1 、 Definisi bahan nuklear
Dalam erti kata yang luas, bahan nuklear adalah istilah umum untuk bahan yang digunakan secara eksklusif dalam industri nuklear dan penyelidikan saintifik nuklear, termasuk bahan bakar nuklear dan bahan kejuruteraan nuklear, iaitu bahan bahan api nuklear.
Bahan -bahan nuklear yang sering dirujuk terutamanya merujuk kepada bahan -bahan yang digunakan di pelbagai bahagian reaktor, yang juga dikenali sebagai bahan reaktor. Bahan reaktor termasuk bahan bakar nuklear yang menjalani pembelahan nuklear di bawah pengeboman neutron, bahan pelapisan untuk komponen bahan api nuklear, penyejuk, penyederhana neutron (moderator), bahan rod kawalan yang sangat menyerap neutron, dan bahan reflektif yang menghalang kebocoran neutron di luar reaktor.
2 、 Hubungan yang berkaitan dengan CO antara sumber jarang bumi dan sumber nuklear
Monazite, yang juga dikenali sebagai phosphocerite dan phosphocite, adalah mineral aksesori biasa dalam batu asid pertengahan dan batu metamorf. Monazite adalah salah satu mineral utama bijih logam nadir bumi, dan juga wujud di beberapa batu sedimen. Berwarna merah, kuning, kadang-kadang berwarna kuning kecoklatan, dengan kilauan berminyak, belahan lengkap, kekerasan 5-5.5, dan graviti spesifik 4.9-5.5.
Mineral bijih utama beberapa jenis deposit nadir di China adalah monazit, terutamanya yang terletak di Tongcheng, Hubei, Yueyang, Hunan, Shangrao, Jiangxi, Menghai, Yunnan, dan He County, Guangxi. Walau bagaimanapun, pengekstrakan jenis placer sumber jarang bumi sering tidak mempunyai kepentingan ekonomi. Batu -batu bersendirian sering mengandungi unsur -unsur thorium refleksif dan juga merupakan sumber utama plutonium komersial.
3 、 Gambaran Keseluruhan Aplikasi Raduk Bumi dalam Fusion Nuklear dan Pembelahan Nuklear Berdasarkan Analisis Panoramik Paten
Selepas kata kunci elemen carian nadir bumi sepenuhnya diperluaskan, mereka digabungkan dengan kekunci pengembangan dan bilangan klasifikasi pembelahan nuklear dan gabungan nuklear, dan dicari dalam pangkalan data Incopt. Tarikh carian adalah 24 Ogos 2020. 4837 paten diperolehi selepas penggabungan keluarga yang mudah, dan 4673 paten ditentukan selepas pengurangan bunyi buatan.
Permohonan paten nadir bumi dalam bidang pembelahan nuklear atau gabungan nuklear diedarkan di 56 negara/wilayah, terutamanya tertumpu di Jepun, China, Amerika Syarikat, Jerman dan Rusia, dan lain -lain. 1).
Rajah 1 Trend aplikasi paten teknologi yang berkaitan dengan aplikasi nadir bumi dalam pembelahan nuklear nuklear dan gabungan nuklear di negara/wilayah
Ia dapat dilihat dari analisis tema teknikal bahawa penggunaan nadir bumi dalam gabungan nuklear dan pembelahan nuklear memberi tumpuan kepada unsur -unsur bahan api, scintillators, pengesan radiasi, actinides, plasmas, reaktor nuklear, bahan perisai, penyerapan neutron dan arahan teknikal yang lain.
4 、 Aplikasi khusus dan penyelidikan paten utama unsur -unsur nadir bumi dalam bahan nuklear
Antaranya, gabungan nuklear dan tindak balas pembelahan nuklear dalam bahan nuklear adalah sengit, dan keperluan bahan adalah ketat. Pada masa ini, reaktor kuasa terutamanya reaktor pembelahan nuklear, dan reaktor gabungan boleh dipopularkan secara besar -besaran selepas 50 tahun. Permohonannadir bumiunsur -unsur dalam bahan struktur reaktor; Dalam bidang kimia nuklear tertentu, unsur -unsur nadir bumi terutamanya digunakan dalam rod kawalan; Di samping itu,Scandiumjuga telah digunakan dalam radiokimia dan industri nuklear.
