1 、 Kodolmateriālu definīcija
Plašā nozīmē kodolmateriāli ir vispārējs termins materiāliem, ko izmanto tikai kodolieroču rūpniecībā un kodolzinātniskajos pētījumos, ieskaitot kodoldegvielu un kodolieroču materiālus, ti, ne kodoldegvielas materiālus.
Parasti atsauce uz kodolmateriāliem galvenokārt attiecas uz materiāliem, ko izmanto dažādās reaktora daļās, kas pazīstamas arī kā reaktora materiāli. Reaktora materiālos ietilpst kodoldegviela, kas tiek veikta kodolieroču skaldīšanā neitronu bombardēšanas laikā, apšuvuma materiāli kodoldegvielas komponentiem, dzesēšanas šķidrumiem, neitronu moderatoriem (moderatoriem), vadības stieņu materiāliem, kas spēcīgi absorbē neitronus, un atstarojošus materiālus, kas novērš neitronu noplūdi ārpus reaktora.
2 、 CO saistīta saistība starp retzemju resursiem un kodol resursiem
Monazīts, ko sauc arī par fosfocerītu un fosfocerītu, ir parasts piederumu minerāls starpposma skābes nederīgos iežos un metamorfos iežos. Monazīts ir viens no galvenajiem retzemju metāla rūdas minerāliem, un tas pastāv arī kādā nogulumiežu klintī. Brūngani sarkana, dzeltena, dažreiz brūngana dzeltena, ar taukainu spīdumu, pilnīgu šķelšanos, MOHS cietību 5–5,5 un īpatnējo smagumu 4,9–5,5.
Dažu retu retu atradņu rūdas minerāls Ķīnā ir monazīts, galvenokārt Tongcheng, Hubei, Yueyang, Hunan, Shangrao, Jiangxi, Menghai, Yunnan un He County, Guangxi. Tomēr retzemju resursu ieguvei retzemju resursiem bieži nav ekonomiskas nozīmes. Vientuļnieki bieži satur refleksīvus torija elementus un ir arī galvenais komerciālā plutonija avots.
3 、 Pārskats par retzemju pielietojumu kodolizturībā un kodoldibenī, pamatojoties uz patentu panorāmas analīzi
Pēc tam, kad retzemju meklēšanas elementu atslēgvārdi ir pilnībā paplašināti, tie tiek apvienoti ar kodoldalīšanos un kodolizturības paplašināšanas taustiņiem un klasifikācijas skaitu, un meklē incopt datu bāzē. Meklēšanas datums ir 2020. gada 24. augusts. 4837 patenti tika iegūti pēc vienkāršas ģimenes apvienošanās, un 4673 patenti tika noteikti pēc mākslīgā trokšņa samazināšanas.
Retu zemes patentu pielietojums kodoldalīšanos vai kodolizturības jomā tiek izplatīts 56 valstīs/reģionos, galvenokārt koncentrēti Japānā, Ķīnā, ASV, Vācijā un Krievijā utt. Ievērojams skaits patentu tiek piemēroti PCT formā, no kuriem ķīniešu patentu tehnoloģija ir palielinājusies, jo īpaši šajā laukā ir palielinājušies.
1. attēls. Tehnoloģiju patentu pielietojuma tendence, kas saistīta ar retzemju pielietojumu kodolieroču dalīšanā un kodolizveidošanā valstīs/reģionos
No tehnisko tēmu analīzes var redzēt, ka retzemju pielietojums kodolieroču un kodolizplatīšanas laikā koncentrējas uz degvielas elementiem, scintilatoriem, radiācijas detektoriem, aktinīdiem, plazmām, kodolreaktoriem, vairoga materiāliem, neitronu absorbciju un citiem tehniskiem virzieniem.
4 、 Kodolmateriālu retzemju elementu īpašas lietojumprogrammas un galvenie retzemju elementu patentu pētījumi
Starp tiem kodolizturības un kodolizplatīšanas reakcijas kodolmateriālos ir intensīvas, un materiālu prasības ir stingras. Pašlaik jaudas reaktori galvenokārt ir kodola skaldīšanas reaktori, un saplūšanas reaktorus var popularizēt plašā mērogā pēc 50 gadiem. Pielietojumsretzemeelementi reaktora strukturālajos materiālos; Īpašos kodola ķīmiskajos laukos retzemju elementi galvenokārt tiek izmantoti vadības stieņos; Turklāt,skandijsir izmantots arī radioķīmijā un kodolieroodā.
