1、 Difino de Nukleaj Materialoj
En larĝa signifo, nuklea materialo estas la ĝenerala termino por materialoj uzataj ekskluzive en la nuklea industrio kaj nuklea scienca esplorado, inkluzive de nuklea fuelo kaj nukleaj inĝenieraj materialoj, t.e. ne nukleaj fuelaj materialoj.
La komune referencataj al nukleaj materialoj ĉefe rilatas al materialoj uzataj en diversaj partoj de la reaktoro, ankaŭ konataj kiel reaktoraj materialoj. Reaktormaterialoj inkludas nuklean fuelon kiu spertas atomfision sub neŭtronbombado, tegmaterialojn por atomfuelaj komponentoj, fridigaĵojn, neŭtronmoderigilojn (moderigiloj), kontrolstangmaterialojn kiuj forte absorbas neŭtronojn, kaj reflektajn materialojn kiuj malhelpas neŭtronan elfluadon ekster la reaktoro.
2、 Kuna rilata rilato inter maloftaj teraj rimedoj kaj nukleaj rimedoj
Monazito, ankaŭ nomita fosfocerito kaj fosfocerito, estas ofta akcesora mineralo en meza acida fajra roko kaj metamorfa roko. Monazito estas unu el la ĉefaj mineraloj de rara tera metalerco, kaj ankaŭ ekzistas en iu sedimenta roko. Brunruĝa, flava, foje bruneta flava, kun grasa brilo, kompleta interfendo, Mohs-malmoleco de 5-5.5, kaj specifa pezo de 4.9-5.5.
La ĉefa ercmineralo de kelkaj placer-tipaj rarateraj kuŝejoj en Ĉinio estas monazito, ĉefe situanta en Tongcheng, Hubejo, Yueyang, Hunan, Shangrao, Jiangxi, Menghai, Junano, kaj He County, Guangxi. Tamen, la eltiro de placer-specaj maloftaj terresursoj ofte ne havas ekonomian signifon. Solecaj ŝtonoj ofte enhavas refleksivajn torielementojn kaj ankaŭ estas la ĉeffonto de komerca plutonio.
3、 Superrigardo de aplikado de maloftaj tero en nuklea fuzio kaj nuklea fisio bazita sur patenta panorama analizo
Post kiam la ŝlosilvortoj de rareteraj serĉelementoj estas plene vastigitaj, ili estas kombinitaj kun la vastiĝŝlosiloj kaj klasifiknombroj de nuklea fisio kaj nuklea fuzio, kaj serĉitaj en la Incopt-datumbazo. La serĉdato estas la 24-a de aŭgusto 2020. 4837 patentoj estis akiritaj post simpla familia kunfandiĝo, kaj 4673 patentoj estis determinitaj post artefarita bruoredukto.
Petoj de patento de rara tero en la kampo de nuklea fisio aŭ nuklea fuzio estas distribuitaj en 56 landoj/regionoj, ĉefe koncentritaj en Japanio, Ĉinio, Usono, Germanio kaj Rusio, ktp. Konsiderinda nombro da patentoj estas aplikataj en formo de PCT. , el kiuj ĉinaj patentteknologiaj aplikoj pligrandiĝas, precipe ekde 2009, enirante en rapidan kreskostazon, kaj Japanio, Usono kaj Rusio daŭre aranĝas en ĉi tiu kampo dum multaj jaroj (Figuro 1).
Figuro 1 Apliko-tendenco de teknologiaj patentoj rilataj al maloftaj tero-apliko en nuklea fisio kaj nuklea fuzio en landoj/regionoj
Oni povas vidi el la analizo de teknikaj temoj, ke la aplikado de rara tero en nuklea fuzio kaj nuklea fisio fokusiĝas al fuelelementoj, scintilatoroj, radiaddetektiloj, aktinidoj, plasmoj, nukleaj reaktoroj, ŝirmaj materialoj, neŭtronsorbado kaj aliaj teknikaj direktoj.
