1, Ядролук материалдардын аныктамасы
Кеңири мааниде өзөктүк материал – бул ядролук өнөр жайда жана өзөктүк илимий изилдөөдө, анын ичинде өзөктүк отун жана ядролук инженердик материалдар, башкача айтканда, өзөктүк эмес отун материалдары үчүн колдонулган жалпы термин.
Көбүнчө ядролук материалдар деп аталган реактордун ар кандай бөлүктөрүндө колдонулган материалдарга, ошондой эле реактордук материалдар деп аталат. Реактордун материалдарына нейтрондук бомбалоонун астында ядролук бөлүнүүгө дуушар болгон өзөктүк отун, өзөктүк отундун компоненттери үчүн каптоочу материалдар, муздаткычтар, нейтрон модераторлору (модераторлор), нейтрондорду күчтүү сиңирүүчү башкаруу таякчасынын материалдары жана реактордун сыртында нейтрондун агып кетишине жол бербөөчү чагылдыруучу материалдар кирет.
2. Сейрек кездешүүчү жер ресурстары менен өзөктүк ресурстардын ортосундагы байланыш
Монацит, ошондой эле phosphocerite жана phosphocerite деп аталат, орто кислоталык магмалык тек жана метаморфикалык тектеги жалпы кошумча минерал болуп саналат. Монацит сейрек кездешүүчү металл рудасынын негизги минералдарынын бири болуп саналат, ошондой эле кээ бир чөкмө тектерде бар. Күрөң-кызыл, сары, кээде күрөң сары, майлуу жалтырактуу, толук үзүлгөн, Мохс катуулугу 5-5,5, салыштырма салмагы 4,9-5,5.
Кытайдагы кээ бир сейрек кездешүүчү сейрек кездешүүчү жер кендеринин негизги рудалык минералы монацит болуп саналат, ал негизинен Тунчэн, Хубэй, Юэйанг, Хунань, Шанграо, Цзянси, Мэнхай, Юньнань жана Гуансидеги Хэ округунда жайгашкан. Бирок, сейрек кездешүүчү сейрек кездешүүчү жер ресурстарын казып алуу көп учурда экономикалык мааниге ээ эмес. Жалгыз таштар көбүнчө рефлексивдүү торий элементтерин камтыйт жана ошондой эле коммерциялык плутонийдин негизги булагы болуп саналат.
3, Патенттик панорамалык анализдин негизинде ядролук синтезде жана ядролук бөлүнүүдө сейрек кездешүүчү жерди колдонууга сереп салуу
Сейрек кездешүүчү жерди издөө элементтеринин ачкыч сөздөрү толугу менен кеңейтилгенден кийин, алар өзөктүк бөлүнүүнүн жана ядролук синтездин кеңейүү ачкычтары жана классификациялык номерлери менен бириктирилип, Incopt маалымат базасында изделет. Издөө датасы 2020-жылдын 24-августу. 4837 патент жөнөкөй үй-бүлө биригүүсүнөн кийин алынган, ал эми 4673 патент жасалма ызы-чууну азайткандан кийин аныкталган.
Ядролук бөлүнүү же ядролук синтез чөйрөсүндөгү сейрек кездешүүчү жер патентине өтүнмөлөр 56 өлкөдө/региондордо таратылат, алар негизинен Японияда, Кытайда, АКШда, Германияда жана Россияда ж. , алардын ичинен кытай патенттик технологиялар өтүнмөлөрү көбөйүп жатат, айрыкча 2009-жылдан бери, тез өсүү баскычына кирип, Япония, Америка Кошмо Штаттары жана Россия көптөгөн адамдар үчүн бул тармакта жайгаштырууну улантышты. жылдар (1-сүрөт).
1-сүрөт. сейрек кездешүүчү жерди өзөктүк бөлүү жана ядролук синтезде колдонууга байланыштуу технологиялык патенттерди өлкөлөрдө/региондордо колдонуу тенденциясы
Сейрек кездешүүчү жерди өзөктүк синтезде жана ядролук бөлүнүүдө колдонуу отун элементтерине, сцинтилляторлорго, радиациялык детекторлорго, актиниддерге, плазмаларга, ядролук реакторлорго, коргоочу материалдарга, нейтрондорду жутууга жана башка техникалык багыттарга багытталганын техникалык темаларды талдоодон көрүүгө болот.
