1 、 Визначення ядерних матеріалів
У широкому сенсі ядерний матеріал є загальним терміном для матеріалів, що використовуються виключно в ядерній промисловості та ядерних наукових дослідженнях, включаючи ядерне паливо та ядерне інженерне матеріали, тобто не ядерне паливо.
Загально посилається на ядерні матеріали в основному, відносяться до матеріалів, що використовуються в різних частинах реактора, також відомі як реакторні матеріали. Реакторні матеріали включають ядерне паливо, яке зазнає ядерного поділу при обстрілі нейтронів, матеріали для обшивки для компонентів ядерного палива, охолоджуючі засоби, нейтронні модератори (модератори), контрольні матеріали, що сильно поглинають нейтрони, та відбиваючі матеріали, що запобігають витоку нейтронів поза реактором.
2 、 Коефіцієнт пов’язаного залежності між рідкісними ресурсами землі та ядерними ресурсами
Моназит, який також називають фосфоцерітом та фосфоцерітом, є загальним мінералом аксесуарів у проміжній кислотній скелі та метаморфічній породі. Моназит - один з головних мінералів рідкісної металевої руди, а також існує в деяких осадових скелях. Коричнево-червоний, жовтий, іноді коричнево-жовтий, з жирним блиском, повним розщепленням, твердість MOHS 5-5,5 та питома вага 4,9-5,5.
Основна руда мінерал деяких родовищ рідкісних земних родовищ у Китаї - моназит, в основному розташований у Тончченгу, Хубеї, Юеяні, Хунан, Шанграо, Цзянсі, Менхай, Юньнань, графстві, Гуансі. Однак видобуток рідкісних ресурсів типу Placer часто не має економічного значення. Солітарні камені часто містять рефлексивні елементи торію, а також є основним джерелом комерційного плутонію.
3 、 Огляд застосування рідкісної землі в ядерному синтезі та ядерному поділі на основі патентного панорамного аналізу
Після того, як ключові слова елементів пошуку рідкісних земель повністю розширені, вони поєднуються з клавішами розширення та класифікацією ядерного поділу та ядерного синтезу та обшукуються в базі даних INCOPT. Дата пошуку - 24 серпня 2020 р. 4837 патенти були отримані після простих сімейних злиття, а 4673 патенти були визначені після зменшення штучного шуму.
Застосування патентів на рідкісні землі в галузі ядерного поділу або ядерного синтезу розподіляються у 56 країнах/регіонах, в основному зосередженими в Японії, Китаї, США, Німеччині та Росії тощо. Значна кількість патентів застосовується у вигляді ПКТ, у якій у рамках роботи в рамках роботи та Японії, США та Рассіа продовжують праці на багато років, і Японії, Сполучені Штати та Рассіа продовжують лежати багато років. 1).
Рисунок 1 Тенденція застосування патентів на технології, пов'язані з рідкісним застосуванням Землі в ядерному ядерному поділі та ядерному синтезі в країнах/регіонах
З аналізу технічних тем можна побачити, що застосування рідкісної Землі в ядерному зрощенні та ядерному поділі зосереджується на елементах палива, сцинтиляторів, радіаційних детекторах, актинідах, плазмах, ядерних реакторах, екранованих матеріалах, поглинання нейтронів та інших технічних напрямків.
4 、 Конкретні програми та ключові патентні дослідження рідкісних елементів землі в ядерних матеріалах
Серед них реакції ядерного зрощення та ядерного поділу в ядерних матеріалах інтенсивні, а вимоги до матеріалів суворі. В даний час реактори потужності - це в основному реактори ядерного поділу, а реактори синтезу можуть бути популяризовані у великих масштабах через 50 років. ЗастосуванняРідкісна земляелементи в структурних матеріалах реактора; У конкретних ядерних хімічних полях рідкісні елементи землі в основному використовуються в контрольних стрижнях; Крім того,скандіютакож використовувався в радіохімії та ядерній промисловості.
