Applikazzjoni ta' Elementi tad-Dinja Rari f'Materjali Nukleari

1、 Definizzjoni ta 'Materjali Nukleari

F'sens wiesa', materjal nukleari huwa t-terminu ġenerali għal materjali użati esklussivament fl-industrija nukleari u fir-riċerka xjentifika nukleari, inklużi l-fjuwil nukleari u materjali ta' inġinerija nukleari, jiġifieri materjali ta' fjuwil mhux nukleari.

Il-materjali nukleari komunement imsemmija jirreferu prinċipalment għal materjali użati f'diversi partijiet tar-reattur, magħrufa wkoll bħala materjali tar-reattur. Materjali tar-reattur jinkludu fjuwil nukleari li jgħaddi minn fissjoni nukleari taħt bumbardament tan-newtroni, materjali tal-kisi għall-komponenti tal-fjuwil nukleari, likwidu li jkessaħ, moderaturi tan-newtroni (moderaturi), materjali tal-vireg tal-kontroll li jassorbu n-newtroni bil-qawwa, u materjali li jirriflettu li jipprevjenu t-tnixxija tan-newtroni barra r-reattur.

2、 Relazzjoni assoċjata ko bejn ir-riżorsi tad-dinja rari u r-riżorsi nukleari

Monazite, imsejjaħ ukoll phosphocerite u phosphocerite, huwa minerali aċċessorju komuni f'blat igneous aċidu intermedju u blat metamorfiku. Monazite huwa wieħed mill-minerali ewlenin tal-mineral tal-metall tal-art rari, u jeżisti wkoll f'xi blat sedimentarju. Aħmar kannella, isfar, kultant isfar kannella, bi tleqqija żejtnija, qsim sħiħ, ebusija Mohs ta '5-5.5, u gravità speċifika ta' 4.9-5.5.

Il-minerali prinċipali tal-minerali ta 'xi depożiti ta' art rari tat-tip placer fiċ-Ċina huwa monazite, prinċipalment jinsab fi Tongcheng, Hubei, Yueyang, Hunan, Shangrao, Jiangxi, Menghai, Yunnan, u He County, Guangxi. Madankollu, l-estrazzjoni ta 'riżorsi ta' art rari tat-tip placer ħafna drabi ma jkollhiex sinifikat ekonomiku. Ġebel solitarju ħafna drabi jkun fih elementi riflessivi tat-torju u huma wkoll is-sors ewlieni tal-plutonju kummerċjali.

3、 Ħarsa ġenerali lejn l-applikazzjoni tad-dinja rari fil-fużjoni nukleari u l-fissjoni nukleari bbażati fuq analiżi panoramiċi tal-privattivi

Wara li l-kliem kjavi ta 'elementi ta' tfittxija ta 'art rari huma estiżi għal kollox, huma kkombinati ma' ċwievet ta 'espansjoni u numri ta' klassifikazzjoni ta 'fissjoni nukleari u fużjoni nukleari, u mfittxija fid-database Incopt. Id-data tat-tfittxija hija l-24 ta 'Awwissu 2020. 4837 privattiva nkisbu wara għaqda sempliċi tal-familja, u 4673 privattiva ġew determinati wara tnaqqis artifiċjali tal-istorbju.

L-applikazzjonijiet tal-privattivi tal-art rari fil-qasam tal-fissjoni nukleari jew il-fużjoni nukleari huma mqassma f'56 pajjiż/reġjun, prinċipalment ikkonċentrati fil-Ġappun, iċ-Ċina, l-Istati Uniti, il-Ġermanja u r-Russja, eċċ. Numru konsiderevoli ta 'privattivi huma applikati fil-forma ta' PCT , li minnhom l-applikazzjonijiet tat-teknoloġija tal-privattivi Ċiniżi ilhom jiżdiedu, speċjalment mill-2009, daħlu fi stadju ta 'tkabbir mgħaġġel, u l-Ġappun, l-Istati Uniti u r-Russja komplew jitqassmu f'dan il-qasam għal ħafna snin (Figura 1).

