1, Yadroviy materiallar ta'rifi
Keng ma'noda yadroviy material faqat yadro sanoati va yadroviy ilmiy tadqiqotlarda ishlatiladigan materiallar, shu jumladan yadro yoqilg'isi va yadroviy muhandislik materiallari, ya'ni yadroviy bo'lmagan yoqilg'i materiallari uchun umumiy atamadir.
Odatda yadroviy materiallar deb ataladigan narsalar asosan reaktorning turli qismlarida ishlatiladigan materiallarga tegishli bo'lib, ular reaktor materiallari deb ham ataladi. Reaktor materiallariga neytron bombardimoni ostida yadro parchalanishiga uchragan yadro yoqilg'isi, yadro yoqilg'isi komponentlari uchun qoplama materiallari, sovutgichlar, neytron moderatorlari (moderatorlar), neytronlarni kuchli singdiruvchi boshqaruv tayog'i materiallari va reaktordan tashqarida neytronlarning oqib chiqishini oldini oluvchi aks ettiruvchi materiallar kiradi.
2, noyob yer resurslari va yadro resurslari o'rtasidagi hamkorlik aloqasi
Monazit, shuningdek, fosfoserit va fosfoserit deb ataladi, oraliq kislotali magmatik jins va metamorfik jinslarda keng tarqalgan yordamchi mineraldir. Monazit nodir tuproq metallari rudasining asosiy minerallaridan biri bo'lib, ba'zi cho'kindi jinslarda ham mavjud. Jigarrang qizil, sariq, ba'zan jigarrang sariq, yog'li yaltiroq, to'liq yorilish, Mohs qattiqligi 5-5,5, solishtirma og'irligi 4,9-5,5.
Xitoydagi ba'zi leyksel tipidagi noyob tuproq konlarining asosiy rudali minerali monazit bo'lib, asosan Tongcheng, Xubey, Yueyang, Hunan, Shangrao, Jiangxi, Menghai, Yunnan va Xe okrugida, Guangxida joylashgan. Biroq, plaser tipidagi noyob er resurslarini qazib olish ko'pincha iqtisodiy ahamiyatga ega emas. Yakka toshlar ko'pincha refleksli toriy elementlarini o'z ichiga oladi va shuningdek, tijorat plutoniyining asosiy manbai hisoblanadi.
3, Patentli panoramali tahlil asosida yadroviy sintez va yadro parchalanishida noyob tuproqni qo'llash haqida umumiy ma'lumot
Noyob tuproqni qidirish elementlarining kalit so'zlari to'liq kengaytirilgandan so'ng, ular yadro bo'linishi va yadro sintezining kengaytirish kalitlari va tasnif raqamlari bilan birlashtiriladi va Incopt ma'lumotlar bazasida qidiriladi. Qidiruv sanasi 2020-yil 24-avgust. 4837 ta patent oddiy oila birlashmasidan so‘ng olingan, 4673 ta patent esa sun’iy shovqinni kamaytirishdan so‘ng aniqlangan.
Yadroviy parchalanish yoki yadroviy sintez sohasida noyob tuproq patentiga arizalar asosan Yaponiya, Xitoy, AQSh, Germaniya va Rossiyada jamlangan 56 mamlakat/mintaqada tarqatiladi. Patentlarning katta qismi PCT shaklida qo'llaniladi. , ulardan Xitoy patent texnologiyasi talablari ortib bormoqda, ayniqsa 2009 yildan beri tez o'sish bosqichiga kirmoqda va Yaponiya, Amerika Qo'shma Shtatlari va Rossiya ko'pchilik uchun ushbu sohada tartibni davom ettirmoqda. yillar (1-rasm).
1-rasm. Mamlakatlar/mintaqalarda yadroviy parchalanish va yadroviy sintezda noyob tuproqni qo'llash bilan bog'liq texnologiya patentlarini qo'llash tendentsiyasi
Texnik mavzularni tahlil qilishdan ko'rinib turibdiki, noyob tuproqni yadro sintezi va yadro parchalanishida qo'llash yonilg'i elementlari, sintillyatorlar, radiatsiya detektorlari, aktinidlar, plazmalar, yadro reaktorlari, ekranlash materiallari, neytronlarni yutish va boshqa texnik yo'nalishlarga qaratilgan.