（1） як горюча отрута або контрольний стрижень для регулювання рівня нейтронів та критичного стану ядерного реактора
У живих реакторах початкова залишкова реактивність нових ядер, як правило, відносно висока. Особливо на ранніх стадіях першого циклу заправки, коли все ядерне паливо в ядрі є новим, решта реакційна здатність є найвищою. У цей момент покладатися виключно на збільшення контрольних стрижнів для компенсації залишкової реакційної здатності введе більше контрольних стрижнів. Кожен контрольний стрижень (або пачка стрижня) відповідає введенню складного механізму руху. З одного боку, це збільшує витрати, а з іншого боку, відкриття отворів у головці посудини під тиском може призвести до зменшення міцності на структурну. Це не тільки неекономічно, але також не дозволяється мати певну кількість пористості та структурної сили на головці посудини тиску. Однак, не збільшуючи контрольні стрижні, необхідно збільшити концентрацію хімічних компенсаційних токсинів (таких як борна кислота) для компенсації решти реакційної здатності. У цьому випадку концентрація бору легко перевищує поріг, а коефіцієнт температури модератора стане позитивним.
Щоб уникнути вищезгаданих проблем, для контролю може використовуватися комбінація горючих токсинів, контрольних стрижнів та контролю за хімічною компенсацією.
（2） як допан для підвищення продуктивності структурних матеріалів реактора
Реактори вимагають структурних компонентів та паливних елементів, щоб мати певний рівень міцності, резистентність до корозії та високу термічну стійкість, а також запобігають потраплянню продуктів поділу в теплоносій.
1). Земля
Ядерний реактор має надзвичайні фізичні та хімічні умови, і кожен компонент реактора також має високі вимоги до спеціальної сталі. Рідкісні елементи Землі мають спеціальний модифікаційний вплив на сталь, в основному, включаючи очищення, метаморфізм, мікропрофільм та поліпшення резистентності до корозії. Рідкісні сталі, що містять землю, також широко використовуються в ядерних реакторах.
① Ефект очищення: Існуючі дослідження показали, що рідкісні землі мають хороший ефект очищення на розплавлену сталь при високих температурах. Це пояснюється тим, що рідкісні землі можуть реагувати з шкідливими елементами, такими як кисень та сірка в розплавленій сталі, щоб генерувати високотемпературні сполуки. Високотемпературні сполуки можуть бути осаджені та розряджені у вигляді включення перед розплавленою сталевою конденсами, тим самим зменшуючи вміст домішок у розплавленій сталі.
② Метаморфізм: З іншого боку, оксиди, сульфіди або оксисульфіди, що генеруються реакцією рідкісної землі в розплавленій сталі з шкідливими елементами, такими як кисень і сірка, можуть бути частково зберігаються в розплавленій сталі та становити включення сталі з високою температурою плавлення. Ці включення можуть використовуватися як гетерогенні центри зародження під час затвердіння розплавленої сталі, тим самим покращуючи форму та структуру сталі.
③ Мікромепір: Якщо додавання рідкісної землі буде подальше збільшене, решта рідкісної землі буде розчиняється в сталі після вищезазначеного очищення та завершення метаморфізму. Оскільки атомний радіус рідкісної землі більший, ніж у атома заліза, рідкісна земля має більш високу поверхневу активність. Під час процесу затвердіння розплавленої сталі, рідкісні земляні елементи збагачуються на межі зерна, що може краще зменшити сегрегацію елементів домішок на кордоні зерна, тим самим зміцнюючи твердий розчин і відіграючи роль мікропробіту. З іншого боку, завдяки характеристикам зберігання водню рідкісних земель вони можуть поглинати водень у сталі, тим самим ефективно покращуючи явище розгортання водню сталі.
④ Поліпшення резистентності до корозії: Додавання рідкісних елементів Землі також може покращити корозійну стійкість сталі. Це пояснюється тим, що рідкісні землі мають більш високий потенціал саморозії, ніж нержавіюча сталь. Отже, додавання рідкісних земель може збільшити самозакоханий потенціал нержавіючої сталі, тим самим покращуючи стабільність сталі в корозійних середовищах.
2). Ключове патентне дослідження
Ключовий патент: Патент на винахід оксидної дисперсії зміцнив сталь з низькою активацією та метод її підготовки Інститутом металів, Китайської академії наук
Patent abstract: Provided is an oxide dispersion strengthened low activation steel suitable for fusion reactors and its preparation method, characterized in that the percentage of alloy elements in the total mass of the low activation steel is: the 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 ≤ Mn ≤ 0,6%та 0,05%≤ Y2O3 ≤ 0,5%.
