1, definicija nuklearnih materijala
U širokom smislu, nuklearni materijal je opći pojam za materijale koji se koriste isključivo u nuklearnoj industriji i nuklearnim naučnim istraživanjima, uključujući nuklearno gorivo i nuklearni materijal, tj.
Najčešće se naziva nuklearnim materijalima odnosi se uglavnom na materijale koji se koriste u različitim dijelovima reaktora, poznat i kao reaktorski materijali. Reaktorski materijali uključuju nuklearno gorivo koje podvrgava nuklearnim fisijom pod bombardonom u neutronskom bombardiranju, obložnim materijalima za komponente nuklearnog goriva, rashladnih sredstava, neutronskih moderatora (moderatori), upravljačkim šipkama koji snažno apsorbiraju neutrone i neveziraju se na neutronu izvan reaktora.
2, povezani odnos povezanih između rijetkih zemaljskih resursa i nuklearnih resursa
Monazit, koji se naziva i fosfocerite i fosfocerite, zajednički je mineralni dodatni mineral u srednjim kiselinom magnetsku stijenu i metamorfnu stijenu. Monazit je jedan od glavnih minerala rijetke Zemljine metalne rude, a također postoji u nekom sedimentarnom stijenu. Smeđa crvena, žuta, ponekad smeđe žuta, sa masnim sjajem, potpunim cijepanjem, tvrdoća MUS-a od 5-5,5 i specifična težina 4,9-5,5.
Glavni rudni mineral nekih posteljivih depozita Zemlje u Kini je monazit, uglavnom smješten u Tongcheng, Hubei, Yueyang, Hunan, Shangrao, Jiangxi, Menghai, Yunnan, i HE County, Guangxi. Međutim, vađenje vrste pikača rijetkih zemaljskih resursa često nema ekonomski značaj. Samotno kamenje često sadrže refleksivne elemente tokraka i također su glavni izvor komercijalnog plutonijuma.
3, pregled rijetke primene Zemlje u nuklearnoj fuziji i nuklearnoj fisiji zasnovanoj na patentnoj panoramskoj analizi
Nakon ključnih riječi rijetkih elemenata pretraživanja Zemlje u potpunosti su prošireni, kombiniraju se s tipkama za proširenje i klasifikacijski brojevi nuklearne fisije i nuklearne fuzije i pretraživane u inkopt bazi podataka. Datum pretrage je 24. avgusta 2020. godine 4837 patenata dobiveno je nakon jednostavnog porodičnog spajanja, a 4673 patenata određeno je nakon umjetnog smanjenja buke.
Rijetka aplikacija za patente Zemlje u polju nuklearne fisije ili nuklearne fuzije distribuiraju se u japanskom, Kini, Sjedinjenim Državama, od čega su se u obliku PCT-a, posebno ulazeći u brz fazu rasta, a Japan, Sjedinjene Države i Rusiju nastavljaju u ovom polju dugi niz godina (Slika 1).
Slika 1 Trend aplikacije Tehnološki patenti koji se odnose na rijetku primenu Zemlje u nuklearnoj nuklearnoj fisivi i nuklearnoj fuziji u zemljama / regijama
Može se vidjeti iz analize tehničkih tema da se primjena rijetke zemlje u nuklearnoj fuziji i nuklearnoj fisiji fokusira na gorivne elemente, scintilatore, detektore zračenja, aktinicima, zaštitnim materijalima, neutronskom apsorpcijom i drugim tehničkim smjerovima.
4, specifične aplikacije i ključno patentno istraživanje retkih zemaljskih elemenata u nuklearnim materijalima
Među njima su nuklearna fuzija i reakcije nuklearne fisije u nuklearnim materijalima intenzivne, a zahtjevi za materijale su strogi. Trenutno su reaktori električne energije uglavnom nuklearni fisioni reaktori, a fuzijski reaktori mogu se popularizirati u velikoj mjeri nakon 50 godina. PrimjenaRijetka zemljaElementi u strukturnim materijalima reaktora; U određenim nuklearnim hemijskim poljima, retki elementi zemlje uglavnom se koriste u upravljačkim šipkama; Pored toga,ScandiumTakođe se koristi u radiochemiju i nuklearnoj industriji.
