1, Definitioun vun Nuklearmaterialien
An engem breede Sënn ass nuklear Material den allgemenge Begrëff fir Materialien, déi exklusiv an der Nuklearindustrie an der nuklearwëssenschaftlecher Fuerschung benotzt ginn, dorënner nuklear Brennstoff an nuklear Ingenieursmaterialien, dh net nuklear Brennstoffmaterialien.
Déi allgemeng bezeechent nuklear Materialien bezéien sech haaptsächlech op Materialien, déi a verschiddenen Deeler vum Reakter benotzt ginn, och bekannt als Reaktormaterialien. Reaktormaterialien enthalen nuklear Brennstoff, déi Atomspaltung ënner Neutronebombardement mécht, Verkleedungsmaterialien fir Atomkraaftstoffkomponenten, Killmëttel, Neutronemoderatoren (Moderatoren), Kontrollstabenmaterialien, déi Neutronen staark absorbéieren, a reflektiv Materialien, déi d'Neutrone-Leakage ausserhalb vum Reaktor verhënneren.
2、 Co assoziéiert Relatioun tëscht rare Äerd Ressourcen an nuklear Ressourcen
Monazit, och Phosphocerit a Phosphocerit genannt, ass e gemeinsamt Accessoiremineral am mëttleren sauerem igneous Rock a metamorphesche Fiels. Monazit ass ee vun den Haaptmineraler vu rare Äerdmetallerz, an existéiert och an e puer sedimentäre Fiels. Braunes rout, giel, heiansdo brong giel, mat engem fettegen Glanz, komplett Spaltung, Mohs Hardness vu 5-5,5, a spezifesch Schwéierkraaft vu 4,9-5,5.
Den Haapterzmineral vun e puer Plazer-Typ selten Äerdoflagerungen a China ass Monazit, haaptsächlech zu Tongcheng, Hubei, Yueyang, Hunan, Shangrao, Jiangxi, Menghai, Yunnan, an He County, Guangxi. Wéi och ëmmer, d'Extraktioun vu Placer-Typ selten Äerdressourcen huet dacks keng wirtschaftlech Bedeitung. Solitary Steng enthalen dacks reflexiv Thorium Elementer a sinn och d'Haaptquell vum kommerziellen Plutonium.
3、 Iwwersiicht vun seelen Äerd Applikatioun an Nuklear Fusioun an nuklear Spärung baséiert op Patent Panorama Analyse
Nodeems d'Schlësselwieder vun selten Äerd Sich Elementer komplett ausgebaut, si mat der Expansioun Schlësselen a Klassifikatioun Zuelen vun nuklear Spaltung an Nuklear Fusioun kombinéiert, an an der Inkopt Datebank gesichte. D'Sichdatum ass de 24. August 2020. 4837 Patenter goufen no der einfacher Familljefusioun kritt, a 4673 Patenter goufen no kënschtlecher Kaméidi Reduktioun bestëmmt.
Selten Äerdpatentanwendungen am Beräich vun der Nuklear Spärung oder der Nuklearfusioun ginn a 56 Länner/Regiounen verdeelt, haaptsächlech konzentréiert a Japan, China, d'USA, Däitschland a Russland, asw. , vun deenen d'chinesesch Patenttechnologie Uwendungen eropgaange sinn, besonnesch zënter 2009, an eng séier Wuesstumsstadium eragoen, a Japan, d'USA a Russland hu weider an dësem Beräich fir vill Jore Layout gemaach. (Figur 1).
Figur 1 Applikatioun Trend vun Technologie Patenter Zesummenhang mat selten Äerd Applikatioun an nuklear Nuklear Spärung an Nuklear Fusioun a Länner / Regiounen
Et kann aus der Analyse vun techneschen Themen gesi ginn datt d'Applikatioun vu rare Äerd an der Nuklearfusioun an der Nuklearspaltung sech op Brennstoffelementer, Scintillatoren, Stralungsdetektoren, Aktiniden, Plasmaen, Atomreaktoren, Schirmmaterialien, Neutronenabsorption an aner technesch Richtungen konzentréiert.