Figura 1 It-tendenza tal-applikazzjoni tal-privattivi tat-teknoloġija relatati mal-applikazzjoni tad-dinja rari fil-fissjoni nukleari nukleari u l-fużjoni nukleari f'pajjiżi/reġjuni

Jista 'jidher mill-analiżi ta' temi tekniċi li l-applikazzjoni ta 'art rari fil-fużjoni nukleari u l-fissjoni nukleari tiffoka fuq elementi ta' fjuwil, scintillators, ditekters tar-radjazzjoni, aktinidi, plażmi, reatturi nukleari, materjali tal-ilqugħ, assorbiment tan-newtroni u direzzjonijiet tekniċi oħra.

4、 Applikazzjonijiet Speċifiċi u Riċerka dwar Privattivi Ewlenin ta 'Elementi tad-Dinja Rari f'Materjali Nukleari

Fosthom, il-fużjoni nukleari u r-reazzjonijiet tal-fissjoni nukleari f'materjali nukleari huma intensi, u r-rekwiżiti għall-materjali huma stretti. Fil-preżent, reatturi tal-enerġija huma prinċipalment reatturi ta 'fissjoni nukleari, u reatturi tal-fużjoni jistgħu jiġu popolarizzati fuq skala kbira wara 50 sena. L-applikazzjoni ta'art rarielementi f'materjali strutturali tar-reattur; F'oqsma kimiċi nukleari speċifiċi, l-elementi tad-dinja rari jintużaw prinċipalment fil-vireg tal-kontroll; Barra minn hekk,skandjuintuża wkoll fir-radjukimika u l-industrija nukleari.

(1) Bħala velenu kombustibbli jew virga tal-kontroll biex taġġusta l-livell tan-newtroni u l-istat kritiku tar-reattur nukleari

Fir-reatturi tal-qawwa, ir-reattività residwa inizjali ta 'qlub ġodda hija ġeneralment relattivament għolja. Speċjalment fl-istadji bikrija tal-ewwel ċiklu ta 'riforniment, meta l-fjuwil nukleari kollu fil-qalba huwa ġdid, ir-reattività li fadal hija l-ogħla. F'dan il-punt, li tiddependi biss fuq iż-żieda fil-vireg tal-kontroll biex tikkumpensa għar-reattività residwa tintroduċi aktar vireg tal-kontroll. Kull virga tal-kontroll (jew mazz tal-virga) tikkorrispondi għall-introduzzjoni ta 'mekkaniżmu ta' sewqan kumpless. Min-naħa waħda, dan iżid l-ispejjeż, u min-naħa l-oħra, il-ftuħ ta 'toqob fir-ras tal-bastiment tal-pressjoni jista' jwassal għal tnaqqis fis-saħħa strutturali. Mhux biss mhuwiex ekonomiku, iżda wkoll mhux permess li jkollu ċertu ammont ta 'porożità u saħħa strutturali fuq ir-ras tal-bastiment tal-pressjoni. Madankollu, mingħajr ma jiżdiedu l-vireg tal-kontroll, huwa meħtieġ li tiżdied il-konċentrazzjoni ta 'tossini ta' kumpens kimiku (bħal aċidu boriku) biex tikkumpensa għar-reattività li fadal. F'dan il-każ, huwa faċli li l-konċentrazzjoni tal-boron taqbeż il-limitu, u l-koeffiċjent tat-temperatura tal-moderatur isir pożittiv.

Biex jiġu evitati l-problemi msemmija hawn fuq, taħlita ta 'tossini kombustibbli, vireg ta' kontroll, u kontroll ta 'kumpens kimiku jistgħu ġeneralment jintużaw għall-kontroll.

（2） Bħala dopant biex ittejjeb il-prestazzjoni tal-materjali strutturali tar-reattur

Ir-reatturi jeħtieġu komponenti strutturali u elementi tal-fjuwil li jkollhom ċertu livell ta 'saħħa, reżistenza għall-korrużjoni, u stabbiltà termali għolja, filwaqt li jipprevjenu wkoll prodotti ta' fissjoni milli jidħlu fil-likwidu li jkessaħ.