4, Yadroviy materiallarda noyob yer elementlarining maxsus ilovalari va asosiy patent tadqiqotlari
Ular orasida yadroviy materiallarda yadro sintezi va yadro parchalanish reaktsiyalari intensiv bo'lib, materiallarga qo'yiladigan talablar qat'iydir. Hozirgi vaqtda energiya reaktorlari asosan yadroviy bo'linish reaktorlari bo'lib, termoyadroviy reaktorlar 50 yildan keyin keng miqyosda ommalashishi mumkin. ning qo'llanilishinoyob tuproqreaktor konstruksiya materiallaridagi elementlar; Muayyan yadroviy kimyoviy sohalarda nodir tuproq elementlari asosan nazorat tayoqlarida qo'llaniladi; Bunga qo'chimcha,skandiumradiokimyo va yadro sanoatida ham qo'llanilgan.
（1） Neytron darajasini va yadroviy reaktorning kritik holatini sozlash uchun yonuvchan zahar yoki nazorat tayog'i sifatida
Quvvatli reaktorlarda yangi yadrolarning dastlabki qoldiq reaktivligi odatda nisbatan yuqori. Ayniqsa, birinchi yoqilg'i quyish davrining dastlabki bosqichlarida, yadrodagi barcha yadro yoqilg'isi yangi bo'lsa, qolgan reaktivlik eng yuqori bo'ladi. Shu nuqtada, qoldiq reaktivlikni qoplash uchun faqat ortib borayotgan nazorat novdalariga tayanish ko'proq nazorat tayoqlarini joriy qiladi. Har bir boshqaruv tayog'i (yoki rod to'plami) murakkab haydash mexanizmini joriy etishga mos keladi. Bir tomondan, bu xarajatlarni oshiradi, boshqa tomondan, bosimli idishning boshidagi teshiklarni ochish strukturaviy quvvatning pasayishiga olib kelishi mumkin. Bu nafaqat tejamkor emas, balki bosimli idishning boshida ma'lum miqdorda porozlik va strukturaviy quvvatga ega bo'lishiga ham yo'l qo'yilmaydi. Biroq, nazorat tayoqchalarini ko'paytirmasdan, qolgan reaktivlikni qoplash uchun kimyoviy kompensatsiya qiluvchi toksinlar (masalan, borik kislotasi) kontsentratsiyasini oshirish kerak. Bunday holda, bor konsentratsiyasi chegaradan oshib ketishi oson va moderatorning harorat koeffitsienti ijobiy bo'ladi.
Yuqorida aytib o'tilgan muammolarni oldini olish uchun odatda nazorat qilish uchun yonuvchi toksinlar, nazorat tayoqchalari va kimyoviy kompensatsiya nazorati kombinatsiyasidan foydalanish mumkin.
（2） Reaktor konstruktiv materiallarining ish faoliyatini yaxshilash uchun qo'shimcha sifatida
Reaktorlar strukturaviy komponentlar va yonilg'i elementlarining ma'lum darajada mustahkamligi, korroziyaga chidamliligi va yuqori termal barqarorlikka ega bo'lishini talab qiladi, shu bilan birga parchalanish mahsulotlarining sovutish suviga kirishiga yo'l qo'ymaydi.
1) .Nodir tuproqli po'lat
Yadro reaktori ekstremal fizik va kimyoviy sharoitlarga ega va reaktorning har bir komponenti ishlatiladigan maxsus po'lat uchun ham yuqori talablarga ega. Noyob tuproq elementlari po'latga maxsus modifikatsion ta'sir ko'rsatadi, xususan, tozalash, metamorfizm, mikroqotishma va korroziyaga chidamliligini yaxshilash. Noyob tuproqli po'latlar yadroviy reaktorlarda ham keng qo'llaniladi.
① Tozalash effekti: Mavjud tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, noyob erlar yuqori haroratlarda erigan po'latni yaxshi tozalash ta'siriga ega. Buning sababi shundaki, noyob tuproqlar eritilgan po'latdagi kislorod va oltingugurt kabi zararli elementlar bilan reaksiyaga kirishib, yuqori haroratli birikmalar hosil qilishi mumkin. Yuqori haroratli birikmalar erigan po'latning kondensatsiyasidan oldin cho'kindi va qo'shimchalar shaklida bo'shatilishi mumkin, shu bilan eritilgan po'latdagi nopoklik miqdorini kamaytiradi.
