1 、 Вызначэнне ядзерных матэрыялаў
У шырокім сэнсе ядзерны матэрыял з'яўляецца агульным тэрмінам для матэрыялаў, якія выкарыстоўваюцца выключна ў ядзернай прамысловасці і ядзерных навуковых даследаваннях, у тым ліку ядзерных паліва і ядзерных інжынерных матэрыялаў, гэта значыць, не ядзернымі палівамі.
Звычайна называюць ядзернымі матэрыяламі, у асноўным адносяцца да матэрыялаў, якія выкарыстоўваюцца ў розных частках рэактара, таксама вядомыя як рэактарныя матэрыялы. Матэрыялы рэактара ўключаюць ядзернае паліва, якое падвяргаецца ядзерным дзяленнем у выніку бамбардзіроўкі нейтронаў, абліцоўваючымі матэрыяламі для кампанентаў ядзернага паліва, астуджальнікаў, нейтронных мадэратараў (мадэратараў), кантрольных стрыжняў, якія моцна паглынаюць нейтроны, і рэфлексіўныя матэрыялы, якія прадухіляюць уцечку нейтрона за межамі рэактара.
2 、 CO, звязаная сувязь паміж рэдкімі рэсурсамі і ядзернымі рэсурсамі
Маназіт, які яшчэ называюць фасфацер і фасфацер, з'яўляецца звычайным аксэсуарам у прамежкавай кіслаты магматычнай пароды і метамарфічнай пародзе. Маназіт - адзін з асноўных мінералаў рэдказямельнай металічнай руды, а таксама існуе ў некаторых ападкавых пародах. Карычнева-чырвоны, жоўты, часам карычнева-жоўты, з тлустым бляскам, поўным расшчапленнем, цвёрдасцю MOHS 5-5,5 і пэўнай гравітацыяй 4,9-5,5.
Асноўнай рудай мінерала з рэдкіх земляных радовішчаў у Кітаі з'яўляецца маназіт, у асноўным, размешчаны ў Тонгчэн, Хубей, Юэян, Хунань, Шанграо, Цзянгі, Менгай, Юньнан і акругі, Гуансі. Аднак здабыча рэдкіх рэсурсаў тыпу плаката часта не мае эканамічнага значэння. Адзінокія камяні часта ўтрымліваюць рэфлексіўныя элементы торыя, а таксама з'яўляюцца асноўнай крыніцай камерцыйнага плутонія.
3 、 Агляд прымянення рэдкай зямлі ў ядзерным зліцці і ядзерным дзяленне
Пасля таго, як ключавыя словы элементаў пошуку рэдкіх Зямлі цалкам пашыраны, яны спалучаюцца з ключамі пашырэння і класіфікацыйнымі нумарамі ядзернага дзялення і ядзернага зліцця, а таксама шукаюць у базе дадзеных Incopt. Дата пошуку - 24 жніўня 2020 года. 4837 патэнтаў былі атрыманы пасля простага зліцця сям'і, а 4673 патэнты былі вызначаны пасля скарачэння штучнага шуму.
Rare earth patent applications in the field of nuclear fission or nuclear fusion are distributed in 56 countries/regions , mainly concentrated in Japan, China, the United States, Germany and Russia, etc. A considerable number of patents are applied in the form of PCT, of which Chinese patent technology applications have been increasing, especially since 2009, entering a rapid growth stage, and Japan, the United States and Russia have continued to layout in this field for many years (Figure 1).
Малюнак 1 Тэндэнцыя прымянення патэнтаў на тэхналогію, звязаныя з прымяненнем рэдкай зямлі пры ядзерным дзяленні ядзернай і ядзернай зліццём у краінах/рэгіёнах
З аналізу тэхнічных тэм відаць, што прымяненне рэдкай зямлі ў ядзерным зліцці і ядзерным дзяленнем засяроджана на паліўных элементах, сцинтиллятараў, радыяцыйных дэтэктарах, актынідах, плазмах, ядзерных рэактарах, экранаваных матэрыялах, паглынання нейтронаў і іншых тэхнічных кірунках.
