1 、 Nükleer malzemelerin tanımı
Geniş anlamda nükleer malzeme, sadece nükleer sektörde kullanılan malzemeler ve nükleer yakıt ve nükleer mühendislik malzemeleri, yani nükleer olmayan yakıt malzemeleri de dahil olmak üzere nükleer bilimsel araştırmalar için genel terimdir.
Yaygın olarak nükleer malzemelere atıfta bulunulan, esas olarak reaktörün çeşitli bölgelerinde kullanılan, reaktör malzemeleri olarak da bilinir. Reaktör materyalleri, nötron bombardımanı altında nükleer fisyona giren nükleer yakıt, nükleer yakıt bileşenleri için kaplama malzemeleri, nötron moderatörleri (moderatörler), nötronları güçlü bir şekilde emen kontrol çubuğu malzemeleri ve reaktör dışındaki nötron sızıntısını önleyen yansıtıcı malzemeleri içerir.
Nadir toprak kaynakları ve nükleer kaynaklar arasında ilişkili ilişki
Fosfokerit ve fosfokerit olarak da adlandırılan Monazit, ara asit miras kaya ve metamorfik kayada yaygın bir aksesuar mineraldir. Monazit, nadir toprak metal cevherinin ana minerallerinden biridir ve bazı sedimanter kayalarda da mevcuttur. Kahverengimsi kırmızı, sarı, bazen kahverengimsi sarı, yağlı bir parlaklık, tam bölünme, 5-5.5 Mohs sertliği ve 4.9-5.5 özgül ağırlık.
Çin'deki bazı plaser tipi nadir toprak yataklarının ana cevher minerali, esas olarak Tongcheng, Hubei, Yueyang, Hunan, Shangrao, Jiangxi, Menghai, Yunnan ve He County, Guangxi'de bulunan Monazit'tir. Bununla birlikte, plaser tipi nadir toprak kaynaklarının çıkarılması genellikle ekonomik öneme sahip değildir. Yalnız taşlar genellikle refleksif toryum elemanları içerir ve aynı zamanda ticari plütonyumun ana kaynağıdır.
3 nükleer füzyonda nadir toprak uygulamasına genel bakış ve patent panoramik analizine dayanan nükleer fisyon
Nadir toprak arama elemanlarının anahtar kelimeleri tamamen genişletildikten sonra, genişleme anahtarları ve nükleer fisyon ve nükleer füzyonun sınıflandırma numaraları ile birleştirilir ve incopt veritabanında araştırılır. Arama tarihi 24 Ağustos 2020.
Nükleer fisyon veya nükleer füzyon alanındaki nadir toprak patent uygulamaları, esas olarak Japonya, Çin, Amerika Birleşik Devletleri, Almanya ve Rusya'da yoğunlaşan 56 ülkede/bölgede dağıtılmaktadır. Çin patent teknolojisi uygulamalarının, özellikle 2009 yılından bu yana, yıllardan bu yana, yıllardan bu yana, yıllardan bu yana, 1 yıldan bu yana, 1 PCT şeklinde uygulanmaktadır.
Şekil 1 Nükleer nükleer fisyon ve nükleer füzyonda nadir toprak uygulaması ile ilgili teknoloji patentlerinin uygulama eğilimi ülkelerde/bölgelerde
Teknik temaların analizinden, nadir toprakların nükleer füzyon ve nükleer fisyonda uygulanmasının yakıt elemanları, sintilatörler, radyasyon dedektörleri, aktinitler, plazmalar, nükleer reaktörler, koruma malzemeleri, nötron emilimi ve diğer teknik yönlere odaklandığı görülebilir.
4 、 Nükleer malzemelerde nadir toprak elemanlarının özel uygulamaları ve temel patent araştırmaları
Bunlar arasında nükleer füzyon ve nükleer malzemelerdeki nükleer fisyon reaksiyonları yoğundur ve malzemeler için gereksinimler katıdır. Şu anda, güç reaktörleri esas olarak nükleer fisyon reaktörleridir ve füzyon reaktörleri 50 yıl sonra büyük ölçekte popüler hale getirilebilir. Uygulamasınadir toprakreaktör yapısal malzemelerdeki elemanlar; Spesifik nükleer kimyasal alanlarda, nadir toprak elemanları esas olarak kontrol çubuklarında kullanılır; Ek olarak,skandiyumradyo ve nükleer endüstride de kullanılmıştır.