4、 Ядролук материалдардагы сейрек кездешүүчү жер элементтеринин конкреттүү колдонмолору жана негизги патенттик изилдөөлөрү
Алардын ичинде ядролук синтез жана ядролук бөлүнүү реакциялары ядролук материалдарда интенсивдүү болуп, материалдарга коюлган талаптар катуу. Азыркы учурда, энергетикалык реакторлор негизинен өзөктүк бөлүнүү реакторлору болуп саналат жана термоядролук реакторлор 50 жылдан кийин кеңири масштабда популярдуу болушу мүмкүн. арызысейрек жерреактордун конструкциялык материалдарындагы элементтер; Белгилүү өзөктүк химиялык талааларда сейрек кездешүүчү элементтер негизинен башкаруу таякчаларында колдонулат; Кошумча,скандийрадиохимияда жана атомдук өнөр жайда да колдонулуп келет.
（1） Нейтрондун деңгээлин жана ядролук реактордун критикалык абалын жөнгө салуу үчүн күйүүчү уу же контролдук таякча катары
Кубаттуу реакторлордо жаңы өзөктөрдүн баштапкы калдык реактивдүүлүгү жалпысынан салыштырмалуу жогору. Өзгөчө биринчи май куюу циклинин алгачкы этаптарында, ядродогу бардык ядролук отун жаңы болгондо, калган реактивдүүлүк эң жогору. Бул учурда, калдык реактивдүүлүктүн ордун толтуруу үчүн башкаруу таякчаларын көбөйтүүгө гана таянуу көбүрөөк башкаруу таякчаларын киргизет. Ар бир башкаруу таякчасы (же таякча байламтасы) татаал айдоо механизмин киргизүүгө туура келет. Бир жагынан, бул чыгымдарды көбөйтөт, ал эми экинчи жагынан, басым идиш башындагы тешиктерди ачуу структуралык күчтүн төмөндөшүнө алып келиши мүмкүн. Бул экономикалык жактан жараксыз гана эмес, ошондой эле басым идиштин башында белгилүү өлчөмдөгү көзөнөктүүлүктүн жана структуралык бекемдиктин болушуна жол берилбейт. Бирок контролдоочу таякчаларды көбөйтпөстөн, калган реактивдүүлүктүн ордун толтуруу үчүн химиялык компенсациялоочу токсиндердин (мисалы, бор кислотасынын) концентрациясын жогорулатуу зарыл. Бул учурда бордун концентрациясынын босогодон ашып кетиши оңой жана модератордун температуралык коэффициенти оң болот.
Жогоруда айтылган көйгөйлөрдү болтурбоо үчүн, контролдоо үчүн көбүнчө күйүүчү токсиндердин, контролдук таякчалардын жана химиялык компенсация контролунун айкалышы колдонулушу мүмкүн.
（2） Реактордун структуралык материалдарынын натыйжалуулугун жогорулатуу үчүн кошумча зат катары
Реакторлор структуралык компоненттерди жана күйүүчү май элементтеринин белгилүү бир деңгээлде бекемдигин, коррозияга туруктуулугун жана жогорку жылуулук туруктуулугун талап кылат, ошол эле учурда бөлүнүү продуктуларынын муздаткычка киришине жол бербейт.
1) .Сейрек кездешүүчү болот
Ядролук реактор өтө физикалык жана химиялык шарттарга ээ жана реактордун ар бир компоненти ошондой эле колдонулган атайын болотко жогорку талаптарга ээ. Сейрек кездешүүчү элементтер болотко өзгөчө модификациялык таасир этет, анын ичинде тазалоо, метаморфизм, микроэлементтөө жана коррозияга туруктуулукту жакшыртуу. Курамында сейрек кездешүүчү болоттор атомдук реакторлордо да кеңири колдонулат.
① Тазалоо эффекти: Учурдагы изилдөөлөр сейрек кездешүүчү элементтер жогорку температурада эриген болотту жакшы тазалоочу таасирге ээ экенин көрсөттү. Себеби сейрек кездешүүчү металлдар эриген болоттун курамындагы кычкылтек жана күкүрт сыяктуу зыяндуу элементтер менен реакцияга кирип, жогорку температурадагы кошулмаларды пайда кылышы мүмкүн. Жогорку температурадагы кошулмалар эриген болот конденсацияланганга чейин чөктүрүлүп, кошулмалар түрүндө төгүлүп, ошону менен эриген болоттун курамындагы ыпластыктар азаят.
