1 、 Diffiniad o Ddeunyddiau Niwclear
Mewn ystyr eang, defnydd niwclear yw'r term cyffredinol am ddeunyddiau a ddefnyddir yn y diwydiant niwclear yn unig ac ymchwil wyddonol niwclear, gan gynnwys tanwydd niwclear a deunyddiau peirianneg niwclear, hy 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 adweithyddion yn cynnwys tanwydd niwclear sy'n cael ei ymholltiad niwclear o dan beledu niwtronau, deunyddiau cladin ar gyfer cydrannau tanwydd niwclear, oeryddion, cymedrolwyr niwtronau (cymedrolwyr), deunyddiau gwialen reoli sy'n amsugno niwtronau yn gryf, a deunyddiau adlewyrchol sy'n atal niwtronau rhag gollwng y tu allan i'r adweithydd.
2 、 Perthynas gysylltiedig rhwng adnoddau daear prin ac adnoddau niwclear
Mae Monazite, a elwir hefyd yn phosphocerite a phosphocerite, yn fwyn affeithiwr cyffredin mewn craig igneaidd asid canolraddol a chraig fetamorffig. Monazite yw un o brif fwynau mwyn metel pridd prin, ac mae hefyd yn bodoli mewn rhai creigiau gwaddodol. Coch brown, melyn, melyn brown weithiau, gyda llewyrch seimllyd, holltiad llwyr, caledwch Mohs o 5-5.5, a disgyrchiant penodol o 4.9-5.5.
Y prif fwyn mwyn o rai dyddodion daear prin math placer yn Tsieina yw monazite, wedi'i leoli'n bennaf yn Tongcheng, Hubei, Yueyang, Hunan, Shangrao, Jiangxi, Menghai, Yunnan, a He Sir, Guangxi. Fodd bynnag, yn aml nid oes arwyddocâd economaidd i echdynnu adnoddau daear prin math placer. Mae cerrig unig yn aml yn cynnwys elfennau thoriwm atblygol a hefyd yw prif ffynhonnell plwtoniwm masnachol.
3 、 Trosolwg o gymhwysiad daear prin mewn ymasiad niwclear ac ymholltiad niwclear yn seiliedig ar ddadansoddiad panoramig patent
Ar ôl i allweddeiriau elfennau chwilio daear prin gael eu hehangu'n llawn, cânt eu cyfuno ag allweddi ehangu a rhifau dosbarthu ymholltiad niwclear ac ymasiad niwclear, a'u chwilio yng nghronfa ddata Incopt. Y dyddiad chwilio yw Awst 24, 2020. Cafwyd 4837 o batentau ar ôl uno teulu syml, a phenderfynwyd ar 4673 o batentau ar ôl lleihau sŵn artiffisial.
Dosberthir ceisiadau am batentau daear prin ym maes ymholltiad niwclear neu ymasiad niwclear mewn 56 o wledydd/rhanbarthau, wedi'u crynhoi'n bennaf yn Japan, Tsieina, yr Unol Daleithiau, yr Almaen a Rwsia, ac ati. Cymhwysir nifer sylweddol o batentau ar ffurf PCT , y mae ceisiadau technoleg patent Tsieineaidd wedi bod yn cynyddu, yn enwedig ers 2009, yn dechrau ar gyfnod twf cyflym, ac mae Japan, yr Unol Daleithiau a Rwsia wedi parhau i osod yn y maes hwn ers blynyddoedd lawer (Ffigur 1).
Ffigur 1 Tuedd cymhwyso patentau technoleg sy'n gysylltiedig â chymhwyso daear prin mewn ymholltiad niwclear niwclear ac ymasiad niwclear mewn gwledydd/rhanbarthau
Gellir gweld o'r dadansoddiad o themâu technegol bod cymhwyso daear prin mewn ymasiad niwclear ac ymholltiad niwclear yn canolbwyntio ar elfennau tanwydd, peintwyr, synwyryddion ymbelydredd, actinidau, plasmas, adweithyddion niwclear, deunyddiau cysgodi, amsugno niwtronau a chyfarwyddiadau technegol eraill.