4、 Specifaj Aplikoj kaj Ŝlosila Patenta Esplorado de Rara Teraj Elementoj en Nukleaj Materialoj
Inter ili, nuklea fuzio kaj nukleaj fisiaj reagoj en nukleaj materialoj estas intensaj, kaj la postuloj por materialoj estas striktaj. Nuntempe, potencaj reaktoroj estas ĉefe nukleaj fisiaj reaktoroj, kaj fuziaj reaktoroj povas esti popularigitaj grandskale post 50 jaroj. La apliko derara teroelementoj en reaktoraj strukturaj materialoj; En specifaj nukleaj kemiaj kampoj, rareteraj elementoj estas ĉefe uzataj en kontrolstangoj; Krome,skandioankaŭ estis uzita en radiokemio kaj atomindustrio.
（1） Kiel brulema veneno aŭ kontrolstango por ĝustigi neŭtronnivelon kaj kritikan staton de nuklea rektoro
En potencaj reaktoroj, la komenca resta reagemo de novaj kernoj estas ĝenerale relative alta. Precipe en la fruaj stadioj de la unua benzinuma ciklo, kiam la tuta nuklea fuelo en la kerno estas nova, la restanta reagemo estas la plej alta. Ĉe tiu punkto, fidi sole je kreskantaj kontrolstangoj por kompensi por resta reagemo enkondukus pli da kontrolstangoj. Ĉiu kontrolstango (aŭ bastonfasko) egalrilatas al la enkonduko de kompleksa veturmekanismo. Unuflanke, tio pliigas kostojn, kaj aliflanke, malfermi truojn en la premuja kapo povas konduki al malkresko de struktura forto. Ĝi ne nur estas malekonomia, sed ankaŭ ne rajtas havi certan kvanton da poreco kaj struktura forto sur la prema vazokapo. Tamen, sen pliigi la kontrolstangojn, necesas pliigi la koncentriĝon de kemiaj kompensaj toksinoj (kiel borata acido) por kompensi la restantan reagemon. En ĉi tiu kazo, estas facile por la boro-koncentriĝo superi la sojlon, kaj la temperaturkoeficiento de la moderigaĵo fariĝos pozitiva.
Por eviti la menciitajn problemojn, kombinaĵo de bruligeblaj toksinoj, kontrolstangoj kaj kemia kompensa kontrolo povas ĝenerale esti uzata por kontrolo.
（2） Kiel dopanto por plibonigi la agadon de reaktoraj strukturaj materialoj
Reaktoroj postulas strukturajn komponentojn kaj fuelelementojn havi certan nivelon de forto, korodreziston, kaj altan termikan stabilecon, dum ankaŭ malhelpante fisiproduktojn enirado de la fridigaĵo.
1) .Rara tero ŝtalo
La nuklea reaktoro havas ekstremajn fizikajn kaj kemiajn kondiĉojn, kaj ĉiu komponanto de la reaktoro ankaŭ havas altajn postulojn por la speciala ŝtalo uzata. Rarateraj elementoj havas specialajn modifefikojn sur ŝtalo, ĉefe inkluzive de purigo, metamorfismo, mikroalojado, kaj plibonigo de korodrezisto. Rara tero enhavantaj ŝtalojn ankaŭ estas vaste uzitaj en nukleaj reaktoroj.
① Puriga efiko: Ekzistantaj esploroj montris, ke raraj teroj havas bonan purigan efikon sur fandita ŝtalo ĉe altaj temperaturoj. Ĉi tio estas ĉar raraj teroj povas reagi kun damaĝaj elementoj kiel ekzemple oksigeno kaj sulfuro en la fandita ŝtalo por generi alt-temperaturajn kunmetaĵojn. La alt-temperaturaj kunmetaĵoj povas esti precipitataj kaj eligitaj en formo de inkludoj antaŭ ol la fandita ŝtalo kondensiĝas, tiel reduktante la malpurecenhavon en la fandita ŝtalo.