1) .Azzar tad-dinja rari

Ir-reattur nukleari għandu kundizzjonijiet fiżiċi u kimiċi estremi, u kull komponent tar-reattur għandu wkoll rekwiżiti għoljin għall-azzar speċjali użat. Elementi tad-dinja rari għandhom effetti speċjali ta 'modifika fuq l-azzar, prinċipalment inklużi purifikazzjoni, metamorfiżmu, mikroliga, u titjib tar-reżistenza għall-korrużjoni. Azzar li fih art rari huma wkoll użati ħafna fir-reatturi nukleari.

① Effett ta 'purifikazzjoni: Riċerka eżistenti wriet li l-artijiet rari għandhom effett tajjeb ta' purifikazzjoni fuq azzar imdewweb f'temperaturi għoljin. Dan minħabba li l-artijiet rari jistgħu jirreaġixxu ma 'elementi ta' ħsara bħall-ossiġnu u l-kubrit fl-azzar imdewweb biex jiġġeneraw komposti ta 'temperatura għolja. Il-komposti b'temperatura għolja jistgħu jiġu preċipitati u skarikati fil-forma ta 'inklużjonijiet qabel ma l-azzar imdewweb jikkondensa, u b'hekk jitnaqqas il-kontenut ta' impurità fl-azzar imdewweb.

② Metamorfiżmu: min-naħa l-oħra, l-ossidi, sulfidi jew oxysulfides iġġenerati mir-reazzjoni ta 'art rari fl-azzar imdewweb b'elementi ta' ħsara bħall-ossiġnu u l-kubrit jistgħu jinżammu parzjalment fl-azzar imdewweb u jsiru inklużjonijiet ta 'azzar b'punt ta' tidwib għoli . Dawn l-inklużjonijiet jistgħu jintużaw bħala ċentri ta 'nukleazzjoni eteroġeni waqt is-solidifikazzjoni tal-azzar imdewweb, u b'hekk itejbu l-forma u l-istruttura tal-azzar.

③ Mikroalloying: jekk iż-żieda ta 'art rari tiżdied aktar, l-art rari li jifdal se tinħall fl-azzar wara li jitlestew il-purifikazzjoni u l-metamorfiżmu ta' hawn fuq. Peress li r-raġġ atomiku tad-dinja rari huwa akbar minn dak tal-atomu tal-ħadid, l-art rari għandha attività tal-wiċċ ogħla. Matul il-proċess ta 'solidifikazzjoni ta' azzar imdewweb, elementi ta 'art rari huma arrikkit fil-konfini tal-qamħ, li jistgħu jnaqqsu aħjar is-segregazzjoni ta' elementi ta 'impurità fil-konfini tal-qamħ, u b'hekk isaħħu s-soluzzjoni solida u għandhom ir-rwol ta' mikroliga. Min-naħa l-oħra, minħabba l-karatteristiċi tal-ħażna tal-idroġenu ta 'artijiet rari, jistgħu jassorbu l-idroġenu fl-azzar, u b'hekk itejbu b'mod effettiv il-fenomenu tal-fraġilità tal-idroġenu tal-azzar.

④ Titjib tar-reżistenza għall-korrużjoni: Iż-żieda ta 'elementi ta' l-art rari tista 'wkoll ittejjeb ir-reżistenza għall-korrużjoni ta' l-azzar. Dan huwa minħabba li l-artijiet rari għandhom potenzjal ogħla ta 'korrużjoni awto mill-istainless steel. Għalhekk, iż-żieda ta 'artijiet rari tista' żżid il-potenzjal ta 'korrużjoni awto tal-istainless steel, u b'hekk ittejjeb l-istabbiltà tal-azzar f'midja korrużiva.

2). Studju tal-Privattivi Ewlenin

Privattiva ewlenija: privattiva ta 'invenzjoni ta' dispersjoni ta 'ossidu msaħħa azzar ta' attivazzjoni baxxa u l-metodu ta 'preparazzjoni tiegħu mill-Istitut tal-Metalli, l-Akkademja Ċiniża tax-Xjenzi

Astratt tal-privattiva: Ipprovdut huwa azzar ta 'attivazzjoni baxxa msaħħaħ b'dispersjoni ta' ossidu adattat għal reatturi ta 'fużjoni u l-metodu ta' preparazzjoni tiegħu, ikkaratterizzat li l-perċentwal ta 'elementi ta' liga fil-massa totali ta 'l-azzar ta' attivazzjoni baxxa huwa: il-matriċi hija 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%, u 0.05% ≤ Y2O3 ≤ 0.5%.

