1、 Diffiniad o Ddeunyddiau Niwclear
Yn ystyr eang, deunydd niwclear yw'r term cyffredinol am ddeunyddiau a ddefnyddir yn gyfan gwbl yn y diwydiant niwclear ac ymchwil wyddonol niwclear, gan gynnwys tanwydd niwclear a deunyddiau peirianneg niwclear, h.y. deunyddiau nad ydynt yn danwydd niwclear.
Mae'r deunyddiau niwclear y cyfeirir atynt yn gyffredin yn cyfeirio'n bennaf at ddeunyddiau a ddefnyddir mewn gwahanol rannau o'r adweithydd, a elwir hefyd yn ddeunyddiau adweithydd. Mae deunyddiau adweithydd yn cynnwys tanwydd niwclear sy'n cael ei ymhollti o dan fomio niwtronau, deunyddiau cladin ar gyfer cydrannau tanwydd niwclear, oeryddion, cymedrolwyr niwtronau (cymedrolwyr), deunyddiau gwialen reoli sy'n amsugno niwtronau'n gryf, a deunyddiau adlewyrchol sy'n atal gollyngiadau niwtronau y tu allan i'r adweithydd.
2. Perthynas gyd-gysylltiedig rhwng adnoddau daear prin ac adnoddau niwclear
Mae monasit, a elwir hefyd yn ffosffoserit a ffosffoserit, yn fwynau ategol cyffredin mewn craig igneaidd asidig canolraddol a chraig fetamorffig. Mae monasit yn un o brif fwynau mwyn metelau daear prin, ac mae hefyd yn bodoli mewn rhai craig waddodol. Coch brown, melyn, weithiau melyn brown, gyda llewyrch seimllyd, hollti cyflawn, caledwch Mohs o 5-5.5, a disgyrchedd penodol o 4.9-5.5.
Y prif fwynau mwyn mewn rhai dyddodion daear prin math placer yn Tsieina yw monasit, wedi'i leoli'n bennaf yn Tongcheng, Hubei, Yueyang, Hunan, Shangrao, Jiangxi, Menghai, Yunnan, a Sir He, Guangxi. Fodd bynnag, yn aml nid oes gan echdynnu adnoddau daear prin math placer arwyddocâd economaidd. Yn aml, mae cerrig unigol yn cynnwys elfennau thoriwm atblygol ac maent hefyd yn brif ffynhonnell plwtoniwm masnachol.
3、 Trosolwg o gymhwysiad daear prin mewn ymasiad niwclear a hollti niwclear yn seiliedig ar ddadansoddiad panoramig patent
Ar ôl i allweddeiriau elfennau chwilio am ddaear brin gael eu hehangu'n llawn, cânt eu cyfuno â'r allweddi ehangu a rhifau dosbarthu ymholltiad niwclear ac ymasiad niwclear, a'u chwilio yn gronfa ddata Incopt. Y dyddiad chwilio yw Awst 24, 2020. Cafwyd 4837 o batentau ar ôl uno teuluoedd syml, a phenderfynwyd ar 4673 o batentau ar ôl lleihau sŵn artiffisial.
Mae ceisiadau patentau daear prin ym maes ymholltiad niwclear neu gyfuniad niwclear wedi'u dosbarthu mewn 56 o wledydd/rhanbarthau, wedi'u crynhoi'n bennaf yn Japan, Tsieina, yr Unol Daleithiau, yr Almaen a Rwsia, ac ati. Mae nifer sylweddol o batentau'n cael eu gwneud ar ffurf PCT, ac mae ceisiadau technoleg patent Tsieineaidd wedi bod yn cynyddu, yn enwedig ers 2009, gan fynd i gyfnod twf cyflym, ac mae Japan, yr Unol Daleithiau a Rwsia wedi parhau i ddatblygu yn y maes hwn ers blynyddoedd lawer (Ffigur 1).
Ffigur 1 Tuedd cymhwyso patentau technoleg sy'n gysylltiedig â chymhwyso priddoedd prin mewn ymholltiad niwclear a chyfuniad niwclear mewn gwledydd/rhanbarthau
Gellir gweld o'r dadansoddiad o themâu technegol bod cymhwyso daear prin mewn ymasiad niwclear a hollti niwclear yn canolbwyntio ar elfennau tanwydd, scintillators, synwyryddion ymbelydredd, actinidau, plasmas, adweithyddion niwclear, deunyddiau cysgodi, amsugno niwtronau a chyfeiriadau technegol eraill.
