj havas pli altan mem -korodan potencialon ol neoksidebla ŝtalo. Tial la aldono de maloftaj teroj povas pliigi la mem -korodan potencialon de neoksidebla ŝtalo, tiel plibonigante la stabilecon de ŝtalo en korodaj rimedoj.

2). Ŝlosila Patenta Studo

Ŝlosila Patento: Inventa Patento de Oksida Dispersio Plifortigita Malalta Aktiviga Ŝtalo kaj ĝia Prepara Metodo de Instituto de Metaloj, Ĉina Akademio de Sciencoj

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%, kaj 0.05%≤ Y2O3 ≤ 0.5%.

Fabrikada Procezo: Fe-Cr-Wv-Ta-Mn Patrina Alojo-Fandado, Pulvora Atomigo, Alta Energia Pilka Muelado de la Patrino-Alojo kajNanopartiklo Y2O3Miksita pulvoro, pulvoro envolvanta eltiradon, solidigan muldadon, varman ruladon kaj varmotraktadon.

Malofta Tero -Aldona Metodo: Aldonu NanoskalonY2O3Partikloj al la gepatra alojo atomigita pulvoro por alt-energia pilka muelado, kun la pilka muelada mezumo estante φ 6 kaj φ 10 miksitaj malmolaj ŝtalaj pilkoj, kun pilka muelanta atmosfero de 99,99% argona gaso, pilka materiala maso-proporcio de (8-10): 1, pilka muelilo de 40-70 horoj, kaj rota rapideco de 350-min.

3）. Uzataj por fari materialojn pri protektado de radiado de neŭtronoj

① Principo de protekto de neŭtronaj radioj

Neŭtronoj estas komponentoj de atomaj kernoj, kun statika maso de 1.675 × 10-27kg, kiu estas 1838 fojojn la elektronika maso. Ĝia radio estas proksimume 0,8 × 10-15m, simila en grandeco al protono, simila al γ-radioj estas same neŝarĝitaj. Kiam neŭtronoj interagas kun materio, ili ĉefe interagas kun la nukleaj fortoj en la kerno, kaj ne interagas kun la elektronoj en la ekstera ŝelo.

Kun la rapida disvolviĝo de nuklea energio kaj nuklea reaktoro -teknologio, pli kaj pli da atento estis donita al nuklea radia sekureco kaj protekto de nuklea radiado. Por plifortigi radian protekton por telefonistoj, kiuj okupiĝis pri konservado de radiaj ekipaĵoj kaj akcidento de akcidento dum longa tempo, ĝi havas grandan sciencan signifon kaj ekonomian valoron por disvolvi malpezajn ŝirmantajn komponaĵojn por protektaj vestaĵoj. Neŭtrona radiado estas la plej grava parto de radiado de nuklea reaktoro. Ĝenerale, la plej multaj el la neŭtronoj en rekta kontakto kun homoj malrapidiĝis al malalt-energiaj neŭtronoj post la neŭtrona ŝirmanta efiko de la strukturaj materialoj en la nuklea reaktoro. Malaltaj energiaj neŭtronoj kolizios kun kernoj kun pli malalta atoma nombro elaste kaj daŭre moderiĝos. La moderigitaj termikaj neŭtronoj estos absorbitaj de elementoj kun pli grandaj sekcioj de neŭtronaj absorción, kaj fine neŭtronaj ŝildoj estos atingitaj.

② Ŝlosila Patenta Studo

La poraj kaj organikaj neorganikaj hibridaj ecoj deMalofta Tera ElementoGadoliniumBazitaj metalaj organikaj skeletaj materialoj pliigas sian kongruon kun polietileno, antaŭenigante la sintezitajn kunmetitajn materialojn por havi pli altan enhavon de gadolinio kaj disvastiĝo de gadolinio. La alta enhavo kaj disvastiĝo de gadolinio influos rekte la neŭtronan ŝirman agadon de la kunmetitaj materialoj.

Ŝlosila Patento: Hefei Instituto pri Materia Scienco, Ĉina Akademio de Sciencoj, Inventa Patento de Gadolinium -Organika Kadro Kunmetita Ŝirmanta Materialo kaj ĝia Prepara Metodo

Patenta Abstrakto: Gadolinium -bazita metala organika skeleto kunmetita ŝirmanta materialo estas kunmetita materialo formita per miksadoGadoliniumBazita metala organika skeleta materialo kun polietileno en peza proporcio de 2: 1: 10 kaj formante ĝin per solventa vaporiĝo aŭ varma premado. Gadolinium -bazita metala organika skeleto kunmetitaj ŝirmantaj materialoj havas altan termikan stabilecon kaj termikan neŭtronan ŝirman kapablon.