（1） Nükleer reaktörün nötron seviyesini ve kritik durumunu ayarlamak için yanıcı zehir veya kontrol çubuğu olarak
Güç reaktörlerinde, yeni çekirdeklerin başlangıçtaki kalıntı reaktivitesi genellikle nispeten yüksektir. Özellikle ilk yakıt ikmal döngüsünün ilk aşamalarında, çekirdekteki tüm nükleer yakıt yeni olduğunda, kalan reaktivite en yüksektir. Bu noktada, artık reaktiviteyi telafi etmek için sadece artan kontrol çubuklarına dayanmak daha fazla kontrol çubuğu getirecektir. Her kontrol çubuğu (veya çubuk demeti), karmaşık bir sürüş mekanizmasının tanıtımına karşılık gelir. Bir yandan, bu maliyetleri arttırır, diğer yandan basınç kap kafasındaki delikler açılış yapısal mukavemette bir azalmaya yol açabilir. Sadece ekonomik değil, aynı zamanda basınçlı kap kafasında belirli miktarda gözenekliliğe ve yapısal mukavemete sahip olmasına da izin verilmiyor. Bununla birlikte, kontrol çubuklarını arttırmadan, kalan reaktiviteyi telafi etmek için kimyasal telafi edici toksinlerin (borik asit gibi) konsantrasyonunun arttırılması gerekir. Bu durumda, bor konsantrasyonunun eşiği aşması kolaydır ve moderatörün sıcaklık katsayısı pozitif hale gelir.
Yukarıda belirtilen problemlerden kaçınmak için, genellikle kontrol için yanıcı toksinler, kontrol çubukları ve kimyasal telafi kontrolünün bir kombinasyonu kullanılabilir.
（2） Reaktör yapısal malzemelerinin performansını artırmak için bir katkı maddesi olarak
Reaktörler, belirli bir mukavemet, korozyon direnci ve yüksek termal stabilite seviyesine sahip olmak için yapısal bileşenler ve yakıt elemanları gerektirirken, fisyon ürünlerinin soğutucuya girmesini önler.
1).
Nükleer reaktör aşırı fiziksel ve kimyasal koşullara sahiptir ve reaktörün her bileşeni de kullanılan özel çelik için yüksek gereksinimlere sahiptir. Nadir toprak elemanları, esas olarak saflaştırma, metamorfizm, mikroaloylama ve korozyon direncinin iyileştirilmesi dahil olmak üzere çelik üzerinde özel modifikasyon etkileri vardır. Nadir toprak içeren çelikler de nükleer reaktörlerde yaygın olarak kullanılır.
① Saflaştırma etkisi: Mevcut araştırmalar, nadir toprakların yüksek sıcaklıklarda erimiş çelik üzerinde iyi bir saflaştırma etkisi olduğunu göstermiştir. Bunun nedeni, nadir toprakların, yüksek sıcaklık bileşikleri üretmek için erimiş çelikte oksijen ve kükürt gibi zararlı elementlerle reaksiyona girebilmesidir. Yüksek sıcaklık bileşikleri, erimiş çelik yoğunlaşmadan önce inklüzyonlar şeklinde çöktürülebilir ve boşaltılabilir, böylece erimiş çelikteki safsızlık içeriğini azaltabilir.
② Metamorfizm: Öte yandan, nadir toprakların erimiş çeliğin reaksiyonu ile üretilen oksijenler, sülfürler veya oksisülfitler, oksijen ve sülfür gibi zararlı elemanlar ile erimiş çelikte kısmen tutulabilir ve yüksek erime noktasına sahip çelik inklüzyonları olabilir. Bu kapanımlar erimiş çeliğin katılaşması sırasında heterojen çekirdeklenme merkezleri olarak kullanılabilir, böylece çeliğin şeklini ve yapısını geliştirebilir.