Процес виробництва: FE-CR-WV-TA-MN Матірування сплавленняNananoparticle y2o3Змішаний порошок, витягування порошку, лиття затвердіння, гаряче прокатка та термічна обробка.
Метод додавання рідкісної землі: Додайте нанорозмірY2O3Частинки материнського сплаву для сплаву для фрезерного кулі з високоенергетичною кулькою, м’яч-фрезерний середовище-φ 6 та φ 10 змішаних твердих сталевих кульок, а також атмосфера фрезерної кулі 99,99% аргонового газу, коефіцієнт маси кульового матеріалу (8-10): 1, час фрезерування кулі 40-70 годин та обертальна швидкість 350-500 r.
3）.
① Принцип захисту нейтронного випромінювання
Нейтрони-це компоненти атомних ядер, зі статичною масою 1,675 × 10-27 кг, що в 1838 році перевищує електронну масу. Його радіус становить приблизно 0,8 × 10-15 м, аналогічний за розміром протону, подібно до γ-променів однаково незаряджається. Коли нейтрони взаємодіють з речовиною, вони в основному взаємодіють з ядерними силами всередині ядра і не взаємодіють із електронами у зовнішній оболонці.
З швидким розвитком технології ядерної енергії та ядерного реактора все більше уваги приділялось ядерній радіаційній безпеці та захисту ядерного випромінювання. З метою зміцнення радіаційного захисту для операторів, які тривалий час займаються технічним обслуговуванням радіаційного обладнання та порятунком від нещасних випадків, це має велике наукове значення та економічна цінність для розробки легких екрануючих композитів для захисного одягу. Нейтронне випромінювання є найважливішою частиною випромінювання ядерного реактора. Як правило, більшість нейтронів у прямому контакті з людьми були сповільнені до нейтронів з низькою енергією після екранування нейтронів структурних матеріалів всередині ядерного реактора. Недостатні нейтрони з низькою енергією зіткнуться з ядрами з нижчим атомним числом еластично і продовжуватимуть модерувати. Модеровані теплові нейтрони будуть поглинені елементами з більшими поперечними перерізами поглинання нейтронів, і, нарешті, буде досягнуто екранування нейтронів.
② Ключове патентне дослідження
Пористі та органічні-неорганічні гібридні властивостіРідкісна земляна елементгадолінійОрганічні скелетні матеріали на основі металів збільшують їх сумісність з поліетилену, сприяючи синтезованим композиційним матеріалам, щоб мати більш високий вміст гадолінію та дисперсію гадолінію. Високий вміст гадолінію та дисперсія безпосередньо вплинуть на ефективність екранування нейтронів композиційних матеріалів.
Ключовий патент: Інститут матеріалознавства HEFEI, Китайська академія наук, патент на винахідний композитний матеріал на основі гадолінію та його метод підготовки
Патентний Анотація: Композитний матеріал з органічного скелета на основі гадолінію - це композитний матеріал, утворений шляхом змішуваннягадолінійОрганічний скелетний матеріал на основі металу з поліетиленом у співвідношенні ваги 2: 1: 10 і утворює його шляхом випаровування розчинника або гарячого пресування. Метал -органічні скелетні матеріали на основі металу на основі гадолінію металів мають високу термічну стійкість та здатність до екранування теплового нейтрона.
Процес виробництва: Вибір різногоГадолінієвий металСолі та органічні ліганди для приготування та синтезу різних типів скелетних матеріалів на основі гадолінію, миття їх невеликими молекулами метанолу, етанолу або води за допомогою центрифугування та активації їх при високій температурі в вакуумних умовах для повного видалення залишків безперервної сировини у поресі гадолінумуг -органічних матеріалів; Органометалічний скелетний матеріал на основі гадолінію, приготований на ступені, перемішування поліетиленовим лосьйоном з високою швидкістю, або ультразвучно, або органічний скелетний матеріал на основі гадолінію, приготований на ступені, змішаний з поліетиленом молекулярної маси при високій температурі до повного змішування; Помістіть у формі однорідно змішаний металевий органічний скелетний матеріал/поліетиленовий матеріал на основі гадолінію та отримайте утворений композитний матеріал для екрануючого металу на основі гадолінію, щоб сприяти випаровуванню розчинника або гарячому пресуванню; Підготовлений композитний матеріал з органічним скелетом на основі гадолінію на основі гадолінію має значно покращений теплову стійкість, механічні властивості та велику здатність до екранування теплового нейтронів порівняно з чистими поліетилен матеріалами.