4 、 Канкрэтныя прыкладанні і ключавыя патэнтныя даследаванні элементаў рэдкіх Зямлі ў ядзерных матэрыялах
Сярод іх рэакцыі ядзернага зліцця і ядзернага дзялення ў ядзерных матэрыялах інтэнсіўныя, а патрабаванні да матэрыялаў строгія. У цяперашні час сілавыя рэактары ў асноўным з'яўляюцца рэактарамі ядзернага дзялення, а рэактары зліцця могуць быць папулярызаваны ў вялікіх маштабах пасля 50 гадоў. ПрымяненнеРэдкая зямляэлементы рэактара структурных матэрыялаў; У канкрэтных ядзерных хімічных палях элементы рэдкіх Зямлі ў асноўным выкарыстоўваюцца ў кантрольных стрыжнях; Акрамя таго,скандыйтаксама выкарыстоўваецца ў радыёхіміі і ядзернай прамысловасці.
（1） У якасці гаручага яду або кантрольнага стрыжня для рэгулявання ўзроўню нейтрона і крытычнага стану ядзернага рэактара
У сілавых рэактарах першапачатковая рэшткавая рэактыўнасць новых ядра, як правіла, адносна высокая. Асабліва на ранніх этапах першага цыкла запраўкі, калі ўсё ядзернае паліва ў ядры з'яўляецца новым, астатняя рэактыўнасць з'яўляецца самай высокай. У гэты момант, абапіраючыся выключна на павелічэнне кантрольных стрыжняў, каб кампенсаваць рэшткавую рэактыўнасць, увядзе больш кантрольных стрыжняў. Кожны элемент кіравання (або камплект стрыжня) адпавядае ўвядзенню складанага механізму кіравання. З аднаго боку, гэта павялічвае выдаткі, а з іншага боку, адкрыццё адтулін у галоўцы пад ціскам можа прывесці да зніжэння структурнай трываласці. Гэта не толькі неэканамічна, але і не можа мець пэўную колькасць сітаватасці і структурнай трываласці на галоўцы пад ціскам. Аднак, не павялічваючы кантрольныя стрыжні, неабходна павялічыць канцэнтрацыю хімічных кампенсацыйных таксінаў (напрыклад, борнай кіслаты), каб кампенсаваць астатнюю рэактыўнасць. У гэтым выпадку канцэнтрацыя бору лёгка перавысіць парог, і каэфіцыент тэмпературы мадэратара стане станоўчым.
Каб пазбегнуць вышэйзгаданых праблем, для кантролю звычайна можна выкарыстоўваць спалучэнне гаручых таксінаў, кантрольных стрыжняў і кантролю за хімічнай кампенсацыяй.
（2） як лету
Рэактары патрабуюць структурных кампанентаў і элементаў паліва, каб мець пэўны ўзровень трываласці, каразійнай устойлівасці і высокай цеплавой устойлівасці, а таксама прадухіляючы ўезд у астуджальную вадкасць.
1).
Ядзерны рэактар мае экстрэмальныя фізічныя і хімічныя ўмовы, і кожны кампанент рэактара таксама мае высокія патрабаванні да спецыяльнай сталі. Элементы рэдкіх Зямлі аказваюць асаблівыя мадыфікацыйныя эфекты на сталь, у асноўным, уключаючы ачышчэнне, метамарфізм, мікраалозію і паляпшэнне ўстойлівасці да карозіі. Рэдкае Зямля, якая змяшчае сталі, таксама шырока выкарыстоўваюцца ў ядзерных рэактарах.
① Эфект ачышчэння: Існуючыя даследаванні паказалі, што рэдкія зямлі аказваюць добры ачышчэнне на расплаўленую сталь пры высокіх тэмпературах. Гэта таму, што рэдкія зямлі могуць рэагаваць са шкоднымі элементамі, такімі як кісларод і сера ў расплаўленай сталі, каб стварыць з высокатэмпературныя злучэнні. Высокатэмпературныя злучэнні могуць быць абсаджаны і выкінуты ў выглядзе ўключэнняў перад расплаўленай сталёвай кандэнсацыяй, тым самым зніжаючы ўтрыманне прымешак у расплаўленай сталі.