(1) Sebagai racun atau rod kawalan mudah terbakar untuk menyesuaikan tahap neutron dan keadaan kritikal reaktor nuklear
Dalam reaktor kuasa, kereaktifan sisa awal teras baru pada umumnya agak tinggi. Terutama pada peringkat awal kitaran mengisi bahan bakar pertama, apabila semua bahan api nuklear di teras adalah baru, kereaktifan yang tinggal adalah yang tertinggi. Pada ketika ini, bergantung semata -mata untuk meningkatkan rod kawalan untuk mengimbangi kereaktifan sisa akan memperkenalkan lebih banyak rod kawalan. Setiap rod kawalan (atau bundle rod) sepadan dengan pengenalan mekanisme memandu yang kompleks. Di satu pihak, ini meningkatkan kos, dan sebaliknya, membuka lubang di kepala kapal tekanan boleh menyebabkan penurunan kekuatan struktur. Bukan sahaja ia tidak ekonomik, tetapi juga tidak dibenarkan mempunyai kekuatan keliangan dan struktur tertentu pada kepala kapal tekanan. Walau bagaimanapun, tanpa meningkatkan rod kawalan, adalah perlu untuk meningkatkan kepekatan toksin pampasan kimia (seperti asid borik) untuk mengimbangi kereaktifan yang selebihnya. Dalam kes ini, mudah bagi kepekatan boron melebihi ambang, dan pekali suhu moderator akan menjadi positif.
Untuk mengelakkan masalah yang disebutkan di atas, gabungan toksin mudah terbakar, rod kawalan, dan kawalan pampasan kimia secara amnya boleh digunakan untuk kawalan.
(2) sebagai dopan untuk meningkatkan prestasi bahan struktur reaktor
Reaktor memerlukan komponen struktur dan unsur -unsur bahan api untuk mempunyai tahap kekuatan, rintangan kakisan, dan kestabilan haba yang tinggi, sementara juga menghalang produk pembelahan dari memasuki penyejuk.
1) .Bare Earth Steel
Reaktor nuklear mempunyai keadaan fizikal dan kimia yang melampau, dan setiap komponen reaktor juga mempunyai keperluan yang tinggi untuk keluli khas yang digunakan. Unsur -unsur nadir bumi mempunyai kesan pengubahsuaian khas pada keluli, terutamanya termasuk pemurnian, metamorfisme, microalloying, dan peningkatan rintangan kakisan. Rare Earth yang mengandungi keluli juga digunakan secara meluas dalam reaktor nuklear.
① Kesan pemurnian: Penyelidikan sedia ada telah menunjukkan bahawa nadir bumi mempunyai kesan pemurnian yang baik pada keluli cair pada suhu tinggi. Ini kerana nadir bumi boleh bertindak balas dengan unsur-unsur berbahaya seperti oksigen dan sulfur dalam keluli cair untuk menghasilkan sebatian suhu tinggi. Sebatian suhu tinggi boleh dicetuskan dan dilepaskan dalam bentuk inklusi sebelum kondensasi keluli cair, dengan itu mengurangkan kandungan kekotoran dalam keluli cair.
② Metamorfisme: Sebaliknya, oksida, sulfida atau oxysulfides yang dihasilkan oleh tindak balas bumi nadir dalam keluli cair dengan unsur -unsur berbahaya seperti oksigen dan sulfur boleh dikekalkan sebahagiannya dalam keluli cair dan menjadi kemasukan keluli dengan titik lebur yang tinggi. Kemasukan ini boleh digunakan sebagai pusat nukleasi heterogen semasa pemejalan keluli cair, sehingga meningkatkan bentuk dan struktur keluli.