4 、 Cymwysiadau Penodol ac Ymchwil Patent Allweddol o Elfennau Prin Daear mewn Deunyddiau Niwclear
Yn eu plith, mae ymasiad niwclear ac adweithiau ymholltiad niwclear mewn deunyddiau niwclear yn ddwys, ac mae'r gofynion ar gyfer deunyddiau yn llym. Ar hyn o bryd, adweithyddion ymholltiad niwclear yw adweithyddion pŵer yn bennaf, a gall adweithyddion ymasiad gael eu poblogeiddio ar raddfa fawr ar ôl 50 mlynedd. Mae cais odaear prinelfennau mewn deunyddiau strwythurol adweithyddion; Mewn meysydd cemegol niwclear penodol, defnyddir elfennau daear prin yn bennaf mewn rhodenni rheoli; Yn ogystal,sgandiwmhefyd wedi cael ei ddefnyddio mewn radiocemeg a diwydiant niwclear.
（1） Fel gwenwyn hylosg neu wialen reoli i addasu lefel niwtron a chyflwr critigol yr adweithydd niwclear
Mewn adweithyddion pŵer, mae adweithedd gweddilliol cychwynnol creiddiau newydd yn gyffredinol yn gymharol uchel. Yn enwedig yng nghamau 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 llwyr ar gynyddu rhodenni rheoli i wneud iawn am adweithedd gweddilliol yn cyflwyno mwy o wialennau rheoli. Mae pob gwialen reoli (neu bwndel 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 yn y pen llestr pwysedd arwain at ostyngiad mewn cryfder strwythurol. Nid yn unig y mae'n aneconomaidd, ond ni chaniateir iddo hefyd gael rhywfaint o fandylledd a chryfder strwythurol ar ben y llestr pwysedd. Fodd bynnag, heb gynyddu'r gwiail rheoli, mae angen cynyddu'r crynodiad o docsinau digolledu cemegol (fel asid boric) i wneud iawn am yr adweithedd sy'n weddill. Yn yr achos hwn, mae'n hawdd i'r crynodiad boron fod yn uwch na'r trothwy, a bydd cyfernod tymheredd y safonwr yn dod yn bositif.
Er mwyn osgoi'r problemau a grybwyllwyd uchod, yn gyffredinol gellir defnyddio cyfuniad o docsinau hylosg, gwiail rheoli, a rheolaeth iawndal cemegol ar gyfer rheolaeth.
（2） Fel dopant i wella perfformiad deunyddiau strwythurol adweithydd
Mae adweithyddion yn ei gwneud yn ofynnol i gydrannau strwythurol ac elfennau tanwydd gael lefel benodol o gryfder, ymwrthedd cyrydiad, a sefydlogrwydd thermol uchel, tra hefyd yn atal cynhyrchion ymholltiad rhag mynd i mewn i'r oerydd.
1).Rare dur ddaear
Mae gan yr adweithydd niwclear amodau ffisegol a chemegol eithafol, ac mae gan bob cydran o'r adweithydd hefyd ofynion uchel ar gyfer y dur arbennig a ddefnyddir. Mae elfennau prin y ddaear yn cael effeithiau addasu arbennig ar ddur, yn bennaf gan gynnwys puro, metamorffedd, microaloying, a gwella ymwrthedd cyrydiad. Defnyddir duroedd prin sy'n cynnwys dur yn eang hefyd mewn adweithyddion niwclear.
① Effaith puro: Mae ymchwil bresennol wedi dangos bod daearoedd prin yn cael effaith puro da ar ddur tawdd ar dymheredd uchel. Mae hyn oherwydd bod daearoedd prin yn gallu adweithio ag elfennau niweidiol fel ocsigen a sylffwr yn y dur tawdd i gynhyrchu cyfansoddion tymheredd uchel. Gellir gwaddodi a gollwng y cyfansoddion tymheredd uchel ar ffurf cynhwysiant cyn i'r dur tawdd gyddwyso, a thrwy hynny leihau'r cynnwys amhuredd yn y dur tawdd.