② Metamorfizm: boshqa tomondan, eritilgan po'latdagi noyob tuproqning kislorod va oltingugurt kabi zararli elementlar bilan reaktsiyasi natijasida hosil bo'lgan oksidlar, sulfidlar yoki oksisulfidlar eritilgan po'latda qisman saqlanishi va yuqori erish nuqtasiga ega bo'lgan po'latning qo'shimchalariga aylanishi mumkin. . Ushbu qo'shimchalar erigan po'latning qotib qolishi paytida heterojen yadro markazlari sifatida ishlatilishi mumkin, bu esa po'latning shakli va tuzilishini yaxshilaydi.
③ Mikroqotishma: agar noyob tuproq qo'shilishi yanada oshirilsa, yuqoridagi tozalash va metamorfizm tugagandan so'ng qolgan noyob tuproq po'latda eriydi. Noyob tuproqning atom radiusi temir atomidan kattaroq bo'lgani uchun, noyob tuproq yuqori sirt faolligiga ega. Eritilgan po'latning qotib qolish jarayonida nodir tuproq elementlari don chegarasida boyitiladi, bu don chegarasida nopoklik elementlarini ajratishni yaxshiroq kamaytirishi mumkin, shu bilan qattiq eritmani mustahkamlaydi va mikroqotishma rolini o'ynaydi. Boshqa tomondan, noyob tuproqlarning vodorodni saqlash xususiyatlari tufayli ular po'latdagi vodorodni o'zlashtirishi mumkin va shu bilan po'latning vodorod mo'rtlashuvi fenomenini samarali ravishda yaxshilaydi.
④ Korroziyaga chidamliligini oshirish: Nodir tuproq elementlarining qo'shilishi po'latning korroziyaga chidamliligini ham oshirishi mumkin. Buning sababi shundaki, noyob tuproqlar zanglamaydigan po'latdan ko'ra yuqori o'z-o'zidan korroziyaga ega. Shu sababli, noyob tuproqlarning qo'shilishi zanglamaydigan po'latdan o'z-o'zidan korroziya potentsialini oshirishi mumkin va shu bilan korroziy muhitda po'latning barqarorligini oshiradi.
2). Asosiy patent tadqiqoti
Asosiy patent: Xitoy Fanlar akademiyasi Metallar instituti tomonidan mustahkamlangan past faollashtirilgan po'lat va uni tayyorlash usuli oksidi dispersiyasining ixtiro patenti
Patent xulosasi: termoyadroviy reaktorlar uchun mos oksidli dispersiyali mustahkamlangan past faollashtirilgan po'lat va uni tayyorlash usuli taqdim etilgan bo'lib, u past faollashtirilgan po'latning umumiy massasida qotishma elementlarning ulushi: matritsa 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% va 0,05% ≤ Y2O3.
Ishlab chiqarish jarayoni: Fe-Cr-WV-Ta-Mn ona qotishmasini eritish, changni atomizatsiya qilish, ona qotishmasini yuqori energiyali balli frezalash vaY2O3 nanozarrachaaralash kukun, changni o'rab olish, qotish qoliplash, issiq haddeleme va issiqlik bilan ishlov berish.
Noyob tuproqni qo'shish usuli: nano o'lchovni qo'shingY2O3yuqori energiyali sharlarni frezalash uchun asosiy qotishmaga zarrachalar atomizatsiyalangan kukun, sharli frezalash vositasi P 6 va PH 10 aralash qattiq po'lat sharlar, sharli frezalash atmosferasi 99,99% argon gazi, shar materialining massa nisbati (8-). 10): 1, sharni frezalash vaqti 40-70 soat va aylanish tezligi 350-500 r / min.
3）.Neytron nurlanishidan himoya qiluvchi materiallarni tayyorlash uchun ishlatiladi
① Neytron nurlanishidan himoya qilish printsipi
Neytronlar atom yadrolarining tarkibiy qismlari bo'lib, statik massasi 1,675 × 10-27 kg, bu elektron massadan 1838 marta ko'pdir. Uning radiusi taxminan 0,8 × 10-15 m, hajmi bo'yicha protonga o'xshaydi, g nurlari teng zaryadsizdir. Neytronlar moddalar bilan o'zaro ta'sirlashganda, ular asosan yadro ichidagi yadro kuchlari bilan o'zaro ta'sir qiladi va tashqi qobiqdagi elektronlar bilan o'zaro ta'sir qilmaydi.
