Tapassing fan seldsume ierde-eleminten yn nukleêre materialen

1, Definysje fan nukleêre materialen

Yn brede sin is kearnmateriaal de algemiene term foar materialen dy't eksklusyf brûkt wurde yn 'e nukleêre yndustry en nukleêr wittenskiplik ûndersyk, ynklusyf kearnbrânstof en nukleêre technykmaterialen, dus net-kearnbrânstofmaterialen.

De meastentiids oantsjutte nukleêre materialen ferwize benammen nei materialen dy't brûkt wurde yn ferskate dielen fan 'e reaktor, ek wol reaktormaterialen neamd.Reaktormaterialen omfetsje kearnbrânstof dy't kearnsplijting ûndergiet ûnder neutronenbombardemint, beklaaiïngmaterialen foar nukleêre brânstofkomponinten, koelmiddels, neutronmoderators (moderators), materialen foar kontrôles dy't neutroanen sterk absorbearje, en reflektearjende materialen dy't neutronelekkage bûten de reaktor foarkomme.

2、 Co assosjearre relaasje tusken seldsume ierde boarnen en nukleêre boarnen

Monazit, ek wol phosphocerite en phosphocerite neamd, is in mienskiplik aksessoiresmineraal yn intermediate soere stollingsrots en metamorphic rock.Monazit is ien fan 'e wichtichste mineralen fan seldsume ierdmetaalerts, en bestiet ek yn guon sedimintêre rotsen.Brúnich read, giel, soms brúnich giel, mei in fettige glâns, folsleine spalting, Mohs hurdens fan 5-5,5, en spesifike swiertekrêft fan 4,9-5,5.

De wichtichste ore mineraal fan guon placer type seldsume ierde ôfsettings yn Sina is monazite, benammen leit yn Tongcheng, Hubei, Yueyang, Hunan, Shangrao, Jiangxi, Menghai, Yunnan, en He County, Guangxi.De winning fan seldsume ierdeboarnen fan placer-type hat lykwols faaks gjin ekonomyske betsjutting.Solitêre stiennen befetsje faak refleksive thorium-eleminten en binne ek de wichtichste boarne fan kommersjeel plutoanium.

3、 Oersjoch fan seldsume ierdeapplikaasje yn kearnfúzje en kearnspjalting basearre op patint panoramyske analyze

Neidat de kaaiwurden fan seldsume ierde sykje eleminten binne folslein útwreide, se wurde kombinearre mei de útwreiding kaaien en klassifikaasje nûmers fan kearnsplijting en kearnfúzje, en socht yn de Incopt databank.De sykdatum is 24 augustus 2020. 4837 patinten waarden krigen nei ienfâldige famyljefúzje, en 4673 patinten waarden bepaald nei keunstmjittige lûdreduksje.

Oanfragen foar seldsume ierdepatinten op it mêd fan kearnsplijting of kearnfúzje wurde ferspraat yn 56 lannen/regio's, benammen konsintrearre yn Japan, Sina, de Feriene Steaten, Dútslân en Ruslân, ensfh. In grut oantal oktroaien wurdt tapast yn 'e foarm fan PCT , wêrfan Sineeske patinttechnologyapplikaasjes binne tanimmend, benammen sûnt 2009, yn in rappe groeipoadium yngean, en Japan, de Feriene Steaten en Ruslân hawwe in protte jierren op dit mêd opmakke (figuer 1).

Ofbylding 1 Applikaasjetrend fan technologypatinten relatearre oan tapassing fan seldsume ierden yn kearnsplijting en kearnfúzje yn lannen/regio's

It kin sjoen wurde út 'e analyze fan technyske tema's dat de tapassing fan seldsume ierden yn kearnfúzje en kearnspjalting him rjochtet op brânstofeleminten, scintillators, stralingsdetektors, actiniden, plasma's, kearnreaktors, shielding materialen, neutron absorption en oare technyske rjochtings.