③ microalloying: Jika penambahan nadir bumi meningkat lagi, baki bumi yang tersisa akan dibubarkan dalam keluli selepas pemurnian dan metamorfisme di atas selesai. Oleh kerana jejari atom nadir bumi lebih besar daripada atom besi, nadir bumi mempunyai aktiviti permukaan yang lebih tinggi. Semasa proses pemejalan keluli cair, unsur -unsur nadir bumi diperkaya di sempadan bijian, yang dapat mengurangkan pemisahan unsur -unsur pencemaran di sempadan bijian, dengan itu menguatkan penyelesaian pepejal dan memainkan peranan microalloying. Sebaliknya, disebabkan oleh ciri -ciri penyimpanan hidrogen nadir bumi, mereka dapat menyerap hidrogen dalam keluli, dengan itu meningkatkan fenomena pelindung hidrogen keluli.
④ Meningkatkan rintangan kakisan: Penambahan unsur -unsur nadir bumi juga dapat meningkatkan rintangan kakisan keluli. Ini kerana nadir bumi mempunyai potensi kakisan diri yang lebih tinggi daripada keluli tahan karat. Oleh itu, penambahan bumi jarang dapat meningkatkan potensi kakisan diri keluli tahan karat, dengan itu meningkatkan kestabilan keluli dalam media yang menghakis.
2). Kajian paten utama
Paten Utama: Paten Penciptaan Penyebaran Oksida Memperkukuhkan Keluli Pengaktifan Rendah dan Kaedah Penyediaannya oleh Institut Logam, Akademi Sains China
Paten Abstrak: Disediakan adalah penyebaran oksida yang menguatkan keluli pengaktifan rendah yang sesuai untuk reaktor fusion dan kaedah penyediaannya, yang dicirikan dalam peratusan unsur -unsur aloi dalam jumlah jisim keluli pengaktifan yang rendah ialah: matriks adalah Fe, 0.08% ≤ 0 0.15%, 8.0% ≤ 0 0. ≤ TA ≤ 0.2%, 0.1 ≤ mn ≤ 0.6%, dan 0.05%≤ y2O3 ≤ 0.5%.
Proses Pembuatan: Smelting Aloi Ibu Fe-CR-WV-Ta-Mn, Pengabaian Serbuk, Penggilingan Bola Tinggi Aloi Ibu danNanopartikel Y2O3Serbuk campuran, pengekstrakan serbuk serbuk, pengacuan pemejalan, rolling panas, dan rawatan haba.
Kaedah penambahan nadir bumi: tambah nanoscaleY2O3zarah ke serbuk atomed aloi induk untuk penggilingan bola bertenaga tinggi, dengan medium penggilingan bola menjadi φ 6 dan φ 10 bola keluli keras bercampur, dengan suasana penggilingan bola sebanyak 99.99% gas argon, nisbah jisim bahan bola (8-10): 1, masa penggilingan bola 40-70 jam.
3). Digunakan untuk membuat bahan perlindungan radiasi neutron
① Prinsip perlindungan radiasi neutron
Neutron adalah komponen nukleus atom, dengan jisim statik 1.675 × 10-27kg, iaitu 1838 kali jisim elektronik. Radiusnya adalah kira-kira 0.8 × 10-15m, saiznya sama dengan proton, sama dengan sinaran γ sama-sama tidak dikenakan. Apabila neutron berinteraksi dengan perkara, mereka terutamanya berinteraksi dengan daya nuklear di dalam nukleus, dan tidak berinteraksi dengan elektron di dalam shell luar.
