1, Nüvə Materiallarının Tərifi
Geniş mənada nüvə materialı nüvə yanacağı və nüvə mühəndisliyi materialları, yəni nüvə yanacağı olmayan materiallar da daxil olmaqla, nüvə sənayesi və nüvə elmi tədqiqatlarında istifadə olunan materiallar üçün ümumi termindir.
Nüvə materiallarına ümumiyyətlə istinad edilənlər əsasən reaktorun müxtəlif hissələrində istifadə olunan materiallara aiddir, həmçinin reaktor materialları kimi də tanınır. Reaktor materiallarına neytron bombardmanı altında nüvə parçalanmasına məruz qalan nüvə yanacağı, nüvə yanacağı komponentləri üçün üzlük materialları, soyuducu maddələr, neytron moderatorları (moderatorlar), neytronları güclü şəkildə udan nəzarət çubuğu materialları və reaktordan kənarda neytron sızmasının qarşısını alan əks etdirici materiallar daxildir.
2. Nadir torpaq ehtiyatları və nüvə resursları arasında əməkdaşlıq əlaqələri
Monazit, həmçinin fosfoserit və fosfoserit adlanır, ara turşulu maqmatik süxurda və metamorfik qayada ümumi köməkçi mineraldır. Monazit nadir torpaq metal filizinin əsas minerallarından biridir və bəzi çöküntü süxurlarında da mövcuddur. Qəhvəyi qırmızı, sarı, bəzən qəhvəyi sarı, yağlı parıltılı, tam parçalanmış, Mohs sərtliyi 5-5,5, xüsusi çəkisi 4,9-5,5.
Çində bəzi yerüstü tipli nadir torpaq yataqlarının əsas filiz mineralı əsasən Tongcheng, Hubei, Yueyang, Hunan, Shangrao, Jiangxi, Menghai, Yunnan və He County, Guangxi-də yerləşən monazitdir. Lakin plaser tipli nadir torpaq ehtiyatlarının çıxarılması çox vaxt iqtisadi əhəmiyyət kəsb etmir. Tək daşlar çox vaxt refleksiv torium elementlərini ehtiva edir və həm də kommersiya plutoniumunun əsas mənbəyidir.
3, Patent panoramik analizə əsaslanan nüvə birləşməsində və nüvə parçalanmasında nadir torpaq tətbiqinin icmalı
Nadir torpaq axtarış elementlərinin açar sözləri tam genişləndirildikdən sonra, onlar nüvə parçalanması və nüvə birləşməsinin genişləndirmə açarları və təsnifat nömrələri ilə birləşdirilir və Incopt verilənlər bazasında axtarılır. Axtarış tarixi 24 avqust 2020-ci ildir. 4837 patent sadə ailə birləşməsindən, 4673 patent isə süni səs-küyün azaldılmasından sonra müəyyən edilib.
Nüvə parçalanması və ya nüvə sintezi sahəsində nadir torpaq patent müraciətləri əsasən Yaponiya, Çin, ABŞ, Almaniya və Rusiyada cəmləşmiş 56 ölkədə/regionda paylanır. Əhəmiyyətli sayda patentlər PCT formasında tətbiq edilir. Xüsusilə 2009-cu ildən bəri artan Çin patent texnologiyası tətbiqləri sürətlə böyümə mərhələsinə qədəm qoyur və Yaponiya, ABŞ və Rusiya bu sahədə bir çox şirkətlər üçün plan tərtib etməyə davam edir. illər (Şəkil 1).
Şəkil 1 Ölkələrdə/regionlarda nüvə nüvə parçalanması və nüvə sintezində nadir torpaq tətbiqi ilə bağlı texnologiya patentlərinin tətbiqi tendensiyası
Texniki mövzuların təhlilindən görünür ki, nadir torpağın nüvə sintezində və nüvə parçalanmasında tətbiqi əsas diqqəti yanacaq elementlərinə, sintillyatorlara, radiasiya detektorlarına, aktinidlərə, plazmalara, nüvə reaktorlarına, qoruyucu materiallara, neytronların udulmasına və digər texniki istiqamətlərə yönəldir.