4、 Spesifike tapassingen en kaai patintûndersyk fan seldsume ierde-eleminten yn nukleêre materialen

Under harren binne kearnfúzje en kearnsplijtingsreaksjes yn nukleêre materialen yntinsyf, en de easken foar materialen binne strang.Op it stuit binne machtreaktors benammen kearnsplyningsreaktors, en fúzjereaktors kinne nei 50 jier op grutte skaal populêr wurde.De tapassing fanseldsume ierdeeleminten yn reaktor strukturele materialen;Yn spesifike nukleêre gemyske fjilden, seldsume ierde eleminten wurde benammen brûkt yn kontrôle roeden;Derneist,scandiumis ek brûkt yn radiogemy en nukleêre yndustry.

（1） As brânber gif as kontrôlestaaf om neutronenivo en krityske steat fan kearnreaktor oan te passen

Yn krêftreaktors is de earste oerbliuwende reaktiviteit fan nije kearnen oer it algemien relatyf heech.Benammen yn 'e iere stadia fan' e earste tanksyklus, as alle kearnbrânstof yn 'e kearn nij is, is de oerbleaune reaktiviteit de heechste.Op dit punt, allinich fertrouwe op tanimmende kontrôlestangen om te kompensearjen foar oerbliuwende reaktiviteit soe mear kontrôlestangen ynfiere.Eltse kontrôle rod (of rod bondel) komt oerien mei de ynfiering fan in komplekse driuwende meganisme.Oan 'e iene kant fergruttet dit kosten, en oan' e oare kant kin it iepenjen fan gatten yn 'e druktankkop liede ta in fermindering fan strukturele sterkte.Net allinnich is it uneconomical, mar it is ek net tastien te hawwen in bepaalde mate fan porosity en strukturele sterkte op de druk tank kop.Sûnder it fergrutsjen fan de kontrôlestangen is it lykwols nedich om de konsintraasje fan gemyske kompensearjende gifstoffen (lykas boric acid) te ferheegjen om de oerbleaune reaktiviteit te kompensearjen.Yn dit gefal is it maklik foar de boronkonsintraasje om de drompel te oerwinnen, en de temperatuerkoëffisjint fan 'e moderator sil posityf wurde.

Om de earder neamde problemen te foarkommen, kin in kombinaasje fan brânbere gifstoffen, kontrôlestangen en gemyske kompensaasjekontrôle oer it algemien brûkt wurde foar kontrôle.

（2） As dopant om de prestaasjes fan reaktorstrukturele materialen te ferbetterjen

Reaktors fereaskje strukturele komponinten en brânstof eleminten te hawwen in bepaald nivo fan sterkte, corrosie ferset, en hege termyske stabiliteit, wylst ek foarkomt fission produkten út it ynfieren fan de coolant.

1) .Rare ierde stiel

De kearnreaktor hat ekstreme fysike en gemyske omstannichheden, en elke komponint fan 'e reaktor hat ek hege easken foar it spesjale stiel dat brûkt wurdt.Seldsume ierde eleminten hawwe spesjale modifikaasje effekten op stiel, benammen ynklusyf suvering, metamorphism, microalloying, en ferbettering fan corrosie ferset.Seldsume ierde befetsjende stielen wurde ek in soad brûkt yn kearnreaktors.

① Reinigingseffekt: besteande ûndersyk hat oantoand dat seldsume ierden in goed suveringseffekt hawwe op smelte stiel by hege temperatueren.Dit komt om't seldsume ierden kinne reagearje mei skealike eleminten lykas soerstof en swevel yn it smelte stiel om hege temperatuerferbiningen te generearjen.De hege-temperatuer ferbiningen kinne wurde precipitated en ôffierd yn 'e foarm fan inclusions foardat de raande stiel condenses, dêrmei it ferminderjen fan de ûnreinheden ynhâld yn' e raand stiel.