② Metamorffiaeth: ar y llaw arall, gellir cadw'r ocsidau, sylffidau neu ocsysylfidau a gynhyrchir gan adwaith daear prin yn y dur tawdd ag elfennau niweidiol fel ocsigen a sylffwr yn rhannol yn y dur tawdd a dod yn gynhwysiant dur â phwynt toddi uchel. . Gellir defnyddio'r cynhwysiadau hyn fel canolfannau cnewyllol heterogenaidd yn ystod solidiad y dur tawdd, gan wella siâp a strwythur dur.
③ Microalloying: os cynyddir ychwanegu daear prin ymhellach, bydd y ddaear prin sy'n weddill yn cael ei diddymu yn y dur ar ôl cwblhau'r puro a'r metamorffiaeth uchod. Gan fod radiws atomig daear prin yn fwy na radiws atom haearn, mae gan ddaear brin weithgaredd arwyneb uwch. Yn ystod y broses solidification o ddur tawdd, mae elfennau daear prin yn cael eu cyfoethogi ar y ffin grawn, a all leihau gwahaniad elfennau amhuredd ar y ffin grawn yn well, gan gryfhau'r datrysiad solet a chwarae rôl microalloying. Ar y llaw arall, oherwydd nodweddion storio hydrogen daearoedd prin, gallant amsugno hydrogen mewn dur, a thrwy hynny wella ffenomen embrittlement hydrogen dur yn effeithiol.
④ Gwella ymwrthedd cyrydiad: Gall ychwanegu elfennau daear prin hefyd wella ymwrthedd cyrydiad dur. Mae hyn oherwydd bod gan ddaearoedd prin botensial cyrydiad uwch na dur di-staen. Felly, gall ychwanegu daearoedd prin gynyddu potensial hunan-cyrydu dur di-staen, a thrwy hynny wella sefydlogrwydd dur mewn cyfryngau cyrydol.
2). Astudiaeth Patent Allweddol
Patent allweddol: patent dyfais gwasgariad ocsid cryfhau dur actifadu isel a'i ddull paratoi gan Sefydliad Metelau, Academi Gwyddorau Tsieineaidd
Patent haniaethol: Ar yr amod bod gwasgariad ocsid cryfhau dur activation isel sy'n addas ar gyfer adweithyddion ymasiad a'i ddull paratoi, a nodweddir gan mai canran yr elfennau aloi yng nghyfanswm màs y dur activation isel yw: 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: mwyndoddi aloi mam Fe-Cr-WV-Ta-Mn, atomization powdr, melino pêl ynni uchel yr aloi fam aY2O3 nanoronynpowdr cymysg, echdynnu amlen powdr, mowldio solidification, rholio poeth, a thriniaeth wres.
Dull adio daear prin: Ychwanegu nanoraddfaY2O3gronynnau i'r powdr atomized aloi rhiant ar gyfer melino pêl ynni uchel, gyda'r cyfrwng melino bêl yn Φ 6 a Φ 10 peli dur caled cymysg, 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/munud.
3）.Defnyddir i wneud deunyddiau amddiffyn rhag ymbelydredd niwtron
① Egwyddor amddiffyn rhag ymbelydredd niwtron
Mae niwtronau yn gydrannau o niwclysau atomig, gyda màs statig o 1.675 × 10-27kg, sef 1838 gwaith y màs electronig. Mae ei radiws oddeutu 0.8 × 10-15m, yn debyg o ran maint i broton, yn debyg i γ Mae pelydrau yr un mor heb eu gwefru. 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 plisgyn allanol.