Yadro energetikasi va yadro reaktor texnologiyasining jadal rivojlanishi bilan yadroviy radiatsiya xavfsizligi va yadroviy radiatsiyaviy himoyaga tobora ko'proq e'tibor qaratilmoqda. Uzoq vaqt davomida radiatsiyaviy asbob-uskunalarga texnik xizmat ko'rsatish va avariyadan qutqarish bilan shug'ullanadigan operatorlarning radiatsiyaviy himoyasini kuchaytirish maqsadida himoya kiyimlari uchun engil himoya qiluvchi kompozitlarni ishlab chiqish katta ilmiy ahamiyatga ega va iqtisodiy ahamiyatga ega. Neytron nurlanishi yadroviy reaktor nurlanishining eng muhim qismidir. Odatda, odamlar bilan bevosita aloqada bo'lgan neytronlarning ko'pchiligi yadroviy reaktor ichidagi strukturaviy materiallarning neytronni himoya qilish ta'siridan keyin past energiyali neytronlarga sekinlashdi. Kam energiyali neytronlar kamroq atom raqami bo'lgan yadrolar bilan elastik ravishda to'qnashadi va moderatsiyani davom ettiradi. Mo''tadil termal neytronlar neytronni yutish kesimlari kattaroq elementlar tomonidan so'riladi va nihoyat neytron ekranlanishiga erishiladi.
② Asosiy patent tadqiqoti
ning g'ovak va organik-noorganik gibrid xossalarinoyob yer elementigadoliniyasosidagi metall organik skelet materiallari polietilen bilan mosligini oshiradi, sintez qilingan kompozit materiallarni yuqori gadoliniy tarkibiga va gadoliniy dispersiyasiga ega bo'lishiga yordam beradi. Yuqori gadoliniy miqdori va dispersiyasi kompozit materiallarning neytronlarni himoya qilish ko'rsatkichlariga bevosita ta'sir qiladi.
Asosiy patent: Xefey Materialshunoslik instituti, Xitoy Fanlar akademiyasi, gadoliniy asosidagi organik ramka kompozit ekranlovchi materialning ixtiro patenti va uni tayyorlash usuli
Patent xulosasi: Gadoliniy asosidagi metall organik skeletning kompozit ekranlovchi materiali aralashtirish natijasida hosil bo'lgan kompozitsion materialdir.gadoliniy2:1:10 og'irlik nisbatida polietilen bo'lgan va erituvchini bug'lash yoki issiq presslash orqali hosil qiluvchi asosli metall organik skelet materiali. Gadoliniy asosidagi metall organik skelet kompozit ekranlash materiallari yuqori termal barqarorlik va termal neytronni himoya qilish qobiliyatiga ega.
Ishlab chiqarish jarayoni: boshqasini tanlashgadoliniy metalltuzlar va organik ligandlar har xil turdagi gadoliniy asosidagi metall organik skelet materiallarini tayyorlash va sintez qilish, ularni metanol, etanol yoki suvning kichik molekulalari bilan santrifüjlash yo'li bilan yuvish va reaksiyaga kirmagan qoldiq xom ashyoni to'liq olib tashlash uchun ularni vakuum sharoitida yuqori haroratda faollashtirish. gadoliniy asosidagi metall organik skelet materiallarining teshiklarida; Bosqichda tayyorlangan gadoliniy asosidagi metall organometall skelet materiali polietilen loson bilan yuqori tezlikda yoki ultratovush bilan aralashtiriladi yoki bosqichda tayyorlangan gadoliniy asosidagi metall organometall skelet materiali to'liq aralashtirilgunga qadar yuqori haroratda ultra yuqori molekulyar og'irlikdagi polietilen bilan eritiladi; Bir xil aralashtirilgan gadoliniy asosidagi metall organik skelet materiali / polietilen aralashmasini qolipga joylashtiring va erituvchining bug'lanishini yoki issiq presslashni rag'batlantirish uchun quritish yo'li bilan hosil bo'lgan gadoliniy asosidagi metall organik skelet kompozit ekranlovchi materialini oling; Tayyorlangan gadoliniy asosidagi metall organik skelet kompozit ekranlovchi materiali sof polietilen materiallarga nisbatan issiqlikka chidamlilik, mexanik xususiyatlar va yuqori termal neytronlarni himoya qilish qobiliyatini sezilarli darajada yaxshilagan.
Noyob tuproq qo'shilish rejimi: Gd2 (BHC) (H2O) 6, Gd (BTC) (H2O) 4 yoki Gd (BDC) 1,5 (H2O) 2 gadoliniyni koordinatsion polimerizatsiya qilish natijasida olingan g'ovakli kristalli koordinatsion polimerGd (NO3) 3 • 6H2O yoki GdCl3 • 6H2Ova organik karboksilat ligand; Gadoliniy asosidagi metall organik skelet materialining o'lchami 50nm-2 m m； Gadoliniy asosidagi metall organik skelet materiallari turli morfologiyalarga ega, shu jumladan donador, novda yoki igna shaklidagi shakllar.