Dengan perkembangan pesat tenaga nuklear dan teknologi reaktor nuklear, semakin banyak perhatian telah diberikan kepada keselamatan radiasi nuklear dan perlindungan radiasi nuklear. Untuk mengukuhkan perlindungan radiasi bagi pengendali yang telah terlibat dalam penyelenggaraan peralatan radiasi dan penyelamatan kemalangan untuk masa yang lama, ia adalah kepentingan saintifik dan nilai ekonomi yang hebat untuk membangunkan komposit perisai ringan untuk pakaian pelindung. Sinaran neutron adalah bahagian paling penting dari sinaran reaktor nuklear. Secara amnya, kebanyakan neutron dalam hubungan langsung dengan manusia telah diperlahankan kepada neutron tenaga rendah selepas kesan perisai neutron bahan-bahan struktur di dalam reaktor nuklear. Neutron tenaga rendah akan bertembung dengan nukleus dengan nombor atom yang lebih rendah secara elastik dan terus disederhanakan. Neutron termal yang sederhana akan diserap oleh unsur -unsur dengan bahagian penyerapan neutron yang lebih besar, dan akhirnya perisai neutron akan dicapai.
② Kajian paten utama
Sifat hibrid yang berliang dan organik-organikelemen nadir bumiGadoliniumBahan rangka organik berasaskan logam meningkatkan keserasian mereka dengan polietilena, mempromosikan bahan komposit yang disintesis untuk mempunyai kandungan gadolinium yang lebih tinggi dan penyebaran gadolinium. Kandungan dan penyebaran gadolinium yang tinggi secara langsung akan menjejaskan prestasi perisai neutron bahan komposit.
Paten Utama: Institut Sains Bahan Hefei, Akademi Sains Cina, Paten Penciptaan Bahan Perisai Komposit Organik Berbasis Gadolinium
Paten Abstrak: Bahan Perisai Komposit Skeleton Metal Gadolinium berasaskan Gadolinium adalah bahan komposit yang dibentuk dengan pencampuranGadoliniumBahan rangka organik berasaskan logam dengan polietilena dalam nisbah berat 2: 1: 10 dan membentuknya melalui penyejatan pelarut atau menekan panas. Bahan perisai komposit organik berasaskan Gadolinium mempunyai kestabilan haba yang tinggi dan keupayaan perisai neutron termal.
Proses Pembuatan: Memilih Berbezalogam gadoliniumgaram dan ligan organik untuk menyediakan dan mensintesis pelbagai jenis bahan rangka organik logam berasaskan gadolinium, membasuhnya dengan molekul kecil metanol, etanol, atau air dengan sentrifugasi, dan mengaktifkannya pada suhu tinggi di bawah keadaan vakum untuk menghilangkan bahan mentah berasaskan Bahan rangka organometal berasaskan gadolinium yang disediakan dalam langkah diaduk dengan losyen polietilena pada kelajuan tinggi, atau ultrasonik, atau bahan rangka organometal berasaskan gadolinium yang disediakan dalam langkah dicairkan dengan polietilena berat molekul ultra tinggi pada suhu tinggi sehingga dicampur sepenuhnya; Letakkan gadolinium berasaskan gadolinium berasaskan gadolinium bahan organik/campuran polietilena dalam acuan, dan dapatkan bahan perisai komposit organik berasaskan gadolinium yang terbentuk dengan pengeringan untuk menggalakkan penyejatan pelarut atau tekanan panas; Bahan pelindung komposit organik berasaskan gadolinium yang disediakan telah meningkatkan rintangan haba, sifat mekanikal, dan keupayaan pelindung neutron termal yang unggul berbanding dengan bahan polietilena tulen.
Mod penambahan nadir bumi: GD2 (BHC) (H2O) 6, GD (BTC) (H2O) 4 atau GD (BDC) 1.5 (H2O) 2 polimer koordinasi kristal berliang yang mengandungi gadolinium, yang diperolehi oleh pempolimeran koordinasi dari pempolimeran koordinasiGD (NO3) 3 • 6H2O atau GDCL3 • 6H2Odan ligan karboksilat organik; Saiz bahan rangka organik logam berasaskan gadolinium adalah 50nm-2 μ m ； bahan rangka organik logam berasaskan gadolinium mempunyai morfologi yang berbeza, termasuk bentuk berbentuk berbutir, berbentuk rod, atau jarum.