② Metamorphisme: oan 'e oare kant kinne de oksides, sulfiden of oxysulfiden generearre troch de reaksje fan seldsume ierde yn' e smelte stiel mei skealike eleminten lykas soerstof en swevel foar in part bewarre bleaun yn 'e smolten stiel en wurde ynklúzjes fan stiel mei hege rimpelpunt .Dizze ynklúzjes kinne brûkt wurde as heterogene nukleaasjesintra by fersteuring fan it smelte stiel, sadat de foarm en struktuer fan stiel ferbetterje.

③ Microalloying: as de tafoeging fan seldsume ierde fierder ferhege wurdt, sil de oerbleaune seldsume ierde yn 'e stiel oplost wurde nei't de boppesteande suvering en metamorfisme foltôge binne.Sûnt de atoomradius fan seldsume ierde grutter is as dy fan izeren atoom, hat seldsume ierde hegere oerflakaktiviteit.Tidens it solidification proses fan smelte stiel, seldsume ierde eleminten wurde ferrike by de nôt grins, dat kin better ferminderjen de segregaasje fan ûnreinheden eleminten by de nôt grins, dus it fersterkjen fan de fêste oplossing en spylje de rol fan microalloying.Oan 'e oare kant kinne se troch de skaaimerken fan wetterstofopslach fan seldsume ierden wetterstof opnimme yn stiel, wêrtroch it wetterstofbrosferskynsel fan stiel effektyf ferbetterje.

④ Ferbetterjen fan korrosjebestriding: De tafoeging fan seldsume ierde-eleminten kin ek de korrosjebestriding fan stiel ferbetterje.Dit komt om't seldsume ierden in hegere selskorrosjepotinsje hawwe dan roestfrij stiel.Dêrom kin de tafoeging fan seldsume ierden it selskorrosjepotinsjeel fan roestfrij stiel ferheegje, en dêrmei de stabiliteit fan stiel yn korrosive media ferbetterje.

2).Key Patent Study

Key patint: útfining patint fan in okside dispersion fersterke lege aktivearring stiel en syn tarieding metoade troch Institute of Metals, Sineeske Akademy fan Wittenskippen

Patent abstract: Levere is in okside dispersion fersterke lege aktivearring stiel geskikt foar fúzje reaktors en syn tarieding metoade, karakterisearre yn dat it persintaazje fan alloy eleminten yn de totale massa fan de lege aktivearring stiel is: de 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% en .n ≤ O3 ≤ 0,5% .

Manufacturing proses: Fe-Cr-WV-Ta-Mn memmelegering smelten, poeder atomization, hege-enerzjy ball milling fan de mem alloy enY2O3 nanopartikelmingd poeder, poeder enveloping winning, solidification moulding, hot rolling, en waarmte behanneling.

Rare ierde tafoeging metoade: Add nanoskaalY2O3dieltsjes oan 'e atomisearre poeier fan' e âlderlegering foar hege-enerzjykoalfrezen, wêrby't it kogelfrezenmedium Φ 6 en Φ 10 mingde hurde stielen ballen is, mei in balfrezenatmosfear fan 99,99% argongas, in massaferhâlding fan balmateriaal fan (8- 10): 1, in bal milling tiid fan 40-70 oeren, en in rotaasje snelheid fan 350-500 r / min.

3）. Brûkt om neutron strieling beskerming materialen te meitsjen

① Prinsipe fan beskerming fan neutronstrieling

Neutroanen binne ûnderdielen fan atoomkearnen, mei in statyske massa fan 1.675 × 10-27 kg, dat is 1838 kear de elektroanyske massa.Syn straal is likernôch 0,8 × 10-15m, fergelykber yn grutte oan in proton, fergelykber mei γ Strielen binne like uncharged.Wannear't neutroanen ynteraksje mei matearje, se binne benammen ynteraksje mei de kearnkrêften binnen de kearn, en net ynteraksje mei de elektroanen yn de bûtenste shell.