4、 Cymwysiadau Penodol ac Ymchwil Patent Allweddol ar Elfennau Prin y Ddaear mewn Deunyddiau Niwclear
Yn eu plith, mae adweithiau ymasiad niwclear ac ymholltiad niwclear mewn deunyddiau niwclear yn ddwys, ac mae'r gofynion ar gyfer deunyddiau yn llym. Ar hyn o bryd, adweithyddion pŵer yw adweithyddion ymholltiad niwclear yn bennaf, a gellir poblogeiddio adweithyddion ymasiad ar raddfa fawr ar ôl 50 mlynedd. Cymhwysodaear prinelfennau mewn deunyddiau strwythurol adweithyddion; Mewn meysydd cemegol niwclear penodol, defnyddir elfennau daear prin yn bennaf mewn gwiail rheoli; Yn ogystal,scandiwmwedi cael ei ddefnyddio hefyd mewn radiocemeg a'r diwydiant niwclear.
(1) Fel gwenwyn hylosg neu wialen reoli i addasu lefel niwtron a chyflwr critigol adweithydd niwclear
Mewn adweithyddion pŵer, mae adweithedd gweddilliol cychwynnol creiddiau newydd yn gymharol uchel yn gyffredinol. Yn enwedig yng nghyfnodau cynnar y cylch ail-lenwi cyntaf, pan fydd yr holl danwydd niwclear yn y craidd yn newydd, yr adweithedd sy'n weddill yw'r uchaf. Ar y pwynt hwn, byddai dibynnu'n unig ar gynyddu gwiail rheoli i wneud iawn am adweithedd gweddilliol yn cyflwyno mwy o wiail rheoli. Mae pob gwialen reoli (neu fwndel gwialen) yn cyfateb i gyflwyno mecanwaith gyrru cymhleth. Ar y naill law, mae hyn yn cynyddu costau, ac ar y llaw arall, gall agor tyllau ym mhen y llestr pwysau arwain at ostyngiad mewn cryfder strwythurol. Nid yn unig y mae'n aneconomaidd, ond ni chaniateir iddo gael rhywfaint o mandylledd a chryfder strwythurol ar ben y llestr pwysau. Fodd bynnag, heb gynyddu'r gwiail rheoli, mae angen cynyddu crynodiad tocsinau digolledu cemegol (fel asid borig) i wneud iawn am yr adweithedd sy'n weddill. Yn yr achos hwn, mae'n hawdd i grynodiad y boron ragori ar y trothwy, a bydd cyfernod tymheredd y cymedrolwr yn dod yn bositif.
Er mwyn osgoi'r problemau a grybwyllwyd uchod, gellir defnyddio cyfuniad o docsinau hylosg, gwiail rheoli, a rheolaeth iawndal gemegol yn gyffredinol ar gyfer rheoli.
(2) Fel dopant i wella perfformiad deunyddiau strwythurol adweithyddion
Mae angen i gydrannau strwythurol ac elfennau tanwydd fod â lefel benodol o gryfder, ymwrthedd i gyrydiad, a sefydlogrwydd thermol uchel ar adweithyddion, tra hefyd yn atal cynhyrchion ymhollti rhag mynd i mewn i'r oerydd.
1). Dur prin o ddaear
Mae gan yr adweithydd niwclear amodau ffisegol a chemegol eithafol, ac mae gan bob cydran o'r adweithydd ofynion uchel hefyd ar gyfer y dur arbennig a ddefnyddir. Mae gan elfennau prin y ddaear effeithiau addasu arbennig ar ddur, yn bennaf gan gynnwys puro, metamorffedd, microaloi, a gwella ymwrthedd i gyrydiad. Defnyddir duroedd sy'n cynnwys prin y ddaear yn helaeth hefyd mewn adweithyddion niwclear.
① Effaith puro: Mae ymchwil sy'n bodoli eisoes wedi dangos bod gan briddoedd prin effaith puro dda ar ddur tawdd ar dymheredd uchel. Mae hyn oherwydd y gall priddoedd prin adweithio ag elfennau niweidiol fel ocsigen a sylffwr yn y dur tawdd i gynhyrchu cyfansoddion tymheredd uchel. Gellir gwaddodi a rhyddhau'r cyfansoddion tymheredd uchel ar ffurf cynhwysiadau cyn i'r dur tawdd gyddwyso, a thrwy hynny leihau'r cynnwys amhuredd yn y dur tawdd.