Gyda datblygiad cyflym ynni niwclear a thechnoleg adweithyddion niwclear, mae mwy a mwy o sylw wedi'i dalu i ddiogelwch ymbelydredd niwclear ac amddiffyn rhag ymbelydredd niwclear. Er mwyn cryfhau amddiffyniad ymbelydredd i weithredwyr sydd wedi bod yn ymwneud â chynnal a chadw offer ymbelydredd ac achub damweiniau ers amser maith, mae datblygu cyfansoddion cysgodi ysgafn ar gyfer dillad amddiffynnol o arwyddocâd gwyddonol a gwerth economaidd mawr. Ymbelydredd niwtron yw'r rhan bwysicaf o ymbelydredd adweithydd 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 niwclysau â rhif atomig is yn elastig ac yn parhau i gael eu cymedroli. Bydd y niwtronau thermol cymedroledig yn cael eu hamsugno gan elfennau â thrawstoriadau amsugno niwtronau mwy, ac yn olaf bydd cysgodi niwtronau yn cael ei gyflawni.
② Astudiaeth Patent Allweddol
Mae priodweddau hybrid mandyllog ac organig-anorganig oelfen daear pringadoliniwmmae deunyddiau sgerbwd organig metel seiliedig yn cynyddu eu cydnawsedd â polyethylen, gan hyrwyddo'r deunyddiau cyfansawdd wedi'u syntheseiddio i gael cynnwys gadoliniwm uwch a gwasgariad gadolinium. Bydd cynnwys a gwasgariad gadolinium uchel yn effeithio'n uniongyrchol ar berfformiad cysgodi niwtron y deunyddiau cyfansawdd.
Patent allweddol: Sefydliad Gwyddor Deunydd Hefei, Academi Gwyddorau Tsieineaidd, patent dyfeisio deunydd cysgodi cyfansawdd fframwaith organig yn seiliedig ar gadolinium a'i ddull paratoi
Crynodeb Patent: Mae deunydd cysgodi cyfansawdd sgerbwd organig metel sy'n seiliedig ar Gadolinium yn ddeunydd cyfansawdd a ffurfiwyd trwy gymysgugadoliniwmdeunydd sgerbwd organig metel wedi'i seilio gyda polyethylen mewn cymhareb pwysau o 2:1:10 a'i ffurfio trwy anweddiad toddyddion neu wasgu'n boeth. Mae gan ddeunyddiau cysgodi cyfansawdd sgerbwd organig metel sy'n seiliedig ar Gadolinium sefydlogrwydd thermol uchel a gallu cysgodi niwtronau thermol.
Proses gweithgynhyrchu: dewis gwahanolmetel gadoliniumhalwynau a ligandau organig i baratoi a syntheseiddio gwahanol fathau o ddeunyddiau sgerbwd organig metel sy'n seiliedig ar gadolinium, 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 ar y deunyddiau crai gweddilliol heb adweithio yn llawn ym mandyllau'r deunyddiau sgerbwd organig metel sy'n seiliedig ar gadolinium; Mae'r deunydd sgerbwd organometalig sy'n seiliedig ar gadolinium a baratowyd mewn cam yn cael ei droi â eli polyethylen ar gyflymder uchel, neu'n ultrasonically, neu mae'r deunydd sgerbwd organometalig sy'n seiliedig ar gadolinium a baratowyd mewn cam yn cael ei doddi wedi'i gymysgu â polyethylen pwysau moleciwlaidd uwch-uchel ar dymheredd uchel nes ei fod wedi'i gymysgu'n llawn; Rhowch y deunydd sgerbwd organig metel wedi'i seilio ar gadolinium cymysg unffurf / cymysgedd polyethylen yn y mowld, a chael y deunydd cysgodi cyfansawdd sgerbwd organig metel sy'n seiliedig ar gadolinium trwy ei sychu i hyrwyddo anweddiad toddyddion neu wasgu'n boeth; Mae'r deunydd cysgodi cyfansawdd sgerbwd organig metel sy'n seiliedig ar gadolinium parod wedi gwella'n sylweddol ymwrthedd gwres, priodweddau mecanyddol, a gallu cysgodi niwtron thermol uwch o'i gymharu â deunyddiau polyethylen pur.