(1) Kao zapaljivi otrov ili upravljačka šipka za podešavanje razine neutrona i kritičko stanje nuklearnog reaktora
U reaktorima napajanja početna preostala reaktivnost novih jezgara uglavnom je relativno visoka. Posebno u ranim fazama prvog ciklusa goriva, kada je sve nuklearno gorivo u srži novo, preostala je reaktivnost najviša. U ovom trenutku, oslanjajući se isključivo na sve veće upravljačke šipke za nadoknadu preostale reaktivnosti uvedene bi više kontrolnih štapova. Svaka kontrolna šipka (ili paket štapa) odgovara uvođenju složenog mehanizma za vožnju. S jedne strane, to povećava troškove, a s druge strane, otvori za otvaranje u glavi posude pod pritiskom mogu dovesti do smanjenja strukturne čvrstoće. Ne samo da je to neekonomičan, ali nije dozvoljeno da ima određenu količinu poroznosti i strukturne snage na glavi posude pod pritiskom. Međutim, bez povećanja kontrolnih šipki, potrebno je povećati koncentraciju kemijskih kompenzacijskih toksina (poput borinske kiseline) da nadoknadi preostalu reaktivnost. U ovom je slučaju jednostavno za koncentraciju bora premašiti prag, a koeficijent temperature moderatora postat će pozitivan.
Da bi se izbjegli gore navedeni problemi, kombinacija zapaljivih toksina, kontrolnih šipki i hemijskog kompenzacije može se općenito koristiti za kontrolu.
(2) kao dopant za poboljšanje performansi strukturnih materijala reaktora
Reaktori zahtijevaju strukturne komponente i elemente goriva koji imaju određeni nivo snage, otpornosti na koroziju i visoku toplinsku stabilnost, a istovremeno sprečavaju sredstva za ulazak u rashladno sredstvo.
1) .Rare Earth Steel
Nuklearni reaktor ima ekstremne fizičke i hemijske uvjete, a svaka komponenta reaktora također ima visoke zahtjeve za korištenim posebnim čelikom. Rijetki Elementi zemlje imaju posebne efekte modifikacije na čeliku, uglavnom, uključujući pročišćavanje, metamorfizam, mikroalloying i poboljšanje otpornosti na koroziju. Rijetka zemlja koja sadrži čelike također se široko koristi u nuklearnim reaktorima.
① efekt pročišćavanja: postojeća istraživanja pokazala su da rijetka Zemlja imaju dobar učinak pročišćavanja na rastopljeni čelik na visokim temperaturama. To je zato što rijetka zemlja može reagirati s štetnim elementima kao što su kisik i sumpor u rastopljenom čeliku da bi se stvorile visokotemperaturne spojeve. Spojevi sa visokim temperaturama mogu se precipetirati i ispuštati u obliku inkluzija prije rastopljenih čelika, čime se smanji sadržaj nečistoće u rastopljenom čeliku.
② Metamorfizam: S druge strane, oksidi, sulfidi ili oksizeći generirani reakcijom rijetke zemlje u rastopnom čeliku s štetnim elementima poput kisika i sumpora mogu se djelomično zadržavati u rastopljenom čeliku i postaju čelične točke visokog taliranja. Te se uključivanje mogu koristiti kao heterogeni nukleacijski centri tijekom učvršćenja rastopljenog čelika, čime poboljšavaju oblik i strukturu čelika.
③ Mikroalloying: Ako se dodatnost rijetke Zemlje dodatno poveća, preostala rijetka Zemlja bit će rastvorena u čeliku nakon što su gornji pročišćavanje i metamorfizam završeni. Budući da je atomski polumjer rijetke zemlje veći od onog od željeznog atoma, rijetka zemlja ima veću površinsku aktivnost. Tijekom procesa učvršćenja rastopljenih čelika obogaćuju se rijetkim zemljanim elementima, što može bolje smanjiti segregaciju elemenata nečistoće na granici zrna, čime se jačaju čvrsto rješenje i igranje uloga mikroalloying-a. S druge strane, zbog karakteristika pohrane vodonika rijetkih zemalja, oni mogu apsorbirati vodonik u čeliku, čime se učinkovito poboljšavaju pojavu veznog hidrogena čelika.
④ Poboljšanje otpornosti na koroziju: Dodavanje rijetkih zemaljskih elemenata također može poboljšati otpornost na koroziju čelika. To je zato što rijetka zemlja imaju viši samokorozijski potencijal od nehrđajućeg čelika. Stoga, dodavanje rijetkih zemalja može povećati potencijal samokorozije od nehrđajućeg čelika, čime poboljšava stabilnost čelika u korozivnim medijima.
2). Ključna studija patenta
Ključni patent: izum patent oksidnog disperzije ojačao nizak čelik za aktiviranje i njegov način pripreme prema Institutu za metale, kineske akademije nauka
Sažetak patenta: Osiguran je sredstvo za oksid koji je ojačan niski aktivirani čelik pogodan za funkciju fuzije i njegovu pripremu, karakteriziran u toj traci od legura u ukupnoj masi masiva od niskog aktivacije je 0,08%, 8,0% ≤ CR ≤ 1,55%, 0,1% ≤ V ≤ 0,3%, 0,03% ≤ TA ≤ 0,2%, 0,1 mn ≤ 0,6% i 0,05% ≤ Y2O3 ≤ 0,5%.