Режим додавання рідкісних Землі: GD2 (BHC) (H2O) 6, GD (BTC) (H2O) 4 або GD (BDC) 1,5 (H2O) 2 пориста кристалічна координаційна полімер, що містить гадоліній, який отримують координаційною полімеризацієюGD (NO3) 3 • 6H2O або GDCL3 • 6H2Oта органічний карбоксилат -ліганд; Розмір органічного скелетного матеріалу на основі гадолінію становить 50 нм-2 мкм ； гадоліній металеві органічні матеріали органічних скелетних матеріалів мають різні морфології, включаючи зернисті форми форми у формі стрижня.
（4） ЗастосуванняСкандіюв радіохімії та ядерній промисловості
Скандій метал має хорошу термічну стійкість та сильну продуктивність поглинання фтору, що робить його незамінним матеріалом в атомній енергетичній галузі.
Основний патент: Китайський аерокосмічний розвиток Пекінський інститут аеронавігаційних матеріалів, патент на винахід для алюмінієвого сплаву скандіуму з магнієм та його підготовка
Патентний реферат: алюмінієвий цинкСкандій магніюта його метод підготовки. Хімічний склад та вага відсотків алюмінієвого сплаву скандингу з магнію цинку становить: Mg 1,0%-2,4%, Zn 3,5%-5,5%, SC 0,04%-0,50%, ZR 0,04%-0,35%, мури Cu ≤ 0,2%, Si ≤ 0,35%, Fe ≤ 0,4%, інші імпульти ≤ 0,35%, ін. 0,15%, а решта - Al. Мікроструктура цього алюмінієвого матеріалу сплаву з магнієм цинку є рівномірним, а його продуктивність стабільна, з остаточною міцністю на розрив понад 400 мпА, міцністю врожаю понад 350 мпА та міцністю на розрив понад 370 мПа для зварних суглобів. Матеріальні продукти можуть використовуватися як структурні елементи в аерокосмічній, ядерній промисловості, транспорті, спортивних товарів, зброї та інших галузях.
Процес виробництва: крок 1, інгредієнт відповідно до складу вище сплаву; Крок 2: Розтоплення в плавучій печі при температурі 700 ℃ ~ 780 ℃; Крок 3: вдосконалюйте повністю розплавлену металеву рідину та підтримуйте температуру металу в межах 700 ℃ ~ 750 ℃ під час рафінування; Крок 4: Після вдосконалення йому слід повністю дозволити стояти на місці; Крок 5: Після повного стояння починайте лиття, підтримуйте температуру печі в межах 690 ℃ ~ 730 ℃, а швидкість лиття-15-200 мм/хвилина; Крок 6: Виконайте обробку гомогенізації відпалу на злитці сплаву в нагрівальній печі, температура гомогенізації 400 ℃ ~ 470 ℃; Крок 7: Очистіть гомогенізоване злиття та виконайте гарячу екструзію, щоб виробляти профілі з товщиною стінки понад 2,0 мм. Під час процесу екструзії заготовка слід підтримувати при температурі від 350 ℃ до 410 ℃; Крок 8: Стисніть профіль для лікування гасіння розчину, температурою розчину 460-480 ℃; Крок 9: Через 72 години гасіння твердого розчину, вручну сили старіння. Система старіння ручного сили становить: 90 ~ 110 ℃/24 години+170 ~ 180 ℃/5 годин, або 90 ~ 110 ℃/24 години+145 ~ 155 ℃/10 годин.
5 、 Підсумок досліджень
В цілому рідкісні землі широко використовуються при ядерному синтезі та ядерному поділі, і мають багато патентних макетів у таких технічних напрямках, як рентгенівське збудження, утворення плазми, світловодкове реактор, трансдуран, ураніл та оксид. Що стосується реакторних матеріалів, рідкісні землі можуть використовуватися як структурні матеріали реактора та пов'язані з ними керамічні ізоляційні матеріали, контрольні матеріали та матеріали захисту від нейтронного випромінювання.
Час посади: 26-2023 травня