（1） kā degošs inde vai vadības stienis, lai pielāgotu neitronu līmeni un kodolreaktora kritisko stāvokli
Jaudas reaktoros jauno serdeņu sākotnējā atlikušā reaktivitāte parasti ir salīdzinoši augsta. Īpaši pirmā degvielas uzpildes cikla sākumposmā, kad visa kodoldegviela kodolā ir jauna, atlikušā reaktivitāte ir visaugstākā. Šajā brīdī, paļaujoties tikai uz kontroles stieņu palielināšanu, lai kompensētu atlikušo reaktivitāti, radītu vairāk vadības stieņu. Katrs vadības stienis (vai stieņa saišķis) atbilst sarežģīta braukšanas mehānisma ieviešanai. No vienas puses, tas palielina izmaksas, un, no otras puses, caurumu atvēršana spiediena tvertnes galvā var izraisīt strukturālās izturības samazināšanos. Tas ir ne tikai neekonomisks, bet arī nav atļauts noteikt zināmu porainības un strukturālās izturības daudzumu uz spiediena tvertnes galvas. Tomēr, nepalielinot vadības stieņus, ir jāpalielina ķīmisko kompensējošo toksīnu (piemēram, borskābes) koncentrācija, lai kompensētu atlikušo reaktivitāti. Šajā gadījumā bora koncentrācijai ir viegli pārsniegt slieksni, un moderatora temperatūras koeficients kļūs pozitīvs.
Lai izvairītos no iepriekšminētajām problēmām, kontrolei parasti var izmantot degošu toksīnu, vadības stieņu un ķīmiskās kompensācijas kontroles kombināciju.
（2） Kā palīgviela, lai uzlabotu reaktora strukturālo materiālu veiktspēju
Reaktoriem ir nepieciešami strukturālie komponenti un degvielas elementi, lai būtu noteikts stiprības līmenis, izturība pret koroziju un augstu termisko stabilitāti, vienlaikus neļaujot skaldīšanas produktiem iekļūt dzesēšanas šķidrumā.
1) .rare Earth Steel
Kodolreaktoram ir ārkārtīgi fizikāli un ķīmiski apstākļi, un katram reaktora sastāvdaļai ir arī augstas prasības attiecībā uz izmantoto īpašo tēraudu. Retzemju elementiem ir īpaša modifikācijas ietekme uz tēraudu, galvenokārt iekļaujot attīrīšanu, metamorfismu, mikroalloying un korozijas izturības uzlabošanu. Retu zemi, kas satur tēraudus, tiek plaši izmantoti arī kodolreaktoros.
① Attīrīšanas efekts: esošie pētījumi parādīja, ka retzemju līmenim ir laba attīrīšanas ietekme uz izkausēto tēraudu augstā temperatūrā. Tas notiek tāpēc, ka retzemju retzemju var reaģēt ar tādiem kaitīgiem elementiem kā skābeklis un sēra izkausētā tērauda, lai radītu augstas temperatūras savienojumus. Augstas temperatūras savienojumus var izgulsnēt un izrakstīt ieslēgumu veidā pirms izkusušo tērauda kondensācijas, tādējādi samazinot piemaisījumu saturu izkausētā tērauda gadījumā.
② Metamorfisms: No otras puses, oksīdi, sulfīdi vai oksisulfīdi, ko rada retzemju reakcija izkausētā tērauda ar kaitīgiem elementiem, piemēram, skābekli un sēru Šos ieslēgumus var izmantot kā neviendabīgus kodolizācijas centrus izkausētā tērauda sacietēšanas laikā, tādējādi uzlabojot tērauda formu un struktūru.
③ Mikro novērtēšana: ja retzemju pievienošana vēl vairāk palielinās, atlikušā retzeme tiks izšķīdināta tērauda izšķīdināšanā pēc iepriekšminētās attīrīšanas un metamorfisma pabeigšanas. Tā kā retzemju atomu rādiuss ir lielāks nekā dzelzs atoma, retzemei ir augstāka virsmas aktivitāte. Izkausētā tērauda sacietēšanas procesā retzemju elementi tiek bagātināti pie graudu robežas, kas var labāk samazināt piemaisījumu elementu atdalīšanu pie graudu robežas, tādējādi stiprinot cieto šķīdumu un spēlējot mikroalloying lomu. No otras puses, sakarā ar retzemju ūdeņraža uzglabāšanas īpašībām tie var absorbēt ūdeņradi tērauda ūdeņradī, tādējādi efektīvi uzlabojot tērauda ūdeņraža fenomenu.