③ Mikroaloylama: Nadir toprak ilavesi daha da arttırılırsa, geri kalan nadir toprak, yukarıdaki saflaştırma ve metamorfizm tamamlandıktan sonra çelikte çözülecektir. Nadir dünyanın atomik yarıçapı demir atomundan daha büyük olduğundan, nadir toprak daha yüksek yüzey aktivitesine sahiptir. Erimiş çeliğin katılaşma işlemi sırasında, nadir toprak elemanları tane sınırında zenginleştirilir, bu da tahıl sınırındaki safsızlık elemanlarının ayrılmasını daha iyi azaltabilir, böylece katı çözeltiyi güçlendirir ve mikroaloylama rolünü oynatır. Öte yandan, nadir toprakların hidrojen depolama özellikleri nedeniyle, çelik içinde hidrojeni emebilir, böylece çelik hidrojen kucaklama fenomenini etkili bir şekilde iyileştirebilirler.
④ Korozyon direncinin iyileştirilmesi: Nadir toprak elemanlarının eklenmesi, çeliğin korozyon direncini de iyileştirebilir. Bunun nedeni, nadir toprakların paslanmaz çelikten daha yüksek bir kendi kendine korozyon potansiyeline sahip olmasıdır. Bu nedenle, nadir toprakların eklenmesi, paslanmaz çeliğin kendi korozyon potansiyelini artırabilir, böylece çeliğin aşındırıcı ortamlarda stabilitesini artırabilir.
2). Anahtar Patent Çalışması
Anahtar Patent: Bir Oksit Dispersiyonunun Buluş Patenti Düşük Aktivasyon Çeliğini ve Metal Enstitüsü tarafından Hazırlık Yöntemi, Çin Bilimler Akademisi
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 ve%0.05 ≤ y2o3 ≤%0.5.
Üretim Süreci: FE-CR-WV-TA-MN Anne Alaşım Erkek Eritme, Toz Atomizasyonu, Anne Alaşımının Yüksek Enerji Top Frezesi veY2O3 nanoparçacıkKarışık toz, toz sarma ekstraksiyonu, katılaşma kalıplama, sıcak haddeleme ve ısıl işlem.
Nadir Dünya Ekleme Yöntemi: Nano ölçekli ekleyinY2O3Ana alaşımdaki partiküller yüksek enerjili bilyalı öğütme için partiküller, bilyalı öğütme ortamı φ 6 ve 10 karışık sert çelik bilyalar,% 99.99 argon gazı, (8-10): 1, 40-70 saatlik bir top öğesi kütle oranı ve 350-500 R/MO'luk bir dönme hızı ile.
3）. Nötron radyasyon koruma malzemeleri yapmak için kullanıldı
① Nötron radyasyon koruması ilkesi
Nötronlar, elektronik kütlenin 1838 katı olan 1.675 × 10-27kg'lik statik kütle ile atomik çekirdeklerin bileşenleridir. Yarıçapı yaklaşık 0.8 × 10-15m'dir, bir protona benzer, γ ışınlarına benzer şekilde, eşit derecede yüklenmez. Nötronlar madde ile etkileşime girdiğinde, esas olarak çekirdek içindeki nükleer kuvvetlerle etkileşime girer ve dış kabuktaki elektronlarla etkileşime girmezler.
Nükleer enerji ve nükleer reaktör teknolojisinin hızlı gelişimi ile nükleer radyasyon güvenliği ve nükleer radyasyon korumasına giderek daha fazla dikkat edilmiştir. Uzun zamandır radyasyon ekipmanı bakımı ve kaza kurtarma ile uğraşan operatörler için radyasyon korumasını güçlendirmek için, koruyucu giysiler için hafif koruma kompozitleri geliştirmek büyük bilimsel öneme ve ekonomik değere sahiptir. Nötron radyasyonu nükleer reaktör radyasyonunun en önemli parçasıdır. Genel olarak, insanlarla doğrudan temastaki nötronların çoğu, nükleer reaktör içindeki yapısal materyallerin nötron koruma etkisinden sonra düşük enerjili nötronlara yavaşlatılmıştır. Düşük enerjili nötronlar, daha düşük atom sayısına sahip çekirdeklerle çarpışır ve denetlenmeye devam eder. Moderleştirilmiş termal nötronlar, daha büyük nötron absorpsiyon kesitlerine sahip elemanlar tarafından emilecek ve son olarak nötron koruması elde edilecektir.