② Метамарфізм: З іншага боку, аксіды, сульфіды або аксісульфіды, якія ўтвараюцца ў выніку рэакцыі рэдкай зямлі ў расплаўленай сталі са шкоднымі элементамі, такімі як кісларод і сера, могуць быць часткова ўтрыманы ў расплаўленай сталі і становяцца ўключэннямі сталі з высокай тэмпературай плаўлення. Гэтыя ўключэнні могуць быць выкарыстаны ў якасці гетэрагенных цэнтраў нуклеацыі падчас застывання расплаўленай сталі, паляпшаючы тым самым форму і структуру сталі.
③ Мікраалогаванне: Калі даданне рэдкай зямлі будзе павялічана, астатняя рэдкая зямля будзе распушчана ў сталі пасля завяршэння вышэйзгаданай ачышчэння і метамарфізму. Паколькі атамны радыус рэдкай зямлі большы, чым у атам жалеза, рэдкая зямля валодае больш высокай павярхоўнай актыўнасцю. Падчас працэсу застывання расплаўленай сталі элементы рэдкіх Зямлі ўзбагачаюцца на мяжу збожжа, што можа лепш паменшыць сегрэгацыю элементаў прымешак на мяжы збожжа, умацоўваючы, такім чынам, умацоўваючы цвёрды раствор і прайграваючы ролю мікраадолення. З іншага боку, з -за характарыстык захоўвання вадароду рэдкіх земляў, яны могуць паглынаць вадарод у сталі, тым самым эфектыўна паляпшаючы феномен пераносу вадароду сталі.
④ Павышэнне ўстойлівасці да карозіі: Даданне элементаў рэдкай зямлі таксама можа палепшыць каразійную ўстойлівасць да сталі. Гэта таму, што рэдкія Зямлі маюць больш высокі патэнцыял карозіі, чым з нержавеючай сталі. Такім чынам, даданне рэдкіх Зямлі можа павялічыць самастойнае карозію патэнцыялу з нержавеючай сталі, тым самым паляпшаючы стабільнасць сталі ў агрэсіўных асяроддзях.
2). Асноўнае даследаванне патэнта
Асноўны патэнт: Вынаходніцтва патэнта на аксідную дысперсію ўмацавала сталь з нізкай актывацыяй і яе метад падрыхтоўкі Інстытутам металаў, Кітайскай акадэміі навук
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%і 0,05%≤ Y2O3 ≤ 0,5%.
Працэс вытворчасці: FE-CR-WV-TA-MN-плаўкі маці, расплаўленне парашкоў, высокаэнергетычныя шарыкі з фрэзераванага сплаву і мацярынскага сплаву іY2O3 наначастицаЗмешаны парашок, выманне парашка, ліццё застывання, гарачае пракат і тэрмічная апрацоўка.
Спосаб дапаўнення рэдкай зямлі: Дадайце нанамаштабY2O3Часціцы з бацькоўскага сплаву распыляюць парашок для высокаэнергетычных шаравых фрэзеравання, пры гэтым шарыкавая серада-φ 6 і φ 10 змешаных цвёрдых сталёвых шарыкаў, з шарыкавай атмасферай 99,99% аргонавага газу, суадносін масы шаравага матэрыялу (8-10): 1, час фрэзы шара 40-70 гадзін і хуткасць павароту 350-500 г/мін.
3）.
① Прынцып абароны ад выпраменьвання нейтронаў
Нейтроны-гэта кампаненты атамных ядраў, з статычнай масай 1,675 × 10-27 кг, што ў 1838 разоў перавышае электронную масу. Яго радыус прыблізна 0,8 × 10-15 м, падобны па памерах з пратонам, падобна на γ-прамяні, аднолькава не зараджаныя. Калі нейтроны ўзаемадзейнічаюць з матэрыяй, яны ў асноўным ўзаемадзейнічаюць з ядзернымі сіламі ўнутры ядра і не ўзаемадзейнічаюць з электронамі ў знешняй абалонцы.