② Метаморфизм: экинчи жагынан, сейрек кездешүүчү жердин кычкылтек жана күкүрт сыяктуу зыяндуу элементтер менен эриген болоттун реакциясынан пайда болгон оксиддер, сульфиддер же оксисульфиддер эриген болотто жарым-жартылай кармалып, эрүү температурасы жогору болоттун кошулмаларына айланышы мүмкүн. . Бул кошулмалар эриген болоттун катууланышы учурунда гетерогендүү ядролук борборлор катары колдонулушу мүмкүн, ошентип болоттун формасын жана структурасын жакшыртат.
③ Microalloying: сейрек кездешүүчү жерди кошуу дагы көбөйтүлсө, калган сейрек кездешүүчү жер жогорудагы тазалоо жана метаморфизм аяктагандан кийин болотто эрийт. Сейрек кездешүүчү жердин атомдук радиусу темир атомуна караганда чоңураак болгондуктан, сейрек кездешүүчү жердин беттик активдүүлүгү жогору. Эритилген болоттун катып калуу процессинде дан чегинде сейрек кездешүүчү элементтер байытылат, бул дан чектеринде аралашма элементтердин бөлүнүшүн жакшыраак азайтат, ошентип катуу эритмени бекемдейт жана микроэритүүчү ролду ойнойт. Башка жагынан алганда, сейрек кездешүүчү жердин суутек сактоо өзгөчөлүктөрүнөн улам, алар болоттон суутекти соруп алат, ошону менен болоттун суутек морттук кубулушун натыйжалуу жакшыртат.
④ Коррозияга туруктуулукту жакшыртуу: Сейрек кездешүүчү элементтердин кошулушу болоттун коррозияга туруктуулугун жакшыртат. Себеби, сейрек кездешүүчү металлдар дат баспас болоттон жогору дат басуу мүмкүнчүлүгүнө ээ. Ошондуктан, сейрек кездешүүчү элементтерди кошуу дат баспас болоттон жасалган өз алдынча коррозия потенциалын жогорулатат, ошону менен болоттун жегичтүү чөйрөдө туруктуулугун жакшыртат.
2). Негизги патенттик изилдөө
Негизги патент: Кытай Илимдер академиясынын Металл институту тарабынан күчөгөн аз активдештирүүчү болотту жана аны даярдоо ыкмасын күчөткөн оксид дисперсиясынын ойлоп табуу патенти
Патенттин аннотациясы: Термоядролук реакторлор үчүн ылайыктуу оксид дисперсиясы менен бекемделген аз активдештирүүчү болот жана аны даярдоо ыкмасы менен мүнөздөлөт, ал аз активдештирилген болоттун жалпы массасындагы эритме элементтеринин пайызы төмөнкүдөй: матрица 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% жана 0,05% ≤ Y2O3.
Өндүрүш процесси: Fe-Cr-WV-Ta-Mn энеси эритмесин эритүү, порошокту атомизациялоо, эне эритмесин жогорку энергиялуу шарик менен майдалоо жанаY2O3 нанобөлүкчөлөрүаралаш порошок, порошок каптоочу экстракция, катып калыптоо, ысык прокаттоо жана жылуулук менен дарылоо.
Сейрек кездешүүчү жерди кошуу ыкмасы: наноөлчөмдү кошууY2O3негизги эритмеге бөлүкчөлөр жогорку энергиялуу шариктүү фрезерлөө үчүн атомизацияланган порошок, шариктүү фрезердик чөйрө Φ 6 жана Φ 10 аралаш катуу болот шариктер, шар фрезерлөө атмосферасы 99,99% аргон газы, шар материалынын масса катышы (8-) 10): 1, 40-70 саат шары фрезердик убакыт, жана 350-500 р/мин айлануу ылдамдыгы.
3）.Нейтрондук радиациядан коргоочу материалдарды жасоо үчүн колдонулат
① Нейтрон нурлануусунан коргоо принциби
Нейтрондор атомдук ядролордун компоненттери болуп саналат, статикалык массасы 1,675 × 10-27 кг, бул электрондук массадан 1838 эсе көп. Анын радиусу болжол менен 0,8 × 10-15 м, өлчөмү боюнча протондукуна окшош, γ нурлары бирдей зарядсыз. Нейтрондор зат менен аракеттенгенде, алар негизинен ядронун ичиндеги ядролук күчтөр менен аракеттенишет, ал эми сырткы кабыктагы электрондор менен өз ара аракеттенишпейт.