Proces proizvodnje: Fe-CR-WV-Ta-MN Majčina legura, atomizacija pudera, visokoenergetski lopti za glodanje majke legura iY2o3 nanoparticleMješoviti prah, vađenje u prahu, učvršćivanje, učvršćivanje, vruće kotrljanje i toplotna obrada.
Rijetka metoda dodavanja Zemlje: Dodaj nanoscaleY2o3Čestice do atomiziranog praha od legure za proizvodnju visokoenergetskog lopte, sa srednjim gljelim loptom φ 6 i φ 10 mješovitih čeličnih kuglica, sa atmosferom loptice od 99,99% argona, omjer masenog materijala (8-10): 1, glodanje kuglice od 40-70 sati i rotacijsku brzinu od 350-500 r / min.
3). Koriste se za pravljenje neutronskih materijala za zaštitu od zračenja
① Princip zaštite neutronskih zračenja
Neutroni su komponente atomskog jezgara, sa statičkom masom od 1,675 × 10-27kg, što je 1838 puta veća od elektroničke mase. Njegov je radijus otprilike 0,8 × 10-15m, sličan veličinama protonu, slično γ zraka podjednako se ne ispuštaju. Kada neutroni djeluju s tim, oni uglavnom komuniciraju s nuklearnim silama unutar jezgre i ne komuniciraju s elektronima u vanjskoj školjci.
Brzim razvojem nuklearne energije i nuklearne reaktore tehnologije, sve više i više pažnje posvećeno je sigurnosti nuklearnog zračenja i zaštiti od nuklearnog zračenja. Da bi se ojačao zaštitu od zračenja za operatere koji su se bavili održavanjem i spašavanju na zračenje, to je veliko naučno značenje i ekonomska vrijednost za razvoj laganih štitnika za zaštitnu odjeću. Neutronsko zračenje najvažniji je dio zračenja nuklearnog reaktora. Općenito, većina neutrona u direktnom kontaktu s ljudskim bićima usporena je na neutrone niskog energije nakon neutronskog zaštitnog učinka konstrukcijskih materijala unutar nuklearnog reaktora. Neutroni niskog energije će se sudariti s jezgarom s nižim atomskim brojem elastično i i dalje ih je moderirati. Moderirani termički neutroni bit će apsorbirani elementima s većim neutronskim apsorpcijskim presjecima, a konačno će biti postignut neutronski zaštitar.
② Ključna studija patenta
Porozna i organska -norganska hibridna svojstva odRiječni zemljani elementgadoliniumMETALNI ORGELSKI SCELETNI materijali povećavaju svoju kompatibilnost s polietilenom, promovirajući sintetizirane kompozitne materijale da imaju veći sadržaj gadolinija i disperzije gadolinima. Visoki sadržaj i disperzija Gadolinima izravno će utjecati na učinkovitost neutronskih zaštita kompozitnih materijala.
Ključni patent: Hefei Institut za materijalnu nauku, kineska akademija nauka, izum patent organskog okvira zasnovanog na gadolinijum-u kompozitnom zaštitnom materijalu i njegovu metodu pripreme
Sažetak patenta: metalni organski kosturni materijal na bazi Gadoliniuma sa kompozitnim zaštitnim materijalom sa kompozitnim je materijalom koji se formira miješanjemgadoliniumMetalni organski kosturni materijal sa polietilenom u omjeru težine 2: 1: 10 i formirajući je kroz isparavanje otapala ili vrućim pritiskom. Metalni organski kosturni materijali na bazi Gadoliniuma sa kompozitnim zaštitnim materijalima imaju visoku toplinsku stabilnost i sposobnost termalne neutronske zaštite.
Proces proizvodnje: odabir različitihGadolinium metalSolts i organski ligands za pripremu i sintetizirati različite vrste metalnih kostura na bazi gadolinima, pranje ih malim molekulama metanola, etanola ili vode centrifugiranjem i aktiviranjem na visokim temperaturama pod vakuumskim uvjetima u potpunosti ukloniti ostatke nereagovane sirovine u porama metalnog kostura na bazi mjesta na bazi gadolinija; Gradometalni kosturni materijal na bazi Gadoliniuma pripremljen je u koraku u velikom brzinu, ili ultrazvučni ili ultrazvučni ili gadolininski organometalni kosturni materijal pripremljen u koraku se miješa sa ultra visokom molekularne težine polietilenom na visokim temperaturama dok se ne miješaju u potpunosti; Postavite jednolično miješano metal na baziranog organskog kostura / polietilena na bazi gadolinium u kalup i dobijate formirani metalni organski kostur na bazi Gadolinium sa kompozitnim zaštitnim materijalom za sušenjem za promociju isparavanja otapala ili toplog pritiska; Pripremljeni metalni materijal za zaštitni materijal na bazi Gadolinium-a značajno je poboljšao otpornost na toplinu, mehanička svojstva i vrhunsku sposobnost za zaštitu termičke neutrona u odnosu na čisti polietilenski materijali.