Proċess ta 'manifattura: Tidwib tal-liga omm Fe-Cr-WV-Ta-Mn, atomizzazzjoni tat-trab, tħin bil-ballun b'enerġija għolja tal-liga omm uNanoparticle Y2O3trab imħallat, estrazzjoni enveloping trab, iffurmar ta 'solidifikazzjoni, rolling bis-sħana, u trattament bis-sħana.

Metodu ta 'żieda ta' art rari: Żid nanoskalaY2O3partiċelli għat-trab atomizzat liga ġenitur għat-tħin tal-ballun ta 'enerġija għolja, bil-mezz tat-tħin tal-ballun ikun Φ 6 u Φ 10 blalen tal-azzar iebes imħallat, b'atmosfera ta' tħin tal-ballun ta '99.99% gass argon, proporzjon tal-massa tal-materjal tal-ballun ta' (8- 10): 1, ħin tat-tħin tal-ballun ta '40-70 siegħa, u veloċità rotazzjonali ta' 350-500 r/min.

3）.Użat biex jagħmel materjali ta 'protezzjoni mir-radjazzjoni tan-newtroni

① Prinċipju tal-protezzjoni mir-radjazzjoni tan-newtroni

In-newtroni huma komponenti ta 'nuklei atomiċi, b'massa statika ta' 1.675 × 10-27kg, li hija 1838 darbiet il-massa elettronika. Ir-raġġ tiegħu huwa bejn wieħed u ieħor 0.8 × 10-15m, simili fid-daqs għal proton, simili għal γ Rays huma ugwalment mhux iċċarġjati. Meta n-newtroni jinteraġixxu mal-materja, huma prinċipalment jinteraġixxu mal-forzi nukleari ġewwa n-nukleu, u ma jinteraġixxux mal-elettroni fil-qoxra ta 'barra.

Bl-iżvilupp mgħaġġel tal-enerġija nukleari u t-teknoloġija tar-reattur nukleari, ingħatat aktar u aktar attenzjoni lis-sikurezza tar-radjazzjoni nukleari u l-protezzjoni mir-radjazzjoni nukleari. Sabiex tissaħħaħ il-protezzjoni mir-radjazzjoni għall-operaturi li ilhom involuti fil-manutenzjoni tat-tagħmir tar-radjazzjoni u s-salvataġġ ta 'inċidenti għal żmien twil, huwa ta' sinifikat xjentifiku u valur ekonomiku kbir li jiġu żviluppati komposti ħfief ta 'lqugħ għal ħwejjeġ protettivi. Ir-radjazzjoni tan-newtroni hija l-aktar parti importanti tar-radjazzjoni tar-reattur nukleari. Ġeneralment, il-biċċa l-kbira tan-newtroni f'kuntatt dirett mal-bnedmin ġew imnaqqsa għal newtroni ta 'enerġija baxxa wara l-effett ta' lqugħ tan-newtroni tal-materjali strutturali ġewwa r-reattur nukleari. Newtroni ta 'enerġija baxxa se jaħbtu ma' nuklei b'numru atomiku aktar baxx elastikament u jkomplu jiġu moderati. In-newtroni termali moderati se jiġu assorbiti minn elementi b'sezzjonijiet trasversali akbar ta 'assorbiment tan-newtroni, u finalment se jinkiseb ilqugħ tan-newtroni.

② Studju tal-Privattivi Ewlenin

Il-proprjetajiet ibridi porużi u organiċi-inorganiċi ta 'element tad-dinja rarigadolinjumaterjali tal-iskeletru organiku tal-metall ibbażati jżidu l-kompatibilità tagħhom mal-polyethylene, jippromwovu l-materjali komposti sintetizzati biex ikollhom kontenut ogħla ta 'gadolinju u dispersjoni ta' gadolinju. Il-kontenut għoli ta 'gadolinju u t-tixrid se jaffettwaw direttament il-prestazzjoni tal-ilqugħ tan-newtroni tal-materjali komposti.