② Metamorfismo: aliflanke, la oksidoj, sulfidoj aŭ oksisulfidoj generitaj de la reago de rara tero en la fandita ŝtalo kun malutilaj elementoj kiel ekzemple oksigeno kaj sulfuro povas esti parte retenitaj en la fandita ŝtalo kaj fariĝi inkludoj de ŝtalo kun alta frostopunkto. . Tiuj inkludoj povas esti utiligitaj kiel heterogenaj nukleaj centroj dum solidiĝo de la fandita ŝtalo, tiel plibonigante la formon kaj strukturon de ŝtalo.
③ Mikroalojado: se la aldono de rara tero pligrandiĝas, la restanta malofta tero estos solvita en la ŝtalo post la supra purigo kaj metamorfismo finiĝos. Ĉar la atomradiuso de rara tero estas pli granda ol tiu de feratomo, rara tero havas pli altan surfacan aktivecon. Dum la solidiĝoprocezo de fandita ŝtalo, maloftaj teraj elementoj estas riĉigitaj ĉe la grena limo, kio povas pli bone redukti la apartigon de malpuraj elementoj ĉe la grena limo, tiel plifortigante la solidan solvaĵon kaj ludante la rolon de mikroalojado. Aliflanke, pro la hidrogena stokado-karakterizaĵoj de maloftaj teroj, ili povas sorbi hidrogenon en ŝtalo, tiel efike plibonigante la hidrogenan fragiliĝo-fenomenon de ŝtalo.
④ Plibonigi korodan reziston: La aldono de raraj teraj elementoj ankaŭ povas plibonigi la korodan reziston de ŝtalo. Ĉi tio estas ĉar raraj teroj havas pli altan memkorodan potencialon ol rustorezista ŝtalo. Tial, la aldono de raraj teroj povas pliigi la memkorodan potencialon de neoksidebla ŝtalo, tiel plibonigante la stabilecon de ŝtalo en koroda amaskomunikilaro.
2). Ŝlosila Patenta Studo
Ŝlosila patento: inventa patento de oksida disvastigo plifortigita malalta aktiviga ŝtalo kaj ĝia preparmetodo de Instituto de Metaloj, Ĉina Akademio de Sciencoj
Patenta abstraktaĵo: Provizita estas oksida disperso plifortigita malalta aktiviga ŝtalo taŭga por fuziaj reaktoroj kaj ĝia preparmetodo, karakterizita pro tio, ke la procento de alojaj elementoj en la tuta maso de la malalta aktiviga ŝtalo estas: la matrico estas 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%.
Produkta procezo: Fe-Cr-WV-Ta-Mn-patrina alojofandado, pulvora atomigo, alt-energia pilka muelado de la patrina alojo kajY2O3 nanopartiklomiksita pulvoro, pulvora envolvanta eltiro, solidiga muldado, varma rulado kaj varmotraktado.
Metodo de aldono de rara tero: Aldonu nanoskalonY2O3eroj al la gepatra alojo atomigita pulvoro por alt-energia pilka muelado, kun la pilka muelado medio estas Φ 6 kaj Φ 10 miksitaj malmolaj ŝtalaj buloj, kun pilka muelado-atmosfero de 99,99% argona gaso, pilka materiala masproporcio de (8-). 10): 1, pilka muelanta tempo de 40-70 horoj, kaj rotacia rapideco de 350-500 r/min.
3）.Uzita por fari neŭtronajn radioprotektajn materialojn
① Principo de neŭtrona radiada protekto
Neŭtronoj estas komponantoj de atomkernoj, kun statika maso de 1.675 × 10-27kg, kio estas 1838 fojojn la elektronika maso. Ĝia radiuso estas proksimume 0.8 × 10-15m, simila en grandeco al protono, simila al γ Radioj estas same neŝargitaj. Kiam neŭtronoj interagas kun materio, ili plejparte interagas kun la nukleaj fortoj ene de la nukleo, kaj ne interagas kun la elektronoj en la ekstera ŝelo.