② Metamorffedd: ar y llaw arall, gellir cadw'r ocsidau, y sylffidau neu'r ocsylffidau a gynhyrchir gan adwaith priddoedd prin yn y dur tawdd ag elfennau niweidiol fel ocsigen a sylffwr yn rhannol yn y dur tawdd a dod yn gynhwysiadau o ddur â phwynt toddi uchel. Gellir defnyddio'r cynhwysiadau hyn fel canolfannau niwcleiadu heterogenaidd yn ystod solidio'r dur tawdd, gan wella siâp a strwythur y dur.
③ Microaloi: os cynyddir ychwanegu rare earths ymhellach, bydd y rare earth sy'n weddill yn cael ei doddi yn y dur ar ôl cwblhau'r puro a'r metamorffedd uchod. Gan fod radiws atomig rare earths yn fwy na radiws atom haearn, mae gan rare earth actifedd arwyneb uwch. Yn ystod y broses galedu o ddur tawdd, mae elfennau rare earths yn cael eu cyfoethogi ar y ffin graen, a all leihau gwahanu elfennau amhuredd ar y ffin graen yn well, a thrwy hynny gryfhau'r toddiant solet a chwarae rôl microaloi. Ar y llaw arall, oherwydd nodweddion storio hydrogen rare earths, gallant amsugno hydrogen mewn dur, a thrwy hynny wella ffenomen brau hydrogen dur yn effeithiol.
④ Gwella ymwrthedd cyrydiad: Gall ychwanegu elfennau daear prin hefyd wella ymwrthedd cyrydiad dur. Mae hyn oherwydd bod gan ddaear prin botensial hunan-cyrydiad uwch na dur di-staen. Felly, gall ychwanegu daear prin gynyddu potensial hunan-cyrydiad dur di-staen, a thrwy hynny wella sefydlogrwydd dur mewn cyfryngau cyrydol.
2). Astudiaeth Patent Allweddol
Patent allweddol: patent dyfeisio dur actifadu isel wedi'i gryfhau â gwasgariad ocsid a'i ddull paratoi gan Sefydliad Metelau, Academi Gwyddorau Tsieina
Crynodeb patent: Darperir dur actifadu isel wedi'i gryfhau â gwasgariad ocsid sy'n addas ar gyfer adweithyddion ymasiad a'i ddull paratoi, wedi'i nodweddu gan fod canran yr elfennau aloi ym màs cyfan y dur actifadu isel fel a ganlyn: y matrics yw 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%, a 0.05% ≤ Y2O3 ≤ 0.5%.
Proses weithgynhyrchu: toddi aloi mam Fe-Cr-WV-Ta-Mn, atomization powdr, melino pêl ynni uchel yr aloi mam aNanoronyn Y2O3powdr cymysg, echdynnu amgáu powdr, mowldio solidio, rholio poeth, a thriniaeth gwres.
Dull ychwanegu daear prin: Ychwanegu nanosgâlY2O3gronynnau i'r powdr atomized aloi rhiant ar gyfer melino pêl egni uchel, gyda'r cyfrwng melino pêl yn beli dur caled cymysg Φ 6 a Φ 10, gydag awyrgylch melino pêl o nwy argon 99.99%, cymhareb màs deunydd pêl o (8-10): 1, amser melino pêl o 40-70 awr, a chyflymder cylchdro o 350-500 r/mun.
3). Fe'i defnyddir i wneud deunyddiau amddiffyn rhag ymbelydredd niwtron.
① Egwyddor amddiffyn rhag ymbelydredd niwtronau
Mae niwtronau yn gydrannau o niwclei atomig, gyda màs statig o 1.675 × 10-27kg, sydd 1838 gwaith y màs electronig. Mae ei radiws tua 0.8 × 10-15m, yn debyg o ran maint i broton, yn debyg i belydrau γ yr un mor ddi-wefr. Pan fydd niwtronau'n rhyngweithio â mater, maent yn rhyngweithio'n bennaf â'r grymoedd niwclear y tu mewn i'r niwclews, ac nid ydynt yn rhyngweithio â'r electronau yn y gragen allanol.
Gyda datblygiad cyflym ynni niwclear a thechnoleg adweithyddion niwclear, mae mwy a mwy o sylw wedi'i roi i ddiogelwch ymbelydredd niwclear ac amddiffyn rhag ymbelydredd niwclear. Er mwyn cryfhau amddiffyniad rhag ymbelydredd i weithredwyr sydd wedi bod yn ymwneud â chynnal a chadw offer ymbelydredd ac achub damweiniau ers amser maith, mae o arwyddocâd gwyddonol a gwerth economaidd mawr i ddatblygu cyfansoddion cysgodi ysgafn ar gyfer dillad amddiffynnol. Ymbelydredd niwtron yw'r rhan bwysicaf o ymbelydredd adweithyddion niwclear. Yn gyffredinol, mae'r rhan fwyaf o'r niwtronau sydd mewn cysylltiad uniongyrchol â bodau dynol wedi'u harafu i niwtronau ynni isel ar ôl effaith cysgodi niwtronau'r deunyddiau strwythurol y tu mewn i'r adweithydd niwclear. Bydd niwtronau ynni isel yn gwrthdaro â niwclei â rhif atomig is yn elastig ac yn parhau i gael eu cymedroli. Bydd y niwtronau thermol wedi'u cymedroli yn cael eu hamsugno gan elfennau â chroestoriadau amsugno niwtronau mwy, ac yn olaf bydd cysgodi niwtronau yn cael ei gyflawni.