4, Nüvə Materiallarında Nadir Yer Elementlərinin Xüsusi Tətbiqləri və Əsas Patent Tədqiqatları
Onların arasında nüvə materiallarında nüvə sintezi və nüvə parçalanma reaksiyaları intensiv xarakter daşıyır və materiallara tələblər sərtdir. Hazırda enerji reaktorları əsasən nüvə parçalanma reaktorlarıdır və termofusion reaktorlar 50 ildən sonra geniş miqyasda populyarlaşa bilər. -nin tətbiqinadir torpaqreaktorun konstruksiya materiallarında elementlər; Xüsusi nüvə kimyəvi sahələrində nadir torpaq elementləri əsasən nəzarət çubuqlarında istifadə olunur; Bundan əlavə,skandiumradiokimya və nüvə sənayesində də istifadə edilmişdir.
（1） Neytron səviyyəsini və nüvə reaktorunun kritik vəziyyətini tənzimləmək üçün yanan zəhər və ya nəzarət çubuğu kimi
Güclü reaktorlarda yeni nüvələrin ilkin qalıq reaktivliyi ümumiyyətlə nisbətən yüksəkdir. Xüsusilə birinci yanacaq doldurma dövrünün erkən mərhələlərində, nüvədəki bütün nüvə yanacağı yeni olduqda, qalan reaktivlik ən yüksəkdir. Bu nöqtədə, qalıq reaktivliyi kompensasiya etmək üçün yalnız artan nəzarət çubuqlarına etibar etmək daha çox nəzarət çubuqlarını təqdim edəcəkdir. Hər bir idarəetmə çubuğu (və ya çubuq paketi) mürəkkəb bir idarəetmə mexanizminin tətbiqinə uyğundur. Bir tərəfdən, bu, xərcləri artırır, digər tərəfdən, təzyiq qabının başındakı deliklərin açılması struktur gücünün azalmasına səbəb ola bilər. Nəinki qənaətcil deyil, həm də təzyiq qabının başlığında müəyyən bir məsaməlik və struktur möhkəmliyə malik olmasına icazə verilmir. Bununla belə, nəzarət çubuqlarını artırmadan, qalan reaktivliyi kompensasiya etmək üçün kimyəvi kompensasiya edən toksinlərin (məsələn, bor turşusu) konsentrasiyasını artırmaq lazımdır. Bu vəziyyətdə, bor konsentrasiyasının həddi aşması asandır və moderatorun temperatur əmsalı müsbət olacaqdır.
Yuxarıda qeyd olunan problemlərin qarşısını almaq üçün, ümumiyyətlə, nəzarət üçün yanan toksinlərin, nəzarət çubuqlarının və kimyəvi kompensasiya nəzarətinin birləşməsindən istifadə edilə bilər.
（2） Reaktorun struktur materiallarının performansını artırmaq üçün əlavə olaraq
Reaktorlar struktur komponentlərinin və yanacaq elementlərinin müəyyən bir gücə, korroziyaya davamlılığa və yüksək istilik sabitliyinə malik olmasını tələb edir, eyni zamanda parçalanma məhsullarının soyuducuya daxil olmasının qarşısını alır.
1) .Nadir torpaq polad
Nüvə reaktoru həddindən artıq fiziki və kimyəvi şəraitə malikdir və reaktorun hər bir komponenti də istifadə olunan xüsusi polad üçün yüksək tələblərə malikdir. Nadir torpaq elementləri polad üzərində xüsusi modifikasiya təsirlərinə malikdir, o cümlədən, təmizlənmə, metamorfizm, mikroaloyinq və korroziyaya davamlılığın yaxşılaşdırılması. Tərkibində nadir torpaq olan poladlar da nüvə reaktorlarında geniş istifadə olunur.