Ядролук энергетиканын жана ядролук реакторлордун технологиясынын тез өнүгүшү менен ядролук радиациялык коопсуздукка жана ядролук радиациядан коргоого барган сайын көбүрөөк көңүл бурулууда. Узак убакыт бою радиациялык жабдууларды техникалык тейлөө жана авариядан куткаруу менен алектенген операторлордун радиациялык коргоосун күчөтүү максатында коргоочу кийимдер үчүн жеңил коргоочу композиттерди иштеп чыгуунун илимий мааниси жана экономикалык мааниси чоң. Нейтрондук нурлануу ядролук реактордун нурлануусунун эң маанилүү бөлүгү болуп саналат. Жалпысынан алганда, адам менен түздөн-түз байланышта болгон нейтрондордун көпчүлүгү ядролук реактордун ичиндеги структуралык материалдардын нейтрондук коргоо эффектинен кийин аз энергиялуу нейтрондорго чейин жайлаткан. Төмөн энергиялуу нейтрондор ийкемдүү атомдук номери төмөн ядролор менен кагылышып, модернизацияланышын улантат. Модерацияланган жылуулук нейтрондор нейтронду жутуу кесилиштери чоңураак элементтер тарабынан сиңирилип, акыры нейтрондук экранга жетишилет.
② Негизги патенттик изилдөө
нын кеуектүү жана органикалык-органикалык гибриддик касиеттерисейрек кездешүүчү жер элементигадолинийнегизделген металл органикалык скелет материалдары алардын полиэтилен менен шайкештигин жогорулатып, синтезделген композициялык материалдардын гадолинийдин жогорку мазмунуна жана гадолиний дисперсиясына ээ болушуна өбөлгө түзөт. Жогорку гадолиний мазмуну жана дисперсиясы композиттик материалдардын нейтрондук коргоо көрсөткүчүнө түздөн-түз таасир этет.
Негизги патент: Кытай Илимдер академиясынын Хефэй Материал таануу институту, гадолиний негизиндеги органикалык алкактык композиттик коргоочу материалдын ойлоп табуу патенти жана аны даярдоо ыкмасы
Патенттин аннотациясы: Гадолиниум негизиндеги металл органикалык скелеттин композиттик коргоочу материалы аралашма аркылуу пайда болгон курама материал болуп саналат.гадолиний2:1:10 салмактык катышта полиэтилен менен металлдан жасалган органикалык скелет материалы жана аны эриткичти буулантуу же ысык пресстөө аркылуу түзүүчү. Gadolinium негизделген металл органикалык скелет курама коргоочу материалдар жогорку жылуулук туруктуулугуна жана жылуулук нейтрон коргоо жөндөмдүүлүгүнө ээ.
Өндүрүш процесси: ар кандай тандоогадолиний металлытуздар жана органикалык лиганддар гадолиний негизиндеги металлдын органикалык скелет материалдарынын ар кандай түрлөрүн даярдоо жана синтездөө, аларды метанолдун, этанолдун же суунун кичинекей молекулалары менен центрифугалоо жолу менен жууп, реакцияга кирбеген чийки заттын калдыктарын толук жок кылуу үчүн вакуум шартында жогорку температурада активдештирүү. гадолиний негизиндеги металл органикалык скелет материалдарынын тешикчелеринде; Кадамда даярдалган гадолиний негизиндеги металлорганикалык скелет материалы полиэтилен лосьоны менен жогорку ылдамдыкта, же ультра үн менен аралаштырылат, же кадамда даярдалган гадолиний негизиндеги металлорганикалык скелет материалы толук аралашканга чейин жогорку температурада өтө жогорку молекулалуу полиэтилен менен эрийт; Бир калыпта аралашкан гадолинийдин негизиндеги металл органикалык скелет материалы/полиэтилен аралашмасын калыпка салып, эриткичтин бууланышын же ысык басууну камсыз кылуу үчүн кургатуу жолу менен пайда болгон gadolinium негизиндеги металл органикалык скелет курама коргоочу материалды алыңыз; Даярдалган gadolinium негизинде металл органикалык скелет курама коргоочу материал таза полиэтилен материалдарга салыштырмалуу ысыкка туруктуулугун, механикалык касиеттерин жана жогорку жылуулук нейтрон коргоо жөндөмдүүлүгүн кыйла жакшырды.
Сейрек кездешүүчү жерди кошуу режими: Gd2 (BHC) (H2O) 6, Gd (BTC) (H2O) 4 же Gd (BDC) 1,5 (H2O) 2 гадолинийди камтыган, координациялоочу полимерлөө жолу менен алынган кристаллдык координациялык полимер.Gd (NO3) 3 • 6H2O же GdCl3 • 6H2Oжана органикалык карбоксилат лиганд; Гадолиний негизиндеги металл органикалык скелет материалынын өлчөмү 50 нм-2 μ м; Гадолиний негизиндеги металл органикалык скелет материалдары ар кандай морфологияга ээ, анын ичинде гранулдуу, таякча сымал же ийне түрүндөгү формалар.