Modd ychwanegiad daear prin: Gd2 (BHC) (H2O) 6, Gd (BTC) (H2O) 4 neu Gd (BDC) 1.5 (H2O) 2 polymer cydgysylltu crisialog mandyllog sy'n cynnwys gadolinium, a geir trwy gydgysylltu polymerization oGd (NO3) 3 • 6H2O neu GdCl3 • 6H2Oa ligand carboxylate organig; Maint y deunydd sgerbwd organig metel sy'n seiliedig ar gadolinium yw 50nm-2 μ m； Mae gan ddeunyddiau sgerbwd organig metel sy'n seiliedig ar gadolinium morffolegau gwahanol, gan gynnwys siapiau gronynnog, siâp gwialen, neu siâp nodwydd.
（4） CymhwysoSgandiwmmewn Radiocemeg a diwydiant niwclear
Mae gan fetel scandium sefydlogrwydd thermol da a pherfformiad amsugno fflworin cryf, gan ei wneud yn ddeunydd anhepgor yn y diwydiant ynni atomig.
Patent allweddol: Datblygiad Awyrofod Tsieina Sefydliad Deunyddiau Awyrennol Beijing, patent dyfeisio ar gyfer aloi alwminiwm sinc magnesiwm sgandiwm a'i ddull paratoi
Crynodeb patent: Sinc alwminiwmaloi sgandiwm magnesiwma'i ddull paratoi. Cyfansoddiad cemegol a chanran pwysau'r aloi alwminiwm sgandiwm magnesiwm sinc 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 sgandiwm magnesiwm sinc 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 materol fel elfennau strwythurol mewn awyrofod, diwydiant niwclear, cludiant, nwyddau chwaraeon, arfau a meysydd eraill.
Proses weithgynhyrchu: Cam 1, cynhwysyn yn ôl y cyfansoddiad aloi uchod; Cam 2: Toddwch yn y ffwrnais mwyndoddi ar dymheredd o 700 ℃ ~ 780 ℃; Cam 3: Mireinio'r hylif metel wedi'i doddi'n llwyr, a chynnal y tymheredd metel o fewn yr ystod o 700 ℃ ~ 750 ℃ yn ystod mireinio; Cam 4: Ar ôl ei fireinio, dylid caniatáu iddo sefyll yn llonydd; Cam 5: Ar ôl sefyll yn llawn, dechreuwch fwrw, cadwch dymheredd y ffwrnais o fewn yr ystod o 690 ℃ ~ 730 ℃, a'r cyflymder castio yw 15-200mm / munud; Cam 6: Perfformio triniaeth anelio homogenization ar yr ingot aloi yn y ffwrnais gwresogi, gyda thymheredd homogeneiddio o 400 ℃ ~ 470 ℃; Cam 7: Pliciwch yr ingot homogenedig a pherfformiwch 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 quenching ateb, gyda thymheredd ateb o 460-480 ℃; Cam 9: Ar ôl 72 awr o ddiffodd hydoddiant solet, gorfodi heneiddio â llaw. Y system heneiddio grym 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, mae daearoedd prin yn cael eu defnyddio'n helaeth mewn ymasiad niwclear ac ymholltiad niwclear, ac mae ganddynt lawer o gynlluniau patent i gyfeiriadau technegol fel cyffro pelydr-X, ffurfiad plasma, adweithydd dŵr ysgafn, trawswraniwm, wranyl a phowdr ocsid. O ran deunyddiau adweithyddion, gellir defnyddio daearoedd prin fel deunyddiau strwythurol adweithydd a deunyddiau inswleiddio cerameg cysylltiedig, deunyddiau rheoli a deunyddiau amddiffyn rhag ymbelydredd niwtron.
Amser postio: Mai-26-2023