④ Korozijas izturības uzlabošana: retzemju elementu pievienošana var arī uzlabot tērauda izturību pret koroziju. Tas notiek tāpēc, ka retzemju retzemju ir lielāks paškorozijas potenciāls nekā nerūsējošajam tēraudam. Tāpēc retu zemes pievienošana var palielināt nerūsējošā tērauda paškorozijas potenciālu, tādējādi uzlabojot tērauda stabilitāti korozīvā vidē.
2). Galvenais patentu pētījums
Galvenais patents: oksīda izkliedes izgudrojuma patents pastiprināja zemu aktivizācijas tēraudu un tā sagatavošanas metodi, ko veica Metālu institūts, Ķīnas Zinātņu akadēmija
Patents abstrakts: ar oksīdu izkliedi pastiprināts zemas aktivizācijas tērauds, kas piemērots saplūšanas reaktoriem, un tā sagatavošanas metode, kas raksturota ar to, ka sakausējuma elementu procentuālais daudzums zemās aktivizācijas tērauda kopējā masā ir: matrica ir Fe, 0,08% ≤ C ≤ 0,15%, 8,0% ≤ cr ≤ V ≤ V ≤ 0,03%, 0,55%, 0,1% ≤ V ≤ V ≤ V ≤ 0,3%, 0,55%, 0,1% ≤ V ≤ V ≤ ≤ V ≤ 0,3%, W ≤ 1,55%, 0,1%, 0,1% ≤ V ≤ TA ≤ 0,2%, 0,1 ≤ mn ≤ 0,6%un 0,05%≤ y2O3 ≤ 0,5%.
Ražošanas process: Fe-CR-WV-TA-MN mātes sakausējuma kausēšana, pulvera atomizācija, mātes sakausējuma augstas enerģijas bumbiņas malšana unY2O3 nanodaļiņasSajaukts pulveris, pulvera apņemšana ekstrakcija, sacietēšanas formēšana, karstā ritēšana un termiskā apstrāde.
Retzemju pievienošanas metode: pievienojiet nanoscaleY2O3Daļiņas vecāku sakausējuma atomizētu pulveri augstas enerģijas lodīšu malšanai, lodīšu frēzēšanas vide ir φ 6 un φ 10 sajauktas cietā tērauda bumbiņas ar bumbiņas frēzēšanas atmosfēru 99,99% argona gāzes, lodīšu materiāla masas koeficientu (8-10): 1, bumbiņas frēzēšanas laiks 40-70 stundu laikā un rotācijas ātrums 350-500 R/min.
3） izmantots, lai izgatavotu neitronu starojuma aizsardzības materiālus
① Neitronu radiācijas aizsardzības princips
Neitroni ir atomu kodolu sastāvdaļas ar statisko masu 1,675 × 10-27 kg, kas ir 1838 reizes lielāka par elektronisko masu. Tā rādiuss ir aptuveni 0,8 × 10-15 m, pēc izmēra līdzīga protonam, līdzīgi kā γ stari ir vienādi neuzlādēti. Kad neitroni mijiedarbojas ar matēriju, tie galvenokārt mijiedarbojas ar kodola spēkiem kodola iekšpusē un nesadarbojas ar elektroniem ārējā apvalkā.
Strauji attīstoties kodolenerģijai un kodolreaktoru tehnoloģijai, arvien lielāka uzmanība tiek pievērsta kodolradiācijas drošībai un kodolgarojuma aizsardzībai. Lai stiprinātu aizsardzību pret radiāciju operatoriem, kuri ilgu laiku nodarbojas ar radiācijas aprīkojuma uzturēšanu un negadījumu glābšanu, ir liela zinātniska nozīme un ekonomiska vērtība, lai izstrādātu vieglu ekranējošu kompozītmateriālus aizsargājošam apģērbam. Neitronu starojums ir vissvarīgākā kodolreaktora starojuma sastāvdaļa. Parasti lielākā daļa neitronu tiešā saskarē ar cilvēkiem ir palēnināti līdz zemas enerģijas neitroniem pēc strukturālo materiālu neitronu ekranēšanas efekta kodolreaktorā. Zema enerģijas neitroni saduras ar kodoliem ar zemāku atomu skaitu elastīgi un turpinās vadīt. Moderētus termiskos neitronus absorbē elementi ar lielākiem neitronu absorbcijas šķērsgriezumiem, un visbeidzot tiks panākta neitronu ekranēšana.