З хуткім развіццём тэхналогій ядзернай энергіі і ядзернай рэактары ўсё больш увагі надаецца бяспецы ядзернай радыяцыі і абароне ядзернай радыяцыі. Для ўмацавання радыяцыйнай абароны для аператараў, якія доўгі час займаюцца абслугоўваннем радыяцыйнага абсталявання і выратаваннем няшчасных выпадкаў, гэта мае вялікае навуковае значэнне і эканамічную каштоўнасць для распрацоўкі лёгкіх экранавых кампазітаў для ахоўнай адзення. Нейтроннае выпраменьванне з'яўляецца найбольш важнай часткай радыяцыі ядзернага рэактара. Звычайна большасць нейтронаў, якія знаходзяцца ў непасрэдным кантакце з людзьмі, былі запаволены да нейтронаў з нізкім узроўнем энергіі пасля эфекту экранавання нейтронаў структурных матэрыялаў у ядзерным рэактары. Нейтросы нізкай энергіі будуць сутыкацца з ядрамі з нізкім атамным колькасцю эластычна і працягваюць мадэраваць. Умераныя цеплавыя нейтроны будуць паглынацца элементамі з большымі перасекамі паглынання нейтронаў, і, нарэшце, будзе дасягнуты нейтронны экран.
② Асноўнае даследаванне патэнта
Сітаватыя і арганічныя неарганічныя гібрыдныя ўласцівасціЭлемент рэдкай зямліГадолінійНа аснове металічных арганічных шкілетных матэрыялаў павялічваюць іх сумяшчальнасць з поліэтыленам, спрыяючы сінтэзаваным кампазітным матэрыялам, каб мець больш высокае ўтрыманне гадолінію і дысперсію Гадолінію. Высокае ўтрыманне і дысперсія гадолінію на непасрэднае ўздзеянне на нейтронныя экранізацыі кампазітных матэрыялаў.
Асноўны патэнт: Інстытут матэрыялаў Hefei, Кітайская акадэмія навук, патэнт на вынаходніцтве арганічных рамак на аснове Гадолінію, які складаецца
Анатацыя патэнта: Металічны металічны шкілет на аснове Gadolinium - гэта кампазітны матэрыял, які ўтвараецца шляхам змешванняГадолінійНа аснове металічнага арганічнага шкілета матэрыялу з поліэтыленам у суадносінах вагі 2: 1: 10 і ўтвараючы яго праз выпарэнне растваральніка або гарачае націск. Металічны арганічны шкілет на аснове Gadolinium на аснове матэрыялаў з высокай цеплавой устойлівасцю і здольнасцю экранавання цеплавога нейтрона.
Працэс вытворчасці: Выбар розныхметал Гадалініюsalts and organic ligands to prepare and synthesize different types of gadolinium based metal organic skeleton materials, washing them with small molecules of methanol, ethanol, or water by centrifugation, and activating them at high temperature under vacuum conditions to fully remove the residual unreacted raw materials in the pores of the gadolinium based metal organic skeleton materials; Арганізацыйны шкілетны шкілет на аснове гадолінію, прыгатаваны на стадыі, змешваюць з поліэтыленавай ласьёнам на высокай хуткасці, альбо ультрагукавым, альбо арганометалічны шкілетны матэрыял на аснове гадолінію, падрыхтаваны на этапе, расплаўляецца з ультра-высокай малекулярнай поліэтыленам пры высокай тэмпературы да поўнай тэмпературы; Пакладзеце раўнамерна змешаную металічную арганічную шкілетную сумесь на аснове гадолінію/поліэтыленавая сумесь у форму, а таксама атрымайце ўтвараны металічны арганічны шкілетны шкілет, які ўтвараецца, каб садзейнічаць выпадзенню растваральніка або гарачага націску; Падрыхтаваны металічны арганічны шкілет на аснове Gadolinium на аснове матэрыялу значна палепшыў цеплавую ўстойлівасць, механічныя ўласцівасці і цудоўную здольнасць цеплавога экранавання нейтрон у параўнанні з чыстымі поліэтыленавымі матэрыяламі.
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 або GDCL3 • 6H2Oі арганічны карбоксілатны ліганд; Памер металічнага арганічнага шкілета на аснове Gadolinium складае 50 нм-2 мкм ； металічныя рэчывы на аснове Gadolinium, якія маюць розныя марфалогіі, у тым ліку грануляваныя, формы ў форме стрыжня або іголкі.
