Applikazzjoni ta 'elementi tad-dinja rari f'materjali nukleari

1 、 Definizzjoni ta 'materjali nukleari

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

Il-materjali nukleari msemmija b'mod komuni jirreferu prinċipalment għal materjali użati f'diversi partijiet tar-reattur, magħrufa wkoll bħala materjali tar-reatturi. Il-materjali tar-reatturi jinkludu fjuwil nukleari li jgħaddi minn fissjoni nukleari taħt bombardament tan-newtroni, materjali tal-kisi għal komponenti tal-fjuwil nukleari, likwidu li jkessaħ, moderaturi tan-newtroni (moderaturi), materjali tal-virga ta 'kontroll li jassorbu b'mod qawwi newtroni, u materjali li jirriflettu li jipprevjenu t-tnixxija tan-newtroni barra r-reattur.

2 、 Relazzjoni assoċjata ma 'ko bejn riżorsi ta' art rari u riżorsi nukleari

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

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

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

Wara li l-kliem kjavi ta 'l-elementi ta' tfittxija ta 'l-art rari jiġu estiżi għal kollox, huma kkombinati maċ-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 Il-privattivi nkisbu wara għaqda sempliċi tal-familja, u 4673 privattivi ġew determinati wara tnaqqis tal-istorbju artifiċjali.

Applikazzjonijiet ta 'privattivi tad-dinja rari fil-qasam tal-fissjoni nukleari jew il-fużjoni nukleari huma mqassma f'56 pajjiż / reġjuni, ikkonċentrati prinċipalment 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 kienu qed jiżdiedu, speċjalment mill-2009, speċjalment mill-2009, u d-dħul tal-Ġappun, l-Istati Uniti u r-Russja 1).

Figura 1 Applikazzjoni Xejra tal-privattivi tat-teknoloġija relatati mal-applikazzjoni rari tad-dinja 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 tal-fjuwil, xintillaturi, ditekters ta' radjazzjoni, attinidi, plażma, plażma, reatturi nukleari, materjali ta 'lqugħ, assorbiment ta' newtroni u direzzjonijiet tekniċi oħra.

4 、 Applikazzjonijiet speċifiċi u riċerka ewlenija tal-privattivi ta 'elementi tad-dinja rari f'materjali nukleari

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

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

Fir-reatturi tal-enerġija, 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 jifdal hija l-ogħla. F'dan il-punt, billi sserraħ biss fuq żieda fil-vireg ta 'kontroll biex tikkumpensa għal reattività residwa tintroduċi aktar vireg ta' kontroll. Kull virga ta 'kontroll (jew qatta' tal-virga) tikkorrispondi għall-introduzzjoni ta 'mekkaniżmu ta' sewqan kumpless. Min-naħa l-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 huwa mhux ekonomiku, iżda wkoll mhuwiex permess li jkollu ċertu ammont ta 'porożità u saħħa strutturali fuq ir-ras tal-bastiment tal-pressjoni. Madankollu, mingħajr ma tiżdied il-vireg tal-kontroll, huwa meħtieġ li tiżdied il-konċentrazzjoni ta 'tossini li jikkumpensaw kimiċi (bħall-aċidu boriku) biex tikkumpensa għar-reattività li jifdal. F'dan il-każ, huwa faċli għall-konċentrazzjoni tal-boron li taqbeż il-limitu, u l-koeffiċjent tat-temperatura tal-moderatur se jsir pożittiv.

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

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

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

1) .Rare Earth Steel

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

① Effett ta 'purifikazzjoni: Ir-riċerka eżistenti wriet li l-art rari għandha effett ta' purifikazzjoni tajjeb fuq l-azzar imdewweb f'temperaturi għoljin. Dan minħabba li l-art rari tista 'tirreaġixxi b'elementi ta' ħsara bħal ossiġnu u kubrit fl-azzar imdewweb biex tiġġenera komposti ta 'temperatura għolja. Il-komposti ta 'temperatura għolja jistgħu jiġu ppreċipitati u mormija 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, is-sulfidi jew l-oxisulfidi ġġenerati mir-reazzjoni ta 'art rari fl-azzar imdewweb b'elementi ta' ħsara bħal ossiġenu u kubrit jistgħu jinżammu parzjalment fl-azzar imdewweb u jsiru inklużjonijiet ta 'l-azzar b'punt għoli ta' tidwib. Dawn l-inklużjonijiet jistgħu jintużaw bħala ċentri ta 'nukleazzjoni eteroġenji waqt is-solidifikazzjoni ta' l-azzar imdewweb, u b'hekk itejbu l-forma u l-istruttura ta 'l-azzar.