Kun la rapida disvolviĝo de nuklea energio kaj nuklea reaktora teknologio, pli kaj pli da atento estas pruntita al nuklea radiada sekureco kaj nuklea radiada protekto. Por plifortigi radioprotekton por funkciigistoj, kiuj delonge okupiĝas pri prizorgado de radiado-ekipaĵo kaj akcidento-savado, estas de granda scienca signifo kaj ekonomia valoro evoluigi malpezajn ŝirmajn kunmetaĵojn por protekta vestaĵo. Neŭtrona radiado estas la plej grava parto de nuklea reaktora radiado. Ĝenerale, la plej multaj el la neŭtronoj en rekta kontakto kun homoj estis bremsitaj al malaltenergiaj neŭtronoj post la neŭtrona ŝirma efiko de la strukturaj materialoj ene de la nuklea rektoro. Malaltenergiaj neŭtronoj kolizias kun nukleoj kun pli malalta atomnumero elaste kaj daŭre estas moderigitaj. La moderigitaj termikaj neŭtronoj estos absorbitaj per elementoj kun pli grandaj neŭtronsorbaj sekcoj, kaj finfine neŭtrona ŝirmado estos atingita.
② Ŝlosila Patenta Studo
La poraj kaj organikaj-neorganikaj hibridaj propraĵoj deelemento de rara terogadoliniobazitaj metalaj organikaj skeletmaterialoj pliigas sian kongruecon kun polietileno, promociante la sintezitajn kunmetitajn materialojn por havi pli altan gadolinian enhavon kaj gadolinian disperson. La alta enhavo kaj disvastigo de gadolinio rekte influos la neŭtronan ŝirman agadon de la kunmetitaj materialoj.
Ŝlosila patento: Hefei-Instituto de Materiala Scienco, Ĉina Akademio de Sciencoj, inventa patento de organika kadra kunmetita ŝirma materialo bazita en gadolinio kaj ĝia preparmetodo
Patent Abstract: Gadolinio-bazita metala organika skeleta kunmetita ŝirmmaterialo estas kunmetita materialo formita per miksado.gadoliniobazita metala organika skeleta materialo kun polietileno en pezoproporcio de 2:1:10 kaj formante ĝin per solva vaporiĝo aŭ varma premado. Gadolinio bazita metalo organika skeleto komponaĵo ŝirmado materialoj havas altan termika stabileco kaj termika neŭtrona ŝirmado kapablon.
Procezo de fabrikado: elektante malsamajgadolinia metalosaloj kaj organikaj Perantoj por prepari kaj sintezi malsamajn specojn de gadoliniobazitaj metalaj organikaj skeletmaterialoj, lavante ilin per malgrandaj molekuloj de metanolo, etanolo aŭ akvo per centrifugado, kaj aktivigante ilin ĉe alta temperaturo sub vakuaj kondiĉoj por plene forigi la restajn nereagajn krudaĵojn. en la poroj de la gadolinio bazita metalo organika skeleto materialoj; La gadolinio bazita organometalic skeleto materialo preparita en paŝo estas movita kun polietileno locio ĉe alta rapido, aŭ ultrasonically, aŭ la gadolinio bazita organometalic skeleto materialo preparita en paŝo estas fandita miksita kun ultra-alta molekula pezo polietileno ĉe alta temperaturo ĝis plene miksita; Metu la unuforme miksitan gadolinion bazitan metalan organikan skeletmaterialon/polietilenan miksaĵon en la muldilon, kaj akiru la formitan gadolinian bazitan metalan organikan skeleton kunmetitan ŝirman materialon per sekigado por antaŭenigi solvan vaporiĝon aŭ varman premadon; La preta gadolinio bazita metala organika skeleta kunmetita ŝirmmaterialo signife plibonigis varmegan reziston, mekanikajn ecojn, kaj superan termikan neŭtronan ŝirman kapablon kompare kun puraj polietilenaj materialoj.