4、 Spezifesch Uwendungen a Schlësselpatentfuerschung vu Selten Äerdelementer an Nuklearmaterialien
Ënnert hinnen sinn d'Nuklearfusioun an d'Nuklearspaltungsreaktiounen an nuklear Materialien intensiv, an d'Ufuerderunge fir d'Material si strikt. Am Moment sinn Kraaftreaktoren haaptsächlech Atomspaltungsreaktoren, a Fusiounsreaktoren kënnen no 50 Joer op grousser Skala populariséiert ginn. D'Applikatioun vunseelen ÄerdElementer am Reakterstrukturmaterial; A spezifesche nuklearchemesche Felder ginn selten Äerdelementer haaptsächlech a Kontrollstaben benotzt; Zousätzlech,skandiumgouf och an der Radiochemie an der Nuklearindustrie benotzt.
（1） Als brennbare Gëft oder Kontrollstab fir den Neutronenniveau a kriteschen Zoustand vum Atomreaktor unzepassen
A Kraaftreaktoren ass déi initial Reschtreaktivitéit vun neie Kären allgemeng relativ héich. Besonnesch an de fréie Stadien vum éischten Tankzyklus, wann all nuklear Brennstoff am Kär nei ass, ass déi reschtlech Reaktivitéit déi héchst. Zu dësem Zäitpunkt, eleng op d'Erhéijung vun der Kontrollstäben ze vertrauen fir d'Reschtreaktivitéit ze kompenséieren, géif méi Kontrollstäben aféieren. All Kontroll Staang (oder Staang Bündel) entsprécht der Aféierung vun engem komplex dreiwend Mechanismus. Engersäits erhéicht dëst d'Käschte, an op der anerer Säit kënnen d'Ouverture vum Lächer am Drockbehälterkapp zu enger Ofsenkung vun der struktureller Kraaft féieren. Net nëmmen ass et onekonomesch, awer et ass och net erlaabt eng gewësse Quantitéit vu Porositéit a strukturell Kraaft um Drockbehälterkapp ze hunn. Wéi och ëmmer, ouni d'Kontrollstäben ze erhéijen, ass et néideg d'Konzentratioun vu chemesche kompenséierende Toxine (wéi Borsäure) ze erhéijen fir déi verbleiwen Reaktivitéit ze kompenséieren. An dësem Fall ass et einfach fir d'Borkonzentratioun d'Schwell ze iwwerschreiden, an den Temperaturkoeffizient vum Moderator gëtt positiv.
Fir déi uewe genannte Problemer ze vermeiden, kann eng Kombinatioun vu brennbaren Toxine, Kontrollstäbchen a chemesche Kompensatiounskontroll allgemeng fir Kontroll benotzt ginn.
（2） Als Dotant fir d'Performance vu Reaktorstrukturmaterialien ze verbesseren
Reaktoren erfuerderen strukturell Komponenten a Brennstoffelementer fir e gewëssen Niveau vu Kraaft, Korrosiounsbeständegkeet an héich thermesch Stabilitéit ze hunn, wärend och Spärungsprodukter verhënnert datt se an de Kältemëttel kommen.
1) .Seelen Äerd Stol
Den Atomreakter huet extrem physesch a chemesch Konditiounen, an all Bestanddeel vum Reakter huet och héich Ufuerderunge fir de spezielle Stol benotzt. Selten Äerdelementer hunn speziell Modifikatiounseffekter op Stol, haaptsächlech Reinigung, Metamorphismus, Mikrolegierung a Verbesserung vun der Korrosiounsbeständegkeet. Selten Äerd enthale Stol ginn och vill an Atomreaktoren benotzt.
① Purification Effekt: Existéiert Fuerschung huet gewisen datt selten Äerd e gudde Reinigungseffekt op geschmollte Stol bei héijen Temperaturen hunn. Dëst ass well seelen Äerd mat schiedlechen Elementer wéi Sauerstoff a Schwefel am geschmollte Stol reagéiere kënnen fir Héichtemperaturverbindungen ze generéieren. D'Héichtemperaturverbindunge kënnen a Form vun Inklusiounen ausgeschloss an entlooss ginn, ier de geschmollte Stahl kondenséiert, an doduerch den Onreinheetsgehalt am geschmollte Stol reduzéiert.
② Metamorphismus: op der anerer Säit kënnen d'Oxiden, Sulfiden oder Oxysulfiden, déi duerch d'Reaktioun vu rare Äerd am geschmoltenem Stol mat schiedlechen Elementer wéi Sauerstoff a Schwefel generéiert ginn, deelweis am geschmollte Stahl behalen a ginn Inklusiounen vu Stol mat héije Schmelzpunkt. . Dës Inklusiounen kënnen als heterogen Nukleatiounszentren während der Verstäerkung vum geschmollte Stol benotzt ginn, sou datt d'Form an d'Struktur vum Stol verbessert ginn.