③ Microalloying: Jekk iż-żieda ta 'art rari tiżdied aktar, id-Dinja rari li jifdal tinħall fl-azzar wara li l-purifikazzjoni u l-metamorfiżmu msemmija hawn fuq jitlestew. Peress li r-raġġ atomiku ta 'art rari huwa ikbar minn dak ta' atomu tal-ħadid, art rari għandha attività tal-wiċċ ogħla. Matul il-proċess ta 'solidifikazzjoni ta' l-azzar imdewweb, elementi ta 'art rari huma arrikkiti fil-konfini tal-qamħ, li jista' jnaqqas aħjar is-segregazzjoni ta 'elementi ta' impurità fil-konfini tal-qamħ, u b'hekk isaħħaħ is-soluzzjoni solida u jaqdi r-rwol ta 'mikroalloying. Min-naħa l-oħra, minħabba l-karatteristiċi tal-ħażna tal-idroġenu ta 'art rari, dawn jistgħu jassorbu l-idroġenu fl-azzar, u b'hekk itejbu b'mod effettiv il-fenomenu tal-embrittlement ta' l-idroġenu ta 'l-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 minħabba li l-art rari għandha potenzjal ta 'korrużjoni ta' awto ogħla mill-istainless steel. Għalhekk, iż-żieda ta 'art rari tista' żżid il-potenzjal ta 'korrużjoni personali ta' l-istainless steel, u b'hekk ittejjeb l-istabbiltà ta 'l-azzar f'medja korrużiva.

2). Studju ewlieni tal-privattivi

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

Astratt tal-Privattivi: Ipprovdut huwa azzar ta 'attivazzjoni baxxa ta' tixrid ta 'ossidu adattat għar-reatturi tal-fużjoni u l-metodu ta' preparazzjoni tiegħu, ikkaratterizzat f'dak li l-perċentwali ta 'elementi tal-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: Fe-Cr-WV-Ta-Mn Linting Omm, Atomizzazzjoni ta' Trab, Tħin ta 'Ballun ta' Enerġija Għolja tal-Alloy Omm uNanopartiċella Y2O3Trab imħallat, estrazzjoni ta 'trab, iffurmar ta' solidifikazzjoni, rolling sħun, u trattament tas-sħana.

Metodu ta 'żieda fir-Dinja Rari: Żid nanoskalaY2O3Partiċelli għall-liga tal-ġenitur Atomizzat Trab għal tħin tal-ballun b'enerġija għolja, bil-mezz tat-tħin tal-ballun ikun φ 6 u φ 10 blalen tal-azzar iebsa mħallta, 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）.

① Prinċipju tal-protezzjoni tar-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 ta 'madwar 0.8 × 10-15m, simili fid-daqs għal proton, simili għal raġġi γ huma daqstant mhux iċċarġjati. Meta n-newtroni jinteraġixxu mal-materja, huma jinteraġixxu prinċipalment mal-forzi nukleari ġewwa n-nukleu, u ma jinteraġixxux ma 'l-elettroni fil-qoxra ta' barra.

Bl-iżvilupp rapidu tat-teknoloġija tal-enerġija nukleari u tar-reatturi nukleari, ingħatat aktar u aktar attenzjoni lis-sigurtà tar-radjazzjoni nukleari u l-protezzjoni tar-radjazzjoni nukleari. Sabiex tissaħħaħ il-protezzjoni tar-radjazzjoni għall-operaturi li ġew involuti fil-manutenzjoni tat-tagħmir tar-radjazzjoni u s-salvataġġ ta 'aċċidenti għal żmien twil, hija ta' sinifikat xjentifiku kbir u valur ekonomiku biex tiżviluppa komposti ta 'lqugħ ħafif għal ħwejjeġ protettivi. Ir-radjazzjoni tan-newtroni hija l-iktar parti importanti tar-radjazzjoni tar-reatturi nukleari. Ġeneralment, il-biċċa l-kbira tan-newtroni f'kuntatt dirett mal-bnedmin tnaqqsu għal newtroni b'enerġija baxxa wara l-effett tal-ilqugħ tan-newtroni tal-materjali strutturali ġewwa r-reattur nukleari. In-newtroni ta 'enerġija baxxa se jaħbtu ma' nuklei b'numru atomiku aktar baxx b'mod elastiku u jkomplu jiġu moderati. In-newtroni termali moderati se jiġu assorbiti minn elementi b'sezzjonijiet trasversali ta 'assorbiment tan-newtroni akbar, u fl-aħħar se jinkiseb il-lqugħ tan-newtroni.

② Studju ewlieni tal-privattivi

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

Privattiva ewlenija: Istitut tax-Xjenza tal-Materjal HEFEI, Akkademja Ċiniża tax-Xjenzi, Privattiva tal-Invenzjoni ta 'Materjal Kompost ta' Qafas Organiku ta 'Gadolinium ibbażat fuq il-Gadolinium u l-Metodu ta' Preparazzjoni tiegħu

Astratt tal-Privattivi: Materjal tal-ilqugħ kompost ta 'skeletru organiku tal-metall ibbażat fuq gadolinium huwa materjal kompost iffurmat bit-taħlitgadoliniumMaterjal tal-iskeletru organiku tal-metall ibbażat bil-polietilene fi proporzjon ta 'piż ta' 2: 1: 10 u li jifformah permezz ta 'evaporazzjoni tas-solvent jew ippressar sħun. Il-materjali tal-ilqugħ kompost tal-iskeletru organiku tal-metall ibbażati fuq il-gadolinium għandhom stabbiltà termali għolja u kapaċità ta 'lqugħ tan-newtroni termali.