Privattiva ewlenija: Istitut Hefei tax-Xjenza tal-Materjal, Akkademja Ċiniża tax-Xjenzi, privattiva ta 'invenzjoni ta' materjal ta 'lqugħ kompost ta' qafas organiku bbażat fuq gadolinju u l-metodu ta 'preparazzjoni tiegħu

Astratt tal-Privattivi: Materjal ta 'lqugħ kompost ta' skeletru organiku tal-metall ibbażat fuq gadolinju huwa materjal kompost iffurmat bit-taħlitgadolinjumaterjal tal-iskeletru organiku tal-metall ibbażat fuq il-polyethylene fi proporzjon tal-piż ta '2:1:10 u li jifforma permezz ta' evaporazzjoni tas-solvent jew ippressar bis-sħana. Materjali ta 'lqugħ komposti ta' skeletru organiku tal-metall ibbażat fuq gadolinju għandhom stabbiltà termali għolja u kapaċità ta 'lqugħ tan-newtroni termali.

Proċess ta 'manifattura: għażla differentimetall tal-gadolinjumelħ u ligandi organiċi biex jippreparaw u jissintetizzaw tipi differenti ta 'materjali ta' skeletru organiku tal-metall ibbażat fuq il-gadolinju, jaħsluhom b'molekuli żgħar ta 'metanol, etanol, jew ilma permezz ta' ċentrifugazzjoni, u jattivawhom f'temperatura għolja taħt kundizzjonijiet ta 'vakwu biex tneħħi bis-sħiħ il-materja prima residwa mhux reazzjoni fil-pori tal-materjali tal-iskeletru organiku tal-metall ibbażat fuq il-gadolinju; Il-materjal tal-iskeletru organometalliku bbażat fuq il-gadolinju mħejji fil-pass huwa mħawwad b'lotion tal-polyethylene b'veloċità għolja, jew ultrasonikament, jew il-materjal tal-iskeletru organometalliku bbażat fuq il-gadolinju mħejji fil-pass huwa mdewweb imħallat ma 'polyethylene ta' piż molekulari ultra-għoli f'temperatura għolja sakemm jitħallat kompletament; Poġġi l-materjal tal-iskeletru organiku tal-metall ibbażat fuq il-gadolinju mħallat b'mod uniformi / taħlita tal-polyethylene fil-moffa, u akkwista l-materjal tal-ilqugħ kompost tal-iskeletru kompost tal-metall ibbażat fuq il-gadolinju ffurmat billi nixxef biex tippromwovi evaporazzjoni tas-solvent jew ippressar bis-sħana; Il-materjal tal-ilqugħ kompost tal-iskeletru organiku tal-metall ippreparat ibbażat fuq il-gadolinju tejbet b'mod sinifikanti r-reżistenza tas-sħana, il-proprjetajiet mekkaniċi, u l-kapaċità superjuri tal-ilqugħ tan-newtroni termali meta mqabbla ma 'materjali tal-polyethylene pur.

Mod ta 'żieda ta' art rari: Gd2 (BHC) (H2O) 6, Gd (BTC) (H2O) 4 jew Gd (BDC) 1.5 (H2O) 2 polimeru ta 'koordinazzjoni kristallin poruż li fih gadolinju, li jinkiseb permezz ta' polimerizzazzjoni ta 'koordinazzjoni ta'Gd (NO3) 3 • 6H2O jew GdCl3 • 6H2Ou ligand karbossilat organiku; Id-daqs tal-materjal tal-iskeletru organiku tal-metall ibbażat fuq il-gadolinju huwa 50nm-2 μm； Il-materjali tal-iskeletru organiku tal-metall ibbażat fuq il-gadolinju għandhom morfoloġiji differenti, inklużi forom granulari, f'forma ta 'virga jew f'forma ta' labra.

（4） Applikazzjoni ta'Skandjufir-Radjukimika u l-industrija nukleari

Il-metall tal-iskandju għandu stabbiltà termali tajba u prestazzjoni qawwija ta 'assorbiment tal-fluworin, li jagħmilha materjal indispensabbli fl-industrija tal-enerġija atomika.