③ Mikrolegierung: Wann d'Zousatz vun selten Äerd weider erhéicht gëtt, gëtt déi verbleiwen selten Äerd am Stol opgeléist nodeems déi uewe genannte Reinigung an Metamorphismus ofgeschloss sinn. Zënter den Atomradius vu seltener Äerd méi grouss ass wéi dee vum Eisenatom, huet selten Äerd méi héich Uewerflächaktivitéit. Wärend dem Verstäerkungsprozess vu geschmollte Stol ginn selten Äerdelementer op der Getreidegrenz beräichert, wat d'Segregatioun vun Gëftstoffelementer op der Getreidgrenz besser reduzéiere kann, sou datt déi zolidd Léisung stäerkt an d'Roll vun der Mikrolegierung spillt. Op der anerer Säit, wéinst de Waasserstofflagereigenschaften vu rare Äerden, kënne si Waasserstoff am Stol absorbéieren, an doduerch effektiv d'Waasserstoffverbrechungsphänomen vum Stol verbesseren.
④ Verbesserung vun der Korrosiounsbeständegkeet: D'Zousatz vu rare Äerdelementer kann och d'Korrosiounsbeständegkeet vum Stol verbesseren. Dëst ass well seelen Äerd e méi héicht Selbstkorrosiounspotenzial hunn wéi Edelstol. Dofir kann d'Zousatz vu rare Äerden d'Selbstkorrosiounspotenzial vum Edelstol erhéijen, an doduerch d'Stabilitéit vum Stahl a korrosive Medien verbesseren.
2). Schlëssel Patent Etude
Schlësselpatent: Erfindungspatent vun enger Oxiddispersioun verstäerkt niddereg Aktivéierungsstahl a seng Virbereedungsmethod vum Institut fir Metaller, Chinesesch Akademie vun de Wëssenschaften
Patentabstrakt: Versuergt ass en Oxid-Dispersioun gestäerkt niddereg Aktivéierungsstahl gëeegent fir Fusiounsreaktoren a seng Virbereedungsmethod, charakteriséiert duerch datt de Prozentsaz vun Legierungselementer an der Gesamtmass vum nidderegen Aktivéierungsstahl ass: d'Matrix ass 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 %, an 0,05 % ≤ Y2O3 ≤ 0,5 %.
Fabrikatiounsprozess: Fe-Cr-WV-Ta-Mn Mutterlegierung Schmelzen, Pulveratomiséierung, Héichenergie Kugelfräsen vun der Mutterlegierung aY2O3 Nanopartikelgemëschte Pudder, Pudder Enveloping Extraktioun, Solidifikatioun molding, waarm Walzen, an Hëtzt Behandlung.
Selten Äerd Additioun Method: Füügt NanoskalaY2O3Partikel zu der Elterendeel Legierung atomiséierter Pudder fir Héich-Energie Kugelfräsen, mat dem Kugelfräsmedium Φ 6 an Φ 10 gemëschte schwéier Stahlbäll, mat enger Kugelfräsatmosphär vun 99,99% Argongas, e Kugelmaterial Masse Verhältnis vun (8- 10): 1, eng Kugelfräszäit vun 40-70 Stonnen, an eng Rotatiounsgeschwindegkeet vun 350-500 r/min.
3）.Gebraucht fir Neutronestrahlungsschutzmaterialien ze maachen
① Prinzip vum Neutronestrahlungsschutz
Neutrone si Bestanddeeler vun Atomkäre, mat enger statescher Mass vun 1,675 × 10-27 kg, wat 1838 Mol d'elektronesch Mass ass. Säi Radius ass ongeféier 0,8 × 10-15m, ähnlech a Gréisst wéi e Proton, ähnlech wéi γ Strahlen si gläich ongelueden. Wann Neutrone mat Matière interagéieren, interagéiere se haaptsächlech mat den Nuklearkräften am Kär, an interagéieren net mat den Elektronen an der äusserer Schuel.