Proċess ta 'Manifattura: Għażla ta' DifferentiMetall gadoliniumMelħ u ligands organiċi biex jippreparaw u sintetizzati tipi differenti ta 'materjali ta' skeletru organiku tal-metall ibbażati fuq gadolinium, li taħselhom b'molekuli żgħar ta 'metanol, etanol, jew ilma b'ċentrifugazzjoni, u attivathom f'temperatura għolja taħt kundizzjonijiet ta' vakwu biex ineħħu kompletament il-materjali ta 'l-iskeletri ta' l-iskeletru bbażati fuq il-gadolinium, Il-materjal tal-iskeletru organometalliku bbażat fuq il-gadolinium imħejji fil-pass huwa mħawwad bil-lotion tal-polietilene b'veloċità għolja, jew b'mod ultrasonikament, jew il-materjal ta 'skeletru organometalliku bbażat fuq il-gadolinium imħejji fil-pass huwa melt imħallat ma' polyethylene b'piż għoli ultra-għoli f'temperatura għolja sakemm jitħallat għal kollox; Poġġi l-materjal tal-iskeletru organiku tal-metall ibbażat fuq il-gadolinium imħallat b'mod uniformi fil-moffa, u akkwista l-materjal tal-ilqugħ kompost ta 'skeletru organiku tal-metall ibbażat fuq il-gadolinium iffurmat billi tnixxef biex tippromwovi l-evaporazzjoni tas-solvent jew l-ippressar sħun; Il-materjal ta 'lqugħ kompost ta' skeletru organiku ta 'l-iskeletru organiku bbażat fuq il-gadolinium tejbu b'mod sinifikanti, proprjetajiet mekkaniċi, u kapaċità ta' lqugħ termali superjuri tan-newtroni meta mqabbla ma 'materjali tal-polietilene puri.

Mod ta 'żieda fir-Dinja Rari: GD2 (BHC) (H2O) 6, GD (BTC) (H2O) 4 jew GD (BDC) 1.5 (H2O) 2 polimeru ta' koordinazzjoni kristallina poruża li fih gadolinium, li huwa miksub permezz ta 'polimerizzazzjoni ta' koordinazzjoni ta 'GD (NO3) 3 • 6H2O jew GDCL3 • 6H2Ou ligand organiku carboxylate; Id-daqs tal-materjal tal-iskeletru organiku tal-metall ibbażat fuq il-gadolinium huwa 50nm-2 μ m ； Il-materjali tal-iskeletru organiku tal-metall ibbażati fuq gadolinium għandhom morfoloġiji differenti, inklużi forom granulari, forma ta 'virga, jew forma ta' labra.

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

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

Privattiva ewlenija: Żvilupp tal-ajruspazju taċ-Ċina Beijing Institute of Materials Aeronautic

Astratt tal-Privattiva: Żingu tal-aluminjuLiga tal-Iskandju tal-Manjesjuu l-metodu ta 'preparazzjoni tiegħu. Il-kompożizzjoni kimika u l-persentaġġ tal-piż tal-liga tal-iskandju tal-manjeżju taż-żingu tal-aluminju 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 0.15%, u l-ammont li jifdal huwa AL. Il-mikrostruttura ta 'dan il-materjal tal-liga tal-iskandju tal-manjeżju taż-żingu tal-aluminju hija uniformi u l-prestazzjoni tagħha hija stabbli, b'qawwa tat-tensjoni aħħarija ta' aktar minn 400MPa, saħħa tar-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 ta' 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 l-irfinar, għandu jitħalla kompletament li joqgħod wieqaf; Pass 5: Wara li tkun wieqaf kompletament, ibda l-ikkastjar, żomm it-temperatura tal-forn fil-medda ta '690 ℃ ~ 730 ℃, u l-veloċità tal-ikkastjar hija 15-200mm / minuta; Pass 6: Eżegwixxi trattament ta 'ttremprar ta' omoġenizzazzjoni fuq l-ingot tal-liga fil-forn tat-tisħin, b'temperatura ta 'omoġenizzazzjoni ta' 400 ℃ ~ 470 ℃; Pass 7: Qaxxar l-ingot 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-tkessiħ tas-soluzzjoni, b'temperatura ta 'soluzzjoni ta' 460-480 ℃; Pass 9: Wara 72 siegħa ta 'tkessiħ ta' soluzzjoni solida, iġġiegħel manwalment ix-xjuħija. 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, art rari tintuża ħafna fil-fużjoni nukleari u fil-fissjoni nukleari, u għandhom ħafna tqassim tal-privattivi f'direzzjonijiet tekniċi bħal eċċitazzjoni tar-raġġi X, formazzjoni tal-plażma, reattur tal-ilma ċar, transuranium, uranil, uranil u trab tal-ossidu. Fir-rigward ta 'materjali tar-reatturi, art rari tista' tintuża bħala materjali strutturali tar-reatturi u materjali relatati ma 'insulazzjoni taċ-ċeramika, materjali ta' kontroll u materjali ta 'protezzjoni tar-radjazzjoni tan-newtroni.