Mei de rappe ûntwikkeling fan kearnenerzjy en kearnreaktortechnology is hieltyd mear omtinken jûn oan nukleêre strielingsfeiligens en nukleêre strielingbeskerming.Om stralingsbeskerming te fersterkjen foar operators dy't in lange tiid dwaande west hawwe mei ûnderhâld fan strielingsapparatuer en rêding fan ûngelokken, is it fan grutte wittenskiplike betsjutting en ekonomyske wearde om ljochtgewicht shielding-kompositen te ûntwikkeljen foar beskermjende klean.Neutronstrieling is it wichtichste diel fan kearnreaktorstraling.Yn 't algemien binne de measte neutroanen yn direkte kontakt mei minsken fertrage ta neutroanen mei leech-enerzjy nei it neutrone-skermjende effekt fan' e strukturele materialen yn 'e kearnreaktor.Leech enerzjy neutroanen sille botse mei kearnen mei legere atoomnûmer elastysk en fierder te wurde moderearre.De moderearre termyske neutroanen sille wurde opnomd troch eleminten mei gruttere neutron absorption dwerstrochsneed, en úteinlik sil neutron shielding wurde berikt.

② Key Patent Study

De poreuze en organyske-anorganyske hybride eigenskippen fanseldsum ierde elemintgadoliniumbasearre metalen organyske skeletmaterialen fergrutsje har kompatibiliteit mei polyetyleen, it befoarderjen fan de synthesisearre gearstalde materialen om hegere gadoliniumynhâld en gadoliniumdispersje te hawwen.De hege gadolinium-ynhâld en fersprieding sil direkt ynfloed hawwe op 'e neutron-ôfskermjende prestaasjes fan' e gearstalde materialen.

Key oktroai: Hefei Institute of Material Science, Sineeske Akademy fan Wittenskippen, útfining patint fan in gadolinium basearre organysk frame gearstalde shielding materiaal en syn tarieding metoade

Patent Abstract: Gadolinium basearre metaal organysk skelet gearstalde shielding materiaal is in gearstald materiaal foarme troch it mingengadoliniumbasearre metaal organysk skelet materiaal mei polyetyleen yn in gewicht ferhâlding fan 2: 1: 10 en it foarmjen fan it troch solvent ferdamping of hot parsen.Gadolinium basearre metalen organyske skelet gearstalde shielding materialen hawwe hege termyske stabiliteit en termyske neutron shielding fermogen.

Manufacturing proses: selektearje ferskillendegadolinium metaalsâlten en organyske liganden om ferskate soarten gadolinium-basearre metalen organyske skeletmaterialen te meitsjen en te syntetisearjen, se te waskjen mei lytse molekulen fan methanol, ethanol, of wetter troch sintrifugering, en aktivearje se op hege temperatuer ûnder fakuümomstannichheden om de oerbleaune net-reagearre grûnstoffen folslein te ferwiderjen yn 'e poaren fan' e gadolinium-basearre metalen organyske skeletmaterialen;De gadolinium basearre organometallic skelet materiaal taret yn stap wurdt stirred mei polyetyleen lotion op in hege snelheid, of ultrasonically, of de gadolinium basearre organometallic skelet materiaal taret yn stap wurdt melt blended mei ultra-hege molekulêre gewicht polyetyleen op hege temperatuer oant folslein mingd;Pleats de uniformly mingde gadolinium basearre metalen organysk skelet materiaal / polyetyleen mingsel yn 'e skimmel, en krije de foarme gadolinium basearre metalen organyske skelet gearstalde shielding materiaal troch drogen te befoarderjen solvent ferdamping of hot drukken;It taret gadolinium basearre metaal organysk skelet gearstalde shielding materiaal hat gâns ferbettere waarmte ferset, meganyske eigenskippen, en superieure termyske neutron shielding fermogen yn ferliking mei suver polyetyleen materialen.

Rare ierde tafoeging modus: Gd2 (BHC) (H2O) 6, Gd (BTC) (H2O) 4 of Gd (BDC) 1.5 (H2O) 2 poreuze kristalline koördinaasje polymeer mei gadolinium, dat wurdt krigen troch koördinaasje polymerisaasje fanGd (NO3) 3 • 6H2O of GdCl3 • 6H2Oen organyske carboxylate ligand;De grutte fan gadolinium-basearre metalen organyske skeletmateriaal is 50nm-2 μm; Gadolinium-basearre metalen organyske skeletmaterialen hawwe ferskate morfologyen, ynklusyf korrelige, staaffoarmige of naaldfoarmige foarmen.