Mat der rapider Entwécklung vun der Atomenergie an der Atomreaktortechnologie ass ëmmer méi Opmierksamkeet op d'nuklear Strahlungssécherheet an den nukleare Strahlungsschutz bezuelt ginn. Fir de Strahlungsschutz fir Betreiber ze stäerken, déi laang Zäit an der Strahlungsausrüstung Ënnerhalt an Accident Rettung engagéiert sinn, ass et vu grousser wëssenschaftlecher Bedeitung a wirtschaftleche Wäert fir liicht Schëldkomposite fir Schutzkleedung z'entwéckelen. Neutronestralung ass de wichtegsten Deel vun der Atomreaktorstralung. Generell sinn déi meescht vun den Neutronen am direkte Kontakt mat de Mënschen op niddereg-Energie-Neutrone verlangsamt ginn no der Neutroneschutzeffekt vun de strukturelle Materialien am Atomreaktor. Niddereg Energieneutrone kollidéiere mat Käre mat enger niddereger Atomnummer elastesch a si weider moderéiert. Déi moderéiert thermesch Neutrone ginn duerch Elementer mat gréisseren Neutronenabsorptiounsquerschnëtter absorbéiert, a schliisslech gëtt Neutroneschirmung erreecht.
② Schlësselpatentstudie
D'porös an organesch-anorganesch Hybrid Eegeschafte vunseelen Äerd Elementgadoliniumbaséiert Metall organesch Skelettmaterialien erhéijen hir Kompatibilitéit mat Polyethylen, förderen d'synthetiséiert Kompositmaterialien fir méi Gadoliniumgehalt a Gadoliniumdispersioun ze hunn. Den héije Gadoliniumgehalt an d'Dispersioun beaflossen direkt d'Neutroneschirmungsleistung vun de Kompositmaterialien.
Schlësselpatent: Hefei Institut fir Materialwëssenschaft, Chinesesch Akademie vun de Wëssenschaften, Erfindungspatent vun engem Gadolinium-baséiert organesche Kader-Komposit-Schirmmaterial a seng Virbereedungsmethod
Patentabstrakt: Gadolinium baséiert Metall organescht Skelett Komposit Schirmmaterial ass e Kompositmaterial geformt duerch Mëschunggadoliniumbaséiert metallen organesche Skelett Material mat polyethylene an engem Gewiicht Verhältnis vun 2: 1: 10 a Form et duerch Léisungsmëttelbad Verdampfung oder waarm pressen. Gadolinium baséiert Metal organesch Skelett Komposit shielding Materialien hunn héich thermesch Stabilitéit an thermesch Neutrone shielding Fähegkeet.
Fabrikatiounsprozess: verschidden auswielenGadolinium MetalSalzer an organesch Liganden fir verschidden Aarte vu Gadolinium-baséiert Metallorganesche Skelettmaterialien ze preparéieren an ze synthetiséieren, se mat klenge Molekülle vu Methanol, Ethanol oder Waasser duerch Zentrifugéierung ze wäschen, an se bei héijer Temperatur ënner Vakuumbedéngungen aktivéieren fir déi verbleiwen onreagéiert Rohmaterialien komplett ze läschen an de Poren vun der Gadolinium-baséiert Metall organesch Skelettmaterialien; D'Gadolinium-baséiert organometallescht Skelettmaterial, dat am Schrëtt virbereet ass, gëtt mat enger Polyethylen-Lotion bei enger héijer Geschwindegkeet gerührt, oder Ultraschall, oder d'Gadolinium-baséiert organometallescht Skelettmaterial, dat am Schrëtt virbereet gëtt, gëtt geschmëlzt mat ultra-héichmolekulare Polyethylen bei héijer Temperatur bis voll gemëscht; Place der eenheetlech gemëscht Gadolinium baséiert metallen organesch Skelett Material / polyethylene Mëschung an der Ofdréck, a kritt de geformt Gadolinium baséiert Metal organesch Skelett Komposit Schëld Material vun drëschenen Léisungsmëttelbad Verdampfung oder waarm pressen ze förderen; D'preparéiert Gadolinium baséiert metallen organesch Skelett Komposit Schirmmaterial huet wesentlech verbessert Hëtzt Resistenz, mechanesch Eegeschaften, an super thermesch Neutrone shielding Fähegkeet am Verglach zu pure polyethylene Materialien.
Selten Äerd Additioun Modus: Gd2 (BHC) (H2O) 6, Gd (BTC) (H2O) 4 oder Gd (BDC) 1,5 (H2O) 2 poröse kristallin Koordinatiounspolymer mat Gadolinium, deen duerch Koordinatiounspolymeriséierung vunGd (NO3) 3 • 6H2O oder GdCl3 • 6H2Oan organesch Carboxylatligand; D'Gréisst vum Gadolinium-baséiert metalleschen organesche Skelettmaterial ass 50nm-2 μm; Gadolinium-baséiert Metallorganesch Skelettmaterialien hu verschidde Morphologien, inklusiv granulär, Staangfërmeg oder Nadelgeformt Formen.