② Galvenais patentu pētījums
Porainās un organiskās inorganiskās hibrīdu īpašībasretzemju elementsgadolīnijsbalstīti metāla organiskā skeleta materiāli palielina to savietojamību ar polietilēnu, veicinot sintezēto kompozītmateriālu materiālus, lai būtu lielāks gadolīnija saturs un gadolīnija izkliede. Augsts gadolīnija saturs un izkliede tieši ietekmēs kompozītmateriālu neitronu ekranēšanas veiktspēju.
Galvenais patents: Hefei materiālo zinātnes institūts, Ķīnas Zinātņu akadēmija, uz Gadolinium balstīta organiskā ietvara kompozītu ekranēšanas materiāla un tā sagatavošanas metodes izgudrojuma patents un tā sagatavošanas metode
Patentu abstrakts: uz gadolīniju bāzes metāla organiskā skeleta kompozītu ekranēšanas materiāls ir kompozītmateriāla, ko veido sajaukšanagadolīnijsbalstīts metāla organiskais skeleta materiāls ar polietilēnu svara attiecībā 2: 1: 10 un veidojot to, iztvaikojot šķīdinātāju vai karstu presēšanu. Gadolīnijā bāzes metāla organiskā skeleta kompozītu ekranēšanas materiāliem ir augsta termiskā stabilitāte un termiskā neitronu ekranēšanas spēja.
Ražošanas process: izvēloties atšķirīgugadolīnija metālsSāļi un organiskie ligandi, lai sagatavotu un sintezētu dažāda veida uz gadolīniju bāzes metāla organiskā skeleta materiālus, mazgājot tos ar mazām metanola, etanola vai ūdens molekulām, centrifugējot, un aktivizējot tos augstā temperatūrā vakuuma apstākļos, lai pilnībā noņemtu atlikušās izejvielas no metāla organiskiem materiāliem, kas balstīti uz daļām. Gadolīnijā balstītā organometāla skeleta materiālā, kas sagatavots pakāpē, maisa ar polietilēna losjonu ar lielu ātrumu vai ultrasoniski, vai arī uz gadolīniju bāzes organometāliskā skeleta materiāla, kas sagatavots pakāpeniski, tiek sajaukts ar īpaši augstu molekulmasas polietilēnu augstā temperatūrā, līdz pilnībā sajauc; Ievietojiet vienveidīgi jauktu uz gadolīniju bāzes metāla organiskā skeleta materiālu/polietilēna maisījumu veidnē un iegūstiet veidotu uz gadolīniju bāzes metāla organiskā skeleta kompozītmateriāla vairoga materiālu, žāvējot, lai veicinātu šķīdinātāja iztvaikošanu vai karstu presēšanu; Sagatavotajam uz gadolīniju bāzes metāla organiskā skeleta kompozītmateriālu ekranēšanas materiālam ir ievērojami uzlabota siltuma izturība, mehāniskās īpašības un augstākā termiskā neitronu ekranēšanas spēja, salīdzinot ar tīriem polietilēna materiāliem.
Rare earth addition mode: Gd2 (BHC) (H2O) 6, Gd (BTC) (H2O) 4 or Gd (BDC) 1.5 (H2O) 2 porous crystalline coordination polymer containing gadolinium, which is obtained by coordination polymerization ofGD (NO3) 3 • 6H2O vai GDCL3 • 6H2Oun organiskais karboksilāta ligands; Uz gadolīnija bāzes metāla organiskā skeleta materiāla lielums ir 50nm-2 μm ； uz gadolīnija bāzes metāla organiskā skeleta materiāliem ir dažādas morfoloģijas, ieskaitot granulas, stieņa formas vai adatas formas formas.