（4） КолдонмоСкандийрадиохимия жана атом енер жайы боюнча
Скандий металлы жакшы жылуулук туруктуулугуна жана күчтүү фторду сиңирүү көрсөткүчүнө ээ, бул атомдук энергетика тармагында алмаштырылгыс материал болуп саналат.
Негизги патент: Кытай аэрокосмостук өнүктүрүү Пекин аэронавигациялык материалдар институту, алюминий цинк магний скандий эритмеси үчүн ойлоп табуу патенти жана аны даярдоо ыкмасы
Патент аннотация: алюминий цинкмагний скандий эритмесижана аны даярдоо ыкмасы. Алюминий цинк магний скандий эритмесинин химиялык курамы жана салмагы пайызы: Mg 1,0% -2,4%, Zn 3,5% -5,5%, Sc 0,04% -0,50%, Zr 0,04% -0,35%, аралашмалар Cu ≤ 0,2%, Si ≤ 0,35%, Fe ≤ 0,4%, башка аралашмалар жалгыз ≤ 0,05%, башка аралашмалар жалпы ≤ 0,15%, ал эми калган суммасы Al болуп саналат. Бул алюминий цинк магний скандий эритмесин материалдын микроструктурасы бир калыпта жана анын аткаруу туруктуу болуп саналат, 400MPa ашуун акыркы чыңалуу күчү, 350MPa ашуун кирешелүүлүгү, жана ширетилген муундар үчүн 370MPa ашуун созуу күчү. Материалдык буюмдар аэрокосмостук, атомдук өнөр жай, транспорт, спорттук буюмдар, курал-жарак жана башка тармактарда структуралык элементтер катары колдонулушу мүмкүн.
Өндүрүш процесси: 1-кадам, жогорудагы эритме курамына ылайык ингредиент; 2-кадам: 700 ℃ ~ 780 ℃ температурада эритүүчү меште эрийт; 3-кадам: Толугу менен эриген металл суюктугун тазалаңыз жана тазалоо учурунда металлдын температурасын 700 ℃ ~ 750 ℃ чегинде сактаңыз; 4-кадам: Тазалоодон кийин, ал толугу менен токтоп турушу керек; 5-кадам: Толук тургандан кийин, куюуну баштаңыз, мештин температурасын 690 ℃ ~ 730 ℃ диапазонунда кармап туруңуз жана куюу ылдамдыгы 15-200 мм/мүнөт; 6-кадам: 400 ℃ ~ 470 ℃ гомогенизация температурасы менен жылытуу мешинде эритме куймасына гомогенизациялоону күйдүрүү процедурасын жүргүзүңүз; 7-кадам: Гомогенизацияланган куйманы тазалап, дубалдын калыңдыгы 2,0 ммден ашкан профилдерди чыгаруу үчүн ысык экструзияны аткарыңыз. Экструзия процессинде, дайындама 350 ℃ден 410 ℃ге чейинки температурада кармалышы керек; 8-кадам: 460-480 ℃ эритменин температурасы менен эритмени өчүрүү үчүн профилди кысып алыңыз; 9-кадам: 72 саат катуу эритмени өчүргөндөн кийин, кол менен күч менен картаюу. Кол менен күч менен картаюу системасы: 90 ~ 110 ℃ / 24 саат + 170 ~ 180 ℃ / 5 саат, же 90 ~ 110 ℃ / 24 саат + 145 ~ 155 ℃ / 10 саат.
5、 Изилдөөнүн корутундусу
Бүтүндөй алганда, сейрек кездешүүчү жерлер өзөктүк синтезде жана ядролук бөлүнүүдө кеңири колдонулат жана рентгендик дүүлүктүрүү, плазманын пайда болушу, жеңил суу реактору, трансуран, уран жана оксид порошок сыяктуу техникалык багыттар боюнча көптөгөн патенттик схемаларга ээ. Реактордун материалдарына келсек, сейрек кездешүүчү жерлер реактордун конструкциялык материалдары жана ага тиешелүү керамикалык изоляциялык материалдар, контролдоочу материалдар жана нейтрондук нурланууну коргоочу материалдар катары колдонулушу мүмкүн.
Посттун убактысы: 26-май-2023