② Anahtar patent çalışması
Gözenekli ve organik inorganik hibrid özellikleriNadir toprak elemanıgadolinyumTabanlı metal organik iskelet malzemeleri, polietilen ile uyumluluğunu arttırır, sentezlenen kompozit malzemeleri daha yüksek gadolinyum içeriğine ve gadolinyum dispersiyonuna sahip olacak şekilde teşvik eder. Yüksek gadolinyum içeriği ve dispersiyon, kompozit malzemelerin nötron koruma performansını doğrudan etkileyecektir.
Anahtar Patent: Hefei Malzeme Bilimleri Enstitüsü, Çin Bilimler Akademisi, Gadolinyum Tabanlı Organik Çerçeve Kompozit Kaldırma Materyalinin Buluş Patenti ve Hazırlık Yöntemi
Patent Özet: Gadolinyum Tabanlı Metal Organik İskelet Kompozit Koruma Malzemesi, karıştırılarak oluşturulan kompozit bir malzemedir.gadolinyum2: 1: 10 ağırlık oranında polietilen olan ve çözücü buharlaşma veya sıcak presleme yoluyla oluşturulan metal metal organik iskelet malzemesi. Gadolinyum bazlı metal organik iskelet kompozit ekranlama malzemeleri yüksek termal stabilite ve termal nötron ekranlama kabiliyetine sahiptir.
Üretim Süreci: Farklı Seçmegadolinyum metalTuzlar ve organik ligandlar Gadolinyum bazlı metal organik iskelet malzemelerini hazırlamak ve sentezlemek, bunları santrifüjleme yoluyla küçük metanol, etanol veya su molekülleri ile yıkamak ve gadolinyum tabanlı metal örgütsel malzemelerin kalıntılarını tam olarak uzaklaştırmak için yüksek sıcaklıkta aktive etmek; Adımda hazırlanan gadolinyum bazlı organometalik iskelet malzemesi, yüksek hızda polietilen losyon veya ultrasonik olarak veya aşamada hazırlanan gadolinyum bazlı organometalik iskelet malzemesi ile karıştırılır ve yüksek sıcaklıkta tamamen karıştırılana kadar ultra yüksek moleküler ağırlıklı polietilen ile karışır; Düzgün karışık gadolinyum bazlı metal organik iskelet malzemesi/polietilen karışımını kalıp içine yerleştirin ve çözücü buharlaşmasını veya sıcak preslemeyi teşvik etmek için kurutularak oluşturulmuş gadolinyum bazlı organik organik iskelet kompozit ekranlama malzemesini alın; Hazırlanan gadolinyum bazlı metal organik iskelet kompozit ekranlama malzemesi, saf polietilen materyallere kıyasla ısı direncini, mekanik özellikleri ve üstün termal nötron ekranlama kabiliyetini önemli ölçüde geliştirmiştir.
Nadir Toprak İlavesi Modu: GD2 (BHC) (H2O) 6, GD (BTC) (H2O) 4 veya GD (BDC) 1.5 (H2O) 2 Gadolinyum içeren, Gadolinyum içeren gözenekli kristal koordinasyon polimeri, koordinasyon polimerizasyonu ile elde edilenGD (NO3) 3 • 6H2O veya GDCL3 • 6H2Ove organik karboksilat ligandı; Gadolinyum bazlı metal organik iskelet malzemesinin büyüklüğü 50nm-2 μ m ； gadolinyum bazlı metal organik iskelet malzemeleri, granüler, çubuk şeklinde veya iğne şekilli şekiller dahil olmak üzere farklı morfolojilere sahiptir.