（4）SkandijsRadioķīmijā un kodolieroodā
Skandija metālam ir laba termiskā stabilitāte un spēcīga fluora absorbcijas veiktspēja, padarot to par neaizstājamu materiālu atomenerģijas nozarē.
Galvenais patents: Ķīnas kosmiskās aviācijas attīstība Pekinas aeronavigācijas materiālu institūts, izgudrojuma patents alumīnija cinka magnija skandija sakausējumam un tā sagatavošanas metode
Patenta kopsavilkums: alumīnija cinksmagnija skandija sakausējumsun tās sagatavošanas metode. Alumīnija cinka magnija scandija sakausējuma ķīmiskais sastāvs un svara procents ir: mg 1,0%-2,4%, Zn 3,5%-5,5%, SC 0,04%-0,50%, zr 0,04%-0,35%, impulācijas Cu ≤ 0,2%, Si ≤ 0,35%, Fe ≤ 0,4%, citi impērijas vienas ≤ 0,35%, FE ≤ 0,4%, citi impērijas vienas ≤ 0,35%, Impurities ≤ 0,4%, citu impēriju vienas ≤ 0,35%, Impurities ≤ 0,4%, citi impērijas vienas ≤ 0,05%, Impurities ≤ 0,4%, citi impērijas vienas ≤ 0,05%, Impurities ≤ 0,4%≤ 0,4%≤ 0,0 0,15%, un atlikušā summa ir al. Šī alumīnija cinka magnija skandija sakausējuma materiāla mikrostruktūra ir vienveidīga, un tā veiktspēja ir stabila, ar galīgo stiepes izturību pārsniedz 400MPA, ražas stiprumu virs 350MPA un stiepes izturību virs 370MPa metinātām savienojumiem. Materiālos izstrādājumus var izmantot kā strukturālus elementus kosmiskajā kosmosā, kodolieročos, transportēšanai, sporta precēm, ieročiem un citām jomām.
Ražošanas process: 1. solis, sastāvdaļa saskaņā ar iepriekš minēto sakausējuma sastāvu; 2. solis: izkausē kausēšanas krāsnī 700 ℃ ~ 780 ℃ temperatūrā; 3. solis: uzlabojiet pilnībā izkausēto metāla šķidrumu un rafinēšanas laikā saglabājiet metāla temperatūru diapazonā no 700 ℃ ~ 750 ℃; 4. solis: Pēc pilnveidošanas tai pilnībā jāļauj nekustēties; 5. solis: Pēc pilnīgas stāvēšanas sāciet liešanu, uzturiet krāsns temperatūru diapazonā no 690 ℃ ~ 730 ℃, un liešanas ātrums ir 15-200 mm/minūtē; 6. solis: veiciet homogenizācijas atkvēlināšanas apstrādi uz sakausējuma lietošanas apkures krāsnī ar homogenizācijas temperatūru 400 ℃ ~ 470 ℃; 7. solis: nomizojiet homogenizētu lietošanos un veiciet karstu ekstrūziju, lai iegūtu profilus ar sienas biezumu virs 2,0 mm. Ekstrūzijas procesa laikā sagatave jāuztur temperatūrā no 350 ℃ līdz 410 ℃; 8. solis: izspiediet profilu šķīduma rūdīšanas apstrādei ar šķīduma temperatūru 460–480 ℃; 9. solis: pēc 72 stundu cieta šķīduma slāpēšanas, manuāli piespiežot novecošanos. Manuālā spēka novecošanās sistēma ir: 90 ~ 110 ℃/24 stundas+170 ~ 180 ℃/5 stundas vai 90 ~ 110 ℃/24 stundas+145 ~ 155 ℃/10 stundas.
5 、 Pētījuma kopsavilkums
Kopumā retās zemes tiek plaši izmantotas kodola saplūšanā un kodolieročos, un tām ir daudz patentu izkārtojumu tādos tehniskos virzienos kā rentgenstaru ierosme, plazmas veidošanās, viegla ūdens reaktors, transurāns, uranilgrupa un oksīda pulveris. Runājot par reaktora materiāliem, retzemju var izmantot kā reaktora strukturālos materiālus un ar to saistītos keramikas izolācijas materiālus, vadības materiālus un neitronu starojuma aizsardzības materiālus.
Pasta laiks: maijs-26-2023