Reĝimo de aldono de rara tero: 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 karboksilata Peranto; La grandeco de gadoliniobazita metala organika skeletmaterialo estas 50nm-2 μm; Gadoliniobazitaj metalaj organikaj skeletmaterialoj havas malsamajn morfologiojn, inkluzive de grajnecaj, bastonformaj aŭ pingloformaj formoj.
（4） Apliko deSkandioen Radiokemio kaj atomindustrio
Skandio-metalo havas bonan termikan stabilecon kaj fortan fluoran sorbadon, igante ĝin nemalhavebla materialo en la atomenergia industrio.
Ŝlosila patento: Ĉina Aerospaca Disvolviĝo Pekina Instituto de Aeronaŭtika Materialoj, inventa patento por aluminiozinka magnezia skandio alojo kaj ĝia preparmetodo
Abstraktaĵo de patento: Aluminia zinkomagnezia skandio alojokaj ĝia preparmetodo. La kemia komponado kaj pezoprocento de la aluminia zinko 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 Cu ≤ 0,2%, Si ≤ 0,35%, Fe ≤ 0,4%, aliaj malpuraĵoj ununura ≤ 0.05%, aliaj malpuraĵoj entute ≤ 0.15%, kaj la restanta kvanto estas Al. La mikrostrukturo de ĉi tiu materialo de aluminia zinka magnezio skandio-alojo estas unuforma kaj ĝia agado estas stabila, kun finfina streĉa forto de pli ol 400MPa, rendimento de pli ol 350MPa, kaj streĉa forto de pli ol 370MPa por velditaj juntoj. La materialaj produktoj povas esti uzataj kiel strukturaj elementoj en aerospaco, nuklea industrio, transportado, sportvaroj, armiloj kaj aliaj kampoj.
Procezo de fabrikado: Paŝo 1, ingredienco laŭ la supra aloja komponado; Paŝo 2: Fandi en la fanda forno je temperaturo de 700 ℃ ~ 780 ℃; Paŝo 3: Rafinu la tute fanditan metalan likvaĵon, kaj konservu la metalan temperaturon en la intervalo de 700 ℃ ~ 750 ℃ dum rafinado; Paŝo 4: Post rafinado, ĝi devus esti plene permesita stari senmove; Paŝo 5: Post plene starado, komencu ĵetadon, konservu la temperaturon de la forno en la intervalo de 690 ℃ ~ 730 ℃, kaj la ĵetrapideco estas 15-200 mm/minuto; Paŝo 6: Faru homogenigan traktadon sur la aloja ingoto en la hejta forno, kun homogeniga temperaturo de 400 ℃ ~ 470 ℃; Paŝo 7: Senŝeligu la homogenigitan ingoton kaj faru varman eltruadon por produkti profilojn kun murdikeco de pli ol 2.0mm. Dum la eltruda procezo, la billeto devas esti konservita je temperaturo de 350 ℃ ĝis 410 ℃; Paŝo 8: Premu la profilon por solva traktado, kun solva temperaturo de 460-480 ℃; Paŝo 9: Post 72 horoj da solida solvfortigo, permane devigu 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, raraj teroj estas vaste uzataj en nuklea fuzio kaj nuklea fisio, kaj havas multajn patentajn aranĝojn en tiaj teknikaj direktoj kiel rentgena ekscito, plasmoformado, malpezakva reaktoro, transuranio, uranilo kaj oksida pulvoro. Koncerne al reaktoraj materialoj, maloftaj teroj povas esti uzataj kiel reaktoraj strukturaj materialoj kaj rilataj ceramikaj izolaj materialoj, kontrolmaterialoj kaj neŭtronaj radioprotektaj materialoj.
Afiŝtempo: majo-26-2023