（4） ning qo'llanilishiSkandiyradiokimyo va yadro sanoatida
Skandiy metall yaxshi termal barqarorlikka va kuchli ftorni singdirish ko'rsatkichlariga ega, bu uni atom energiyasi sanoatida ajralmas materialga aylantiradi.
Asosiy patent: Xitoy Aerokosmik taraqqiyoti Pekin Aeronavtika materiallari instituti, alyuminiy sink magniy skandiy qotishmasi uchun ixtiro patenti va uni tayyorlash usuli
Patent xulosasi: alyuminiy sinkmagniy skandiy qotishmasiva uni tayyorlash usuli. Alyuminiy rux magniy skandiy qotishmasining kimyoviy tarkibi va og'irlik ulushi: Mg 1,0% -2,4%, Zn 3,5% -5,5%, Sc 0,04% -0,50%, Zr 0,04% -0,35%, Cu ≤ 0,2% aralashmalar, Si ≤ 0,35%, Fe ≤ 0,4%, boshqalar aralashmalar bitta ≤ 0,05%, boshqa aralashmalar jami ≤ 0,15%, qolgan miqdori esa Al. Ushbu alyuminiy sink magniy skandiyli qotishma materialining mikro tuzilishi bir xil va uning ishlashi barqaror bo'lib, 400MPa dan yuqori cho'zilish kuchi, 350MPa dan ortiq oqim kuchi va payvandlangan bo'g'inlar uchun 370MPa dan ortiq kuchlanish kuchi bilan. Materiallar aerokosmik, atom sanoati, transport, sport tovarlari, qurol-yarog' va boshqa sohalarda tarkibiy elementlar sifatida ishlatilishi mumkin.
Ishlab chiqarish jarayoni: 1-bosqich, yuqoridagi qotishma tarkibiga muvofiq ingredient; 2-qadam: eritish pechida 700 ℃ ~ 780 ℃ haroratda eritiladi; 3-qadam: To'liq eritilgan metall suyuqlikni tozalang va tozalash jarayonida metall haroratini 700 ℃ ~ 750 ℃ oralig'ida saqlang; 4-qadam: Qayta ishlashdan keyin uni to'liq turishga ruxsat berish kerak; 5-qadam: To'liq tik turgandan so'ng, quyishni boshlang, o'choq haroratini 690 ℃ ~ 730 ℃ oralig'ida saqlang va quyish tezligi 15-200 mm / daqiqa; 6-qadam: Gomogenlash harorati 400 ℃ ~ 470 ℃ bo'lgan isitish pechida qotishma ingotida gomogenizatsiyani yumshatish jarayonini bajaring; 7-qadam: Gomogenlangan ingotni tozalang va devor qalinligi 2,0 mm dan ortiq bo'lgan profillarni ishlab chiqarish uchun issiq ekstruziyani bajaring. Ekstruziya jarayonida ignabargli 350 ℃ dan 410 ℃ gacha bo'lgan haroratda saqlanishi kerak; 8-qadam: eritma harorati 460-480 ℃ bo'lgan eritmani söndürme bilan ishlov berish uchun profilni siqib chiqaring; 9-qadam: 72 soatlik qattiq eritmani o'chirishdan so'ng, qo'lda qarishni majburlang. Qo'lda kuch bilan qarish tizimi: 90 ~ 110 ℃ / 24 soat + 170 ~ 180 ℃ / 5 soat yoki 90 ~ 110 ℃ / 24 soat + 145 ~ 155 ℃ / 10 soat.
5, tadqiqot xulosasi
Umuman olganda, noyob erlar yadroviy sintez va yadro parchalanishida keng qo'llaniladi va rentgen nurlari qo'zg'alishi, plazma hosil bo'lishi, engil suv reaktori, transuran, uranil va oksid kukunlari kabi texnik yo'nalishlarda ko'plab patent sxemalariga ega. Reaktor materiallariga kelsak, nodir erlar reaktor strukturaviy materiallar va tegishli keramik izolyatsiya materiallari, nazorat materiallari va neytron nurlanishidan himoya qiluvchi materiallar sifatida ishlatilishi mumkin.
Xabar berish vaqti: 2023 yil 26-may