Privattiva ewlenija: Żvilupp Aerospazjali taċ-Ċina Istitut ta 'Materjali Aeronawtiċi ta' Beijing, privattiva ta 'invenzjoni għal liga ta' skandju tal-aluminju taż-żingu tal-manjeżju u l-metodu ta 'preparazzjoni tagħha

Astratt tal-privattiva: Żingu tal-aluminjuliga tal-manjeżju skandjuu l-metodu ta’ preparazzjoni tiegħu. Il-kompożizzjoni kimika u l-perċentwali tal-piż tal-liga tal-iskandju tal-manjeżju tal-aluminju taż-żingu huma: Mg 1.0% -2.4%, Zn 3.5% -5.5%, Sc 0.04% -0.50%, Zr 0.04% -0.35%, impuritajiet Cu ≤ 0.2%, Si ≤ 0.35%, Fe ≤ 0.4%, impuritajiet oħra wieħed ≤ 0.05%, impuritajiet oħra totali ≤ 0.15%, u l-ammont li jifdal huwa Al. Il-mikrostruttura ta 'dan il-materjal ta' liga ta 'l-aluminju taż-żingu tal-manjeżju skandju hija uniformi u l-prestazzjoni tagħha hija stabbli, b'saħħa tat-tensjoni aħħarija ta' aktar minn 400MPa, saħħa ta 'rendiment ta' aktar minn 350MPa, u saħħa tat-tensjoni ta 'aktar minn 370MPa għal ġonot iwweldjati. Il-prodotti materjali jistgħu jintużaw bħala elementi strutturali fl-ajruspazju, industrija nukleari, trasport, oġġetti sportivi, armi u oqsma oħra.

Proċess ta 'manifattura: Pass 1, ingredjent skond il-kompożizzjoni tal-liga ta' hawn fuq; Pass 2: Dewweb fil-forn tat-tidwib f'temperatura ta '700 ℃ ~ 780 ℃; Pass 3: Irfina l-likwidu tal-metall imdewweb kompletament, u żomm it-temperatura tal-metall fil-medda ta '700 ℃ ~ 750 ℃ ​​waqt ir-raffinar; Pass 4: Wara r-raffinar, għandu jitħalla għal kollox joqgħod wieqfa; Pass 5: Wara li toqgħod għal kollox, ibda l-ikkastjar, żomm it-temperatura tal-forn fil-medda ta '690 ℃ ~ 730 ℃, u l-veloċità tal-ikkastjar hija 15-200mm/minuta; Pass 6: Wettaq trattament ta 'ttemprar ta' omoġenizzazzjoni fuq l-ingott tal-liga fil-forn tat-tisħin, b'temperatura ta 'omoġenizzazzjoni ta' 400 ℃ ~ 470 ℃; Pass 7: Qaxxar l-ingott omoġenizzat u wettaq estrużjoni sħuna biex tipproduċi profili bi ħxuna tal-ħajt ta 'aktar minn 2.0mm. Matul il-proċess ta 'estrużjoni, il-billetta għandha tinżamm f'temperatura ta' 350 ℃ sa 410 ℃; Pass 8: Agħfas il-profil għat-trattament tat-tifi tas-soluzzjoni, b'temperatura tas-soluzzjoni ta '460-480 ℃; Pass 9: Wara 72 siegħa ta 'tifi ta' soluzzjoni solida, iġiegħel it-tixjiħ manwalment. Is-sistema manwali tat-tixjiħ tal-forza hija: 90~110 ℃/24 siegħa+170~180 ℃/5 sigħat, jew 90~110 ℃/24 siegħa+145~155 ℃/10 sigħat.

5、 Sommarju tar-Riċerka

B'mod ġenerali, l-artijiet rari jintużaw ħafna fil-fużjoni nukleari u l-fissjoni nukleari, u għandhom ħafna tqassim ta 'privattivi f'direzzjonijiet tekniċi bħal eċitazzjoni tar-raġġi-X, formazzjoni tal-plażma, reattur tal-ilma ħafif, transuranju, uranil u trab tal-ossidu. Fir-rigward tal-materjali tar-reattur, l-art rari jistgħu jintużaw bħala materjali strutturali tar-reattur u materjali ta 'insulazzjoni taċ-ċeramika relatati, materjali ta' kontroll u materjali ta 'protezzjoni mir-radjazzjoni tan-newtroni.