（4） Tapassing fanScandiumyn Radiochemistry en nukleêre yndustry

Scandium metaal hat goede termyske stabiliteit en sterke fluorabsorptionprestaasjes, wêrtroch it in ûnmisber materiaal is yn 'e atomêre enerzjysektor.

Key patint: China Aerospace Development Peking Institute of Aeronautical Materials, útfining patint foar in aluminium sink magnesium scandium alloy en syn tarieding metoade

Patent abstract: In aluminium sinkmagnesium scandium alloyen syn tarieding metoade.De gemyske gearstalling en gewicht persintaazje fan de aluminium sink magnesium scandium alloy binne: Mg 1,0% -2,4%, Zn 3,5% -5,5%, Sc 0,04% -0,50%, Zr 0,04% -0,35%, ûnreinheden Cu ≤ 0,2%, Si ≤ 0,35%, Fe ≤ 0,4%, oare ûnreinheden single ≤ 0,05%, oare ûnreinheden totaal ≤ 0,15%, en it oerbleaune bedrach is Al.De mikrostruktuer fan dit aluminium sink magnesium scandium alloy materiaal is unifoarm en syn prestaasjes is stabyl, mei in ultime treksterkte fan mear as 400MPa, in opbringst sterkte fan mear as 350MPa, en in treksterkte fan mear as 370MPa foar laske gewrichten.De materiaalprodukten kinne brûkt wurde as strukturele eleminten yn 'e loftfeart, nukleêre yndustry, ferfier, sportguod, wapens en oare fjilden.

Manufacturing proses: Stap 1, yngrediïnt neffens de boppesteande alloy gearstalling;Stap 2: Smelt yn 'e smeltofen by in temperatuer fan 700 ℃ ~ 780 ℃;Stap 3: Ferfine de folslein smolten metalen floeistof, en behâlde de metaaltemperatuer binnen it berik fan 700 ℃ ~ 750 ℃ ​​by raffinearjen;Stap 4: Nei it raffinearjen moat it folslein stil stean litte;Stap 5: Nei folslein stean, begjinne casting, hanthavenje de oven temperatuer binnen it berik fan 690 ℃ ~ 730 ℃, en de casting snelheid is 15-200mm / minút;Stap 6: Utfiere homogenization annealing behanneling op de alloy ingot yn 'e ferwaarming oven, mei in homogenization temperatuer fan 400 ℃ ~ 470 ℃;Stap 7: Peel de homogenisearre ingot en fiere hjitte ekstrudering om profilen te produsearjen mei in muorredikte fan mear as 2,0 mm.Tidens de extrusion proses, de billet moat wurde hâlden op in temperatuer fan 350 ℃ oant 410 ℃;Stap 8: Squeeze it profyl foar oplossing quenching behanneling, mei in oplossing temperatuer fan 460-480 ℃;Stap 9: Nei 72 oeren fan it blussen fan fêste oplossing, twinge de fergrizing mei de hân.It manuele krêftfergrizingsysteem is: 90 ~ 110 ℃/24 oeren + 170 ~ 180 ℃/5 oeren, of 90 ~ 110 ℃/24 oeren + 145 ~ 155 ℃/10 oeren.

5, Undersyksgearfetting

Oer it gehiel wurde seldsume ierden in protte brûkt yn kearnfúzje en kearnspjalting, en hawwe in protte patintfoarmen yn sokke technyske rjochtingen as röntgen-eksitaasje, plasmafoarming, ljochtwetterreaktor, transuranium, uranyl en oksidepoeder.Wat reaktormaterialen oanbelanget, kinne seldsume ierden brûkt wurde as reaktorstrukturele materialen en besibbe keramyske isolaasjematerialen, kontrôlematerialen en materialen foar beskerming fan neutronenstraling.