Rijetki mod dodavanja Zemlje: GD2 (BHC) (H2O) 6, GD (BTC) (H2O) (H2O) 4 ili GD (BDC) 1,5 (H2O) 2 Porozni kristalni koordinacijski polimer koji sadrži gadolinijum, koji se dobiva koordinacijom polimerizacijeGD (No3) 3 • 6H2O ili GDCL3 • 6H2Oi organski karboksilat ligand; Veličina metalnog organskog kostura na bazi gadolinija je 50nm-2 μ m; metalni organski kosturni materijali na bazi gadolinium imaju različite morfologije, uključujući granule, oblike u obliku štapa ili igle.
(4) PrimjenaScandiumu radiochemiju i nuklearnoj industriji
Scandium metal ima dobru toplinsku stabilnost i jake performanse apsorpcije fluora, što ga čini neophodnim materijalom u industriji atomske energije.
Ključni patent: Kina Aerospace Development Peking Institute za vazduhoplovstvo, izum patent za aluminijum cink magnezijuma Scandium legura i njenu metodu pripreme
Sažetak patenta: aluminijski cinkMagnezijum Scandium legurai njena metoda pripreme. Kemijski sastav i težina od aluminijskog cinka magnezijuma Scandium legura su: mg 1,0% -2,4%, SC 0,04% -0,55%, br. 0,04% -0,35%, fe ≤ 0,4%, ostale nečistoće, i druge nečistoće i ono Preostali iznos je al. Mikrostruktura ovog aluminijskog magnezijuma magnezijuma magnezijuma je ujednačena i njezina je performanse stabilna, s krajnjom zateznom čvrstoćom preko 400MPA, čvrstoćom prinosa od preko 350MPA za zavarene spojeve. Materijalni proizvodi mogu se koristiti kao strukturni elementi u zrakoplovnom zrakoplovnom, nuklearnoj industriji, transportu, sportskoj robi, oružju i drugim poljima.
Proces proizvodnje: korak 1, sastojak prema gore navedenom leguru; Korak 2: Topi se u topioničkoj peći na temperaturi od 700 ~ ~ 780 ℃; Korak 3: Pročistite potpuno rastopljenu metalnu tečnost i održavajte metalnu temperaturu u rasponu od 700 ℃ ~ 750 ℃ tokom rafiniranja; Korak 4: Nakon rafiniranja, trebalo bi ga u potpunosti smirivati da mirno stoji; Korak 5: Nakon potpuno stajanja, počnite litiranje, održavati temperaturu peći u rasponu od 690 ℃ ~ 730 ℃, a brzina livenje je 15-200 mm / minut; Korak 6: Izvršite tretman za žarkivanje u leguru u mestu za grijanje, sa homogenizacijom temperature 400 ℃ ~ 470 ℃; Korak 7: Ogulite homogenizirani ingot i izvršite vruću ekstruziju za proizvodnju profila debljinom zida preko 2,0 mm. Tijekom postupka ekstruzije, gredica treba održavati na temperaturi od 350 ℃ na 410 ℃; Korak 8: Stisnite profil za tretman za gašenje otopine, sa temperaturom otopine od 460-480 ℃; Korak 9: Nakon 72 sata od ustanka od čvrstog rješenja, ručno prisiljavanje starenja. Ručni sistem starenja sile je: 90 ~ 110 ℃ / 24 sata + 170 ~ 180 ℃ / 5 sati ili 90 ~ 110 ℃ / 24 sata + 145 ~ 155 ℃ / 10 sati.
5, sažetak istraživanja
U cjelini, rijetka zemlja široko se koriste u nuklearnoj fuziji i nuklearnoj fisiji i imaju mnogo patentnih izgleda u takvim tehničkim smjerovima kao rendgenski pobuđivanje, formiranje plazme, lakim vodovodnim i uranskim prahom. Što se tiče reaktorskih materijala, rijetka zemlja mogu se koristiti kao konstrukcijski materijali reaktora i srodne keramičke izolacijske materijale, upravljački materijali i neutronski materijali za zaštitu od zračenja.
Pošta: May-26-2023