(4) PermohonanScandiumDalam Radiokimia dan Industri Nuklear
Logam Scandium mempunyai kestabilan terma yang baik dan prestasi penyerapan fluorin yang kuat, menjadikannya bahan yang sangat diperlukan dalam industri tenaga atom.
Paten Utama: Pembangunan Aeroangkasa China Beijing Institute of Aeronautical Bahan, Paten Penciptaan untuk aloi scandium magnesium zink aluminium dan kaedah penyediaannya
Paten Abstrak: Zink Aluminiumaloi magnesium scandiumdan kaedah penyediaannya. Komposisi kimia dan peratusan berat badan aluminium zink magnesium scandium adalah: mg 1.0%-2.4%, Zn 3.5%-5.5%, SC 0.04%-0.50%, Zr 0.04%-0.35%, kekotoran Cu ≤ 0.2%, 0.15%, dan baki jumlahnya ialah Al. Struktur mikro aluminium zink magnesium scandium aloi ini seragam dan prestasinya stabil, dengan kekuatan tegangan muktamad lebih dari 400MPa, kekuatan hasil lebih dari 350MPa, dan kekuatan tegangan lebih dari 370MPa untuk sendi dikimpal. Produk material boleh digunakan sebagai elemen struktur dalam aeroangkasa, industri nuklear, pengangkutan, barangan sukan, senjata dan bidang lain.
Proses pembuatan: Langkah 1, ramuan mengikut komposisi aloi di atas; Langkah 2: Meleleh di relau peleburan pada suhu 700 ℃ ~ 780 ℃; Langkah 3: Memperbaiki cecair logam sepenuhnya cair, dan mengekalkan suhu logam dalam lingkungan 700 ℃ ~ 750 ℃ semasa penapisan; Langkah 4: Selepas penapisan, ia harus dibenarkan sepenuhnya untuk berdiri diam; Langkah 5: Selepas berdiri sepenuhnya, mulailah pemutus, mengekalkan suhu relau dalam lingkungan 690 ℃ ~ 730 ℃, dan kelajuan pemutus adalah 15-200mm/minit; Langkah 6: Lakukan rawatan penyepuh homogenisasi pada ingot aloi dalam relau pemanasan, dengan suhu homogenisasi 400 ℃ ~ 470 ℃; Langkah 7: Kupas ingot homogen dan lakukan penyemperitan panas untuk menghasilkan profil dengan ketebalan dinding lebih dari 2.0mm. Semasa proses penyemperitan, bilet perlu dikekalkan pada suhu 350 ℃ hingga 410 ℃; Langkah 8: Sapu profil untuk rawatan pelindapkejutan penyelesaian, dengan suhu penyelesaian 460-480 ℃; Langkah 9: Selepas 72 jam penyelesaian penyelesaian pepejal, memaksa penuaan secara manual. Sistem penuaan kekuatan manual adalah: 90 ~ 110 ℃/24 jam+170 ~ 180 ℃/5 jam, atau 90 ~ 110 ℃/24 jam+145 ~ 155 ℃/10 jam.
5 、 Ringkasan Penyelidikan
Secara keseluruhannya, bumi jarang digunakan secara meluas dalam gabungan nuklear dan pembelahan nuklear, dan mempunyai banyak susun atur paten dalam arah teknikal seperti pengujaan sinar-X, pembentukan plasma, reaktor air ringan, transuranium, uranil dan serbuk oksida. Bagi bahan reaktor, nadir bumi boleh digunakan sebagai bahan struktur reaktor dan bahan penebat seramik yang berkaitan, bahan kawalan dan bahan perlindungan radiasi neutron.
Masa Post: Mei-26-2023