（4） ПрымяненнеСкандыйу галіне радыёхіміі і ядзернай прамысловасці
Скандый метал мае добрую цеплавую ўстойлівасць і моцныя характарыстыкі паглынання фтору, што робіць яго незаменным матэрыялам у індустрыі атамнай энергіі.
Ключавы патэнт: Кітай аэракасмічная распрацоўка Пекінскага інстытута авіяцыйных матэрыялаў, патэнт вынаходніцтва на алюмініевы цынк -сплаў магнію і яго метад падрыхтоўкі
Анатацыя патэнта: алюмініевы цынкСкандыум магніюі яго метад падрыхтоўкі. The chemical composition and weight percentage of the aluminum zinc magnesium scandium alloy are: Mg 1.0% -2.4%, Zn 3.5% -5.5%, Sc 0.04% -0.50%, Zr 0.04% -0.35%, impurities Cu ≤ 0.2%, Si ≤ 0.35%, Fe ≤ 0.4%, other impurities single ≤ 0.05%, other impurities total ≤ 0,15%, а астатняя сума - аль. Мікраструктура гэтага сплаванага сплаву алюмініевага цынкавага магнію з'яўляецца аднастайным, а яго прадукцыйнасць стабільная, з максімальнай трываласцю на расцяжэнне больш за 400 МПа, трываласцю да 350 МПа і трываласцю на расцяжэнне звыш 370 МПА для зварных суставаў. Матэрыяльныя прадукты могуць быць выкарыстаны ў якасці структурных элементаў у аэракасмічнай, ядзернай прамысловасці, транспарце, спартыўных таварах, зброі і іншых палёнах.
Працэс вытворчасці: Крок 1, інгрэдыент у адпаведнасці з вышэйзгаданым складам сплаву; Крок 2: Растане ў печы плаўкі пры тэмпературы 700 ℃ ~ 780 ℃; Крок 3: удакладніце цалкам расплаўленую металічную вадкасць і падтрымлівайце тэмпературу металу ў межах 700 ℃ ~ 750 ℃ падчас перапрацоўкі; Крок 4: Пасля ўдакладнення яму трэба цалкам дазволіць стаяць на месцы; Крок 5: Пасля поўнага стоячы пачніце ліццё, падтрымлівайце тэмпературу печы ў межах 690 ℃ ~ 730 ℃, а хуткасць ліцця складае 15-200 мм/хвіліна; Крок 6: Правядзіце лячэнне гамагенізацыі на сплавах злітка ў награвальнай печы, з тэмпературай гомагенізацыі 400 ℃ ~ 470 ℃; Крок 7: Ачысціце гамагенізаваны злітак і выканайце гарачую экструзію, каб вырабіць профілі з таўшчынёй сценкі больш за 2,0 мм. У працэсе экструзіі нарыхтоўка павінна падтрымлівацца пры тэмпературы ад 350 ℃ да 410 ℃; Крок 8: Выцісніце профіль для лячэння для тушэння раствора з тэмпературай раствора 460-480 ℃; Крок 9: Пасля 72 -гадзіннага цвёрдага раствора згасання, уручную старэнне. Сістэма старэння ручной сілы складае: 90 ~ 110 ℃/24 гадзін+170 ~ 180 ℃/5 гадзін, або 90 ~ 110 ℃/24 гадзіны+145 ~ 155 ℃/10 гадзін.
5 、 Звод даследаванняў
У цэлым рэдкія Зямлі шырока выкарыстоўваюцца ў ядзерным зліцці і ядзерным дзяленні, а таксама маюць шмат патэнтных планіроўкі ў такіх тэхнічных напрамках, як рэнтгенаўскае ўзбуджэнне, плазменнае ўтварэнне, лёгкая вада, трансраній, параніл і аксід. Што тычыцца рэактарных матэрыялаў, рэдкія зямлі могуць быць выкарыстаны ў якасці рэактара структурных матэрыялаў і звязаных з імі керамічных ізаляцыйных матэрыялаў, кантрольных матэрыялаў і нейтронных радыяцыйных матэрыялаў.
Час публікацыі: мая-26-2023