② Astudiaeth Patent Allweddol
Priodweddau hybrid mandyllog ac organig-anorganigelfen brin y ddaeargadoliniwmMae deunyddiau sgerbwd organig metel sy'n seiliedig ar ddeunyddiau yn cynyddu eu cydnawsedd â polyethylen, gan hyrwyddo cynnwys gadoliniwm uwch a gwasgariad gadoliniwm uwch yn y deunyddiau cyfansawdd wedi'u syntheseiddio. Bydd y cynnwys gadoliniwm uchel a'r gwasgariad yn effeithio'n uniongyrchol ar berfformiad cysgodi niwtronau'r deunyddiau cyfansawdd.
Patent allweddol: Sefydliad Gwyddor Deunyddiau Hefei, Academi Gwyddorau Tsieina, patent dyfeisio deunydd cysgodi cyfansawdd fframwaith organig yn seiliedig ar gadoliniwm a'i ddull paratoi
Crynodeb Patent: Mae deunydd cysgodi cyfansawdd sgerbwd organig metel wedi'i seilio ar gadoliniwm yn ddeunydd cyfansawdd a ffurfiwyd trwy gymysgugadoliniwmdeunydd sgerbwd organig metel wedi'i seilio ar gadoliniwm gyda polyethylen mewn cymhareb pwysau o 2:1:10 a'i ffurfio trwy anweddu toddydd neu wasgu poeth. Mae gan ddeunyddiau cysgodi cyfansawdd sgerbwd organig metel wedi'i seilio ar gadoliniwm sefydlogrwydd thermol uchel a gallu cysgodi niwtron thermol.
Proses weithgynhyrchu: dewis gwahanolmetel gadoliniwmhalwynau a ligandau organig i baratoi a syntheseiddio gwahanol fathau o ddeunyddiau sgerbwd organig metel sy'n seiliedig ar gadoliniwm, gan eu golchi â moleciwlau bach o fethanol, ethanol, neu ddŵr trwy allgyrchu, a'u actifadu ar dymheredd uchel o dan amodau gwactod i gael gwared yn llwyr ar y deunyddiau crai gweddilliol heb adweithio ym mandyllau'r deunyddiau sgerbwd organig metel sy'n seiliedig ar gadoliniwm; Caiff y deunydd sgerbwd organometallig sy'n seiliedig ar gadoliniwm a baratowyd yn gam ei droi â hufen polyethylen ar gyflymder uchel, neu'n uwchsonig, neu caiff y deunydd sgerbwd organometallig sy'n seiliedig ar gadoliniwm a baratowyd yn gam ei gymysgu'n doddi â polyethylen pwysau moleciwlaidd uwch-uchel ar dymheredd uchel nes ei fod wedi'i gymysgu'n llawn; Rhowch y cymysgedd deunydd sgerbwd organig metel/polyethylen sy'n seiliedig ar gadoliniwm wedi'i gymysgu'n unffurf yn y mowld, a chael y deunydd amddiffyn cyfansawdd sgerbwd organig metel sy'n seiliedig ar gadoliniwm wedi'i ffurfio trwy sychu i hyrwyddo anweddiad toddydd neu wasgu poeth; Mae gan y deunydd amddiffyn cyfansawdd sgerbwd organig metel sy'n seiliedig ar gadoliniwm a baratowyd wrthwynebiad gwres, priodweddau mecanyddol, a gallu amddiffyn niwtronau thermol uwch o'i gymharu â deunyddiau polyethylen pur.
Modd ychwanegu metelau prin: polymer cydlyniad crisialog mandyllog Gd2 (BHC) (H2O) 6, Gd (BTC) (H2O) 4 neu Gd (BDC) 1.5 (H2O) 2 sy'n cynnwys gadoliniwm, a geir trwy bolymeriad cydlyniadGd (NO3) 3 • 6H2O neu GdCl3 • 6H2Oa ligand carboxylate organig; Maint deunydd sgerbwd organig metel sy'n seiliedig ar gadoliniwm yw 50nm-2 μ m; mae gan ddeunyddiau sgerbwd organig metel sy'n seiliedig ar gadoliniwm wahanol forffolegau, gan gynnwys siapiau gronynnog, siâp gwialen, neu siâp nodwydd.