Fabrikada Procezo: Elekti MalsamajnGadolinium -metaloSaloj kaj organikaj ligandoj por prepari kaj sintezi malsamajn specojn de gadolinium -bazitaj metalaj organikaj skeletaj materialoj, lavante ilin kun malgrandaj molekuloj de metanolo, etanolo aŭ akvo per centrifugado, kaj aktivigante ilin ĉe la alta temperaturo en la gadolaj reakciaj materialoj; La gadolinium-bazita organometala skeleta materialo preparita en paŝo estas agitita kun polietilen-locio je alta rapideco, aŭ ultrasonike, aŭ la gadolinium-bazita organometala skeleto preparita en paŝo estas fandiĝinta miksita kun ultra-alta molekula peza polietileno ĉe alta temperaturo ĝis plene miksita; Metu la unuforme miksitan gadolinium -bazitan metalan organikan skeletan materialon/polietilenan miksaĵon en la muldilon, kaj akiru la formitan gadolinium -bazitan metalan organikan skeleton kunmetitan ŝildan materialon per sekigado por antaŭenigi solventan vaporiĝon aŭ varman premadon; La preparita gadolinium -bazita metala organika skeleta kunmeta ŝirmanta materialo signife plibonigis varmo -reziston, mekanikajn proprietojn kaj superan termikan neŭtronan ŝirman kapablon kompare al puraj polietilenaj materialoj.

Malofta Aldona Modo: GD2 (BHC) (H2O) 6, GD (BTC) (H2O) 4 aŭ Gd (BDC) 1.5 (H2O) 2 pora kristala kunordiga polimero enhavanta gadolinion, kiu estas akirita per kunordiga polimerigo deGD (NO3) 3 • 6H2O aŭ GDCL3 • 6H2Okaj organika karboxilata ligando; La grandeco de gadolinium-bazita metala organika skeleta materialo estas 50nm-2 μ m ； gadolinium-bazitaj metalaj organikaj skeletaj materialoj havas malsamajn morfologiojn, inkluzive de granulaj, bastonaj, aŭ kudrilaj formoj.

（4） Apliko deSkandioen Radokemio kaj Nuklea Industrio

Skandio -metalo havas bonan termikan stabilecon kaj fortan fluoron -absorban rendimenton, igante ĝin nemalhavebla materialo en la atoma energia industrio.

Ŝlosila Patento: Ĉina Aerospaca Disvolviĝo Pekina Instituto de Aeronaŭtikaj Materialoj, Inventa Patento por Aluminia Zinka Magnezio -Skandio -Alojo kaj ĝia Prepara Metodo

Patenta abstrakto: aluminia zinkoMagnezio -Skandio -Alojokaj ĝia prepara metodo. La kemia kunmetaĵo kaj peza procento de la aluminia zinka magnezio -skandio -alojo estas: Mg 1.0%-2.4%, Zn 3.5%-5.5%, SC 0.04%-0.50%, Zr 0.04%-0.35%, malpuraĵoj, aliaj, aliaj, pli ol 0.35%, pli ol 0.0%, pli ol 0.0.35%, pli ol 0.0%, pli ol 0.35%. 0,15%, kaj la restanta kvanto estas AL. La mikrostrukturo de ĉi tiu aluminia zinka magnezio -skandio -alojo -materialo estas unuforma kaj ĝia agado estas stabila, kun finfina streĉa forto de pli ol 400mpa, rendimenta forto de pli ol 350MPa, kaj streĉa forto de pli ol 370MPa por velditaj artikoj. La materialaj produktoj povas esti uzataj kiel strukturaj elementoj en aerspaco, nuklea industrio, transportado, sportaj varoj, armiloj kaj aliaj kampoj.

Fabrikada procezo: Paŝo 1, ingredienco laŭ la supra alojo -kunmetaĵo; Paŝo 2: Fandiĝu en la fandanta forno je temperaturo de 700 ℃ ~ 780 ℃; Paŝo 3: Rafini la tute fanditan metalan likvaĵon, kaj konservi la metalan temperaturon ene de la 700 ℃ ~ 750 ℃ ​​dum rafinado; Paŝo 4: Post rafinado, ĝi estu plene permesata stari; Paŝo 5: Post plene starado, komencu gisadon, konservu la fornan temperaturon ene de la 690 ℃ ~ 730 ℃, kaj la rolantara rapideco estas 15-200mm/minuto; Paŝo 6: Plenumu homogenigan traktadon sur la alojo -ingoto en la hejtanta forno, kun homogeniga temperaturo de 400 ℃ ~ 470 ℃; Paŝo 7: Senŝeligu la homogenigitan ingoton kaj plenumu varman elfluon por produkti profilojn kun muro dikeco de pli ol 2,0mm. Dum la eltira procezo, la monbileto devas esti konservita je temperaturo de 350 ℃ ĝis 410 ℃; Paŝo 8: Elpremu la profilon por solva estingiĝanta traktado, kun solva temperaturo de 460-480 ℃; Paŝo 9: Post 72 horoj da solida solvo estingiĝante, permane devigi maljuniĝon. La mana forto -maljuniĝanta sistemo estas: 90 ~ 110 ℃/24 horoj+170 ~ 180 ℃/5 horoj, aŭ 90 ~ 110 ℃/24 horoj+145 ~ 155 ℃/10 horoj.

5 、 Esplora Resumo

Entute, maloftaj teroj estas vaste uzataj en nuklea fandado kaj nuklea fisio, kaj havas multajn patentajn aranĝojn en tiaj teknikaj direktoj kiel X-radia ekscitiĝo, plasma formado, malpeza akva reaktoro, transuranio, uranil kaj rusto-pulvoro. Koncerne al reakciaj materialoj, maloftaj teroj povas esti uzataj kiel reakciaj strukturaj materialoj kaj rilataj ceramikaj izolaj materialoj, kontrolaj materialoj kaj materialoj pri neŭtronaj radiado.