（4） UygulamaSkandiyumRadyokimya ve nükleer sektörde
Skandiyum metal iyi termal stabilite ve güçlü flor emme performansına sahiptir, bu da onu atom enerji endüstrisinde vazgeçilmez bir malzeme haline getirir.
Anahtar Patent: Çin Havacılık Geliştirme Pekin Havacılık Malzemeleri Enstitüsü, Alüminyum Çinko Magnezyum Scandium Alaşım için Buluş Patent ve Hazırlık Yöntemi
Patent Özet: Alüminyum çinkomagnezyum skandiyum alaşımıve hazırlık yöntemi. Alüminyum çinko magnezyum skandiyum alaşımının kimyasal bileşimi ve ağırlık yüzdesi: Mg%1.0 -2.4, Zn%3.5%5,5, SC%0.04 -0.50, ZR 0.04 -0.35, saflıklar Cu ≤%0.2, Si ≤ 0.35%, Fe 0.05, diğer saflar%0.35, diğer saflıklar, diğer Singe, diğer, diğer, diğer saflar, diğer, diğer, diğer saflar, diğer saflar%0.35, diğer saflıklar, diğer saflıklar, diğer saflar, diğer saflar%0.35% %0.15 ve kalan miktar Al. Bu alüminyum çinko magnezyum skandiyum alaşım malzemesinin mikro yapısı eşittir ve performansı kararlıdır, 400MPa'nın üzerinde nihai gerilme mukavemeti, 350MPA'nın üzerinde bir akma mukavemeti ve kaynaklı eklemler için 370MPa'nın üzerinde bir gerilme mukavemeti ile. Malzeme ürünleri havacılık, nükleer endüstri, ulaşım, spor malzemeleri, silahlar ve diğer alanlarda yapısal unsurlar olarak kullanılabilir.
Üretim Süreci: Adım 1, Yukarıdaki alaşım bileşimine göre bileşen; Adım 2: Eritme fırında 700 ℃ ~ 780 ℃ sıcaklıkta eritin; Adım 3: Tamamen eritilmiş metal sıvıyı hassaslaştırın ve rafinaj sırasında metal sıcaklığını 700 ℃ ~ 750 ℃ aralığında tutun; Adım 4: Rafine edildikten sonra, hareketsiz durmasına tamamen izin verilmelidir; Adım 5: Tamamen ayakta durduktan sonra, dökülmeye başlayın, fırın sıcaklığını 690 ℃ ~ 730 ℃ aralığında tutun ve döküm hızı 15-200mm/dakikadır; Adım 6: Homojenleştirme fırınındaki alaşım ingot üzerinde homojenleştirme tavlama tedavisi, 400 ℃ ~ 470 ℃ homojenleştirme sıcaklığı ile gerçekleştirin; Adım 7: Homojenize edilmiş külçe soyun ve 2.0 mm'den fazla duvar kalınlığına sahip profiller üretmek için sıcak ekstrüzyon yapın. Ekstrüzyon işlemi sırasında kütük 350 ℃ ila 410 ℃ sıcaklıkta tutulmalıdır; Adım 8: 460-480 ℃ çözelti sıcaklığı ile çözelti söndürme işlemi için profili sıkın; Adım 9: 72 saatlik katı çözelti söndürülmesinden sonra, yaşlanmayı manuel olarak zorlayın. Manuel kuvvet yaşlanma sistemi: 90 ~ 110 ℃/24 saat+170 ~ 180 ℃/5 saat veya 90 ~ 110 ℃/24 saat+145 ~ 155 ℃/10 saat.
5 、 Araştırma Özeti
Genel olarak, nadir topraklar nükleer füzyon ve nükleer fisyonda yaygın olarak kullanılır ve X-ışını uyarımı, plazma oluşumu, hafif su reaktörü, transuranyum, uranil ve oksit tozu gibi teknik yönlerde birçok patent düzenine sahiptir. Reaktör malzemelerine gelince, nadir topraklar reaktör yapısal malzemeler ve ilgili seramik yalıtım malzemeleri, kontrol malzemeleri ve nötron radyasyon koruma malzemeleri olarak kullanılabilir.
Gönderme Zamanı: Mayıs-26-2023