（4） Uwendung vunScandiuman der Radiochemie an der Nuklearindustrie
Scandium Metal huet gutt thermesch Stabilitéit a staark Fluor Absorptioun Leeschtung, mécht et en onverzichtbare Material an der Atomenergie Industrie.
Schlësselpatent: China Aerospace Development Peking Institute of Aeronautical Materials, Erfindungspatent fir eng Aluminium Zink Magnesium Scandium Legierung a seng Virbereedungsmethod
Patentabstrakt: An Aluminium ZinkMagnesium Scandium Legierunga seng Virbereedungsmethod. D'chemesch Zesummesetzung a Gewiicht Prozentsaz vun der Al Zink Magnesium Scandium Legierung sinn: Mg 1,0% -2,4%, Zn 3,5% -5,5%, Sc 0,04% -0,50%, Zr 0,04% -0,35%, Gëftstoffer Cu ≤ 0,2%, Si ≤ 0,35%, Fe ≤ 0,4%, aner Gëftstoffer eenzel ≤ 0,05%, aner Gëftstoffer Ganzen ≤ 0,15%, an de Rescht Betrag ass Al. D'Mikrostruktur vun dësem Aluminium Zink Magnesium Scandium Legierungsmaterial ass eenheetlech a seng Leeschtung ass stabil, mat enger ultimativer Spannkraaft vun iwwer 400MPa, enger Ausbezuelkraaft vun iwwer 350MPa, an enger Spannkraaft vun iwwer 370MPa fir verschweißte Gelenker. D'Materialprodukter kënnen als strukturell Elementer an der Raumfaart, Nuklearindustrie, Transport, Sportsartikelen, Waffen an aner Felder benotzt ginn.
Fabrikatiounsprozess: Schrëtt 1, Zutat no der uewen Legierungskompositioun; Schrëtt 2: Schmelzen am Schmelzofen bei enger Temperatur vu 700 ℃ ~ 780 ℃; Schrëtt 3: Raffinéiert déi komplett geschmollte Metallflëssegkeet, a behalen d'Metalltemperatur am Beräich vun 700 ℃ ~ 750 ℃ während der Raffinéierung; Schrëtt 4: No der Verfeinerung, soll et voll erlaabt stoe bleiwen; Schrëtt 5: No voll stoen, ufänken Goss, halen der Uewen Temperatur am Beräich vun 690 ℃ ~ 730 ℃, an der Lous Vitesse ass 15-200mm / Minutt; Schrëtt 6: Maacht Homogeniséierungsglühungsbehandlung op der Legierungsgott am Heizofen, mat enger Homogeniséierungstemperatur vu 400 ℃ ~ 470 ℃; Schrëtt 7: Schielt den homogeniséierten Ingot a maacht eng waarm Extrusioun fir Profiler mat enger Wanddicke vun iwwer 2,0 mm ze produzéieren. Wärend dem Extrusiounsprozess sollt de Billet bei enger Temperatur vun 350 ℃ bis 410 ℃ gehale ginn; Schrëtt 8: Press de Profil fir Léisungsquenching Behandlung, mat enger Léisungstemperatur vu 460-480 ℃; Schrëtt 9: No 72 Stonne vu feste Léisungsquenching, manuell d'Alterung forcéieren. D'manuell Kraaft Alterung System ass: 90 ~ 110 ℃ / 24 Stonnen + 170 ~ 180 ℃ / 5 Stonnen, oder 90 ~ 110 ℃ / 24 Stonnen + 145 ~ 155 ℃ / 10 Stonnen.
5, Fuerschung Resumé
Am Ganzen gi seelen Äerd vill an Nuklear Fusioun an Nuklear Spärung benotzt, an hunn vill Patent Layouten an esou technesch Richtungen wéi X-Ray excitation, Plasma Formatioun, Liicht Waasser Reakter, Transuranium, Uranyl an Oxid Pudder. Wat d'Reaktormaterialien ugeet, kënnen seelen Äerder als Reakterstrukturmaterialien a verbonne Keramikisolatiounsmaterialien, Kontrollmaterialien an Neutronestrahlungsschutzmaterialien benotzt ginn.
Post Zäit: Mee-26-2023