(4) CymhwysoScandiwmmewn Radiocemeg a'r diwydiant niwclear
Mae gan fetel scandiwm sefydlogrwydd thermol da a pherfformiad amsugno fflworin cryf, gan ei wneud yn ddeunydd anhepgor yn y diwydiant ynni atomig.
Patent allweddol: Sefydliad Deunyddiau Awyrennol Datblygu Awyrofod Tsieina Beijing, patent dyfeisio ar gyfer aloi alwminiwm sinc magnesiwm scandiwm a'i ddull paratoi
Crynodeb patent: Alwminiwm sincaloi sgandiwm magnesiwma'i ddull paratoi. Cyfansoddiad cemegol a chanran pwysau'r aloi alwminiwm sinc magnesiwm sgandiwm yw: Mg 1.0% -2.4%, Zn 3.5% -5.5%, Sc 0.04% -0.50%, Zr 0.04% -0.35%, amhureddau Cu ≤ 0.2%, Si ≤ 0.35%, Fe ≤ 0.4%, amhureddau eraill sengl ≤ 0.05%, cyfanswm amhureddau eraill ≤ 0.15%, a'r swm sy'n weddill yw Al. Mae microstrwythur y deunydd aloi alwminiwm sinc magnesiwm sgandiwm hwn yn unffurf ac mae ei berfformiad yn sefydlog, gyda chryfder tynnol eithaf o dros 400MPa, cryfder cynnyrch o dros 350MPa, a chryfder tynnol o dros 370MPa ar gyfer cymalau weldio. Gellir defnyddio'r cynhyrchion deunydd fel elfennau strwythurol mewn awyrofod, diwydiant niwclear, cludiant, nwyddau chwaraeon, arfau a meysydd eraill.
Proses weithgynhyrchu: Cam 1, cynhwysyn yn ôl cyfansoddiad yr aloi uchod; Cam 2: Toddi yn y ffwrnais doddi ar dymheredd o 700 ℃ ~ 780 ℃; Cam 3: Mireinio'r hylif metel wedi'i doddi'n llwyr, a chynnal tymheredd y metel o fewn yr ystod o 700 ℃ ~ 750 ℃ yn ystod y mireinio; Cam 4: Ar ôl ei fireinio, dylid ei adael i sefyll yn llonydd yn llwyr; Cam 5: Ar ôl sefyll yn llwyr, dechreuwch gastio, cynhelir tymheredd y ffwrnais o fewn yr ystod o 690 ℃ ~ 730 ℃, a'r cyflymder castio yw 15-200mm / munud; Cam 6: Perfformio triniaeth anelio homogeneiddio ar yr ingot aloi yn y ffwrnais wresogi, gyda thymheredd homogeneiddio o 400 ℃ ~ 470 ℃; Cam 7: Piliwch yr ingot homogeneiddiedig a pherfformio allwthio poeth i gynhyrchu proffiliau gyda thrwch wal o dros 2.0mm. Yn ystod y broses allwthio, dylid cynnal y biled ar dymheredd o 350 ℃ i 410 ℃; Cam 8: Gwasgwch y proffil ar gyfer triniaeth diffodd toddiant, gyda thymheredd toddiant o 460-480 ℃; Cam 9: Ar ôl 72 awr o ddiffodd toddiant solet, heneiddio â llaw. Y system heneiddio â llaw yw: 90~110 ℃/24 awr+170~180 ℃/5 awr, neu 90~110 ℃/24 awr+145~155 ℃/10 awr.
5、Crynodeb Ymchwil
Ar y cyfan, defnyddir metelau prin yn helaeth mewn ymasiad niwclear ac ymholltiad niwclear, ac mae ganddynt lawer o gynlluniau patent mewn cyfeiriadau technegol fel cyffroi pelydr-X, ffurfio plasma, adweithydd dŵr ysgafn, trawswraniwm, wranyl a phowdr ocsid. O ran deunyddiau adweithydd, gellir defnyddio metelau prin fel deunyddiau strwythurol adweithydd a deunyddiau inswleiddio ceramig cysylltiedig, deunyddiau rheoli a deunyddiau amddiffyn rhag ymbelydredd niwtron.
Amser postio: Mai-26-2023