① Təmizləmə effekti: Mövcud tədqiqatlar göstərmişdir ki, nadir torpaqlar yüksək temperaturda ərimiş poladda yaxşı təmizləyici təsir göstərir. Bunun səbəbi nadir torpaqların yüksək temperaturlu birləşmələr yaratmaq üçün ərimiş poladdakı oksigen və kükürd kimi zərərli elementlərlə reaksiya verə bilməsidir. Yüksək temperaturlu birləşmələr ərinmiş polad kondensasiya olunmazdan əvvəl daxilolmalar şəklində çökə bilər və boşaldılır və bununla da ərimiş poladda çirkin miqdarı azalır.
② Metamorfizm: digər tərəfdən, ərimiş poladda nadir torpağın oksigen və kükürd kimi zərərli elementlərlə reaksiyası nəticəsində yaranan oksidlər, sulfidlər və ya oksisulfidlər ərimiş poladda qismən saxlanıla bilər və yüksək ərimə nöqtəsi olan poladın daxilolmalarına çevrilə bilər. . Bu daxilolmalar ərinmiş poladın bərkiməsi zamanı heterojen nüvələşmə mərkəzləri kimi istifadə oluna bilər, beləliklə, poladın forma və strukturunu yaxşılaşdırır.
③ Mikroaloyinq: nadir torpaq əlavəsi daha da artırılarsa, yuxarıda göstərilən təmizlənmə və metamorfizm başa çatdıqdan sonra qalan nadir torpaq poladda həll olunacaq. Nadir torpağın atom radiusu dəmir atomundan daha böyük olduğundan, nadir torpaq daha yüksək səth aktivliyinə malikdir. Ərinmiş poladın bərkimə prosesi zamanı taxıl sərhədində nadir torpaq elementləri zənginləşdirilir ki, bu da taxıl sərhədində çirk elementlərinin ayrılmasını daha yaxşı azalda bilər, beləliklə bərk məhlulu gücləndirir və mikroaloyinq rolunu oynayır. Digər tərəfdən, nadir torpaqların hidrogen saxlama xüsusiyyətlərinə görə, onlar poladda hidrogeni udmaq qabiliyyətinə malikdir və bununla da poladın hidrogen kövrəkliyi fenomenini effektiv şəkildə yaxşılaşdırır.
④ Korroziyaya davamlılığın yaxşılaşdırılması: Nadir torpaq elementlərinin əlavə edilməsi poladın korroziyaya davamlılığını da yaxşılaşdıra bilər. Bunun səbəbi, nadir torpaqların paslanmayan poladdan daha yüksək özünü korroziya potensialına malik olmasıdır. Buna görə də, nadir torpaqların əlavə edilməsi paslanmayan poladın özünü korroziya potensialını artıra bilər və bununla da korroziv mühitdə poladın dayanıqlığını yaxşılaşdıra bilər.
2). Əsas Patent Araşdırması
Əsas patent: Çin Elmlər Akademiyası Metallar İnstitutu tərəfindən gücləndirilmiş aşağı aktivləşdirilmiş polad və onun hazırlanma üsulu ilə oksid dispersiyasının ixtira patenti
Patent mücərrəd: Füzyon reaktorları üçün uyğun olan oksid dispersiya ilə gücləndirilmiş aşağı aktivasiyalı polad və onun hazırlanma üsulu ilə təmin edilir, onunla xarakterizə olunur ki, aşağı aktivləşdirilmiş poladın ümumi kütləsində ərinti elementlərinin faizi: matris 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% və 0,05% ≤ Y2O3.
İstehsal prosesi: Fe-Cr-WV-Ta-Mn ana ərintisi əridilməsi, tozun atomlaşdırılması, ana ərintinin yüksək enerjili bilyalı frezelenmesi vəY2O3 nanohissəcikqarışıq toz, toz örtüyünün çıxarılması, bərkimə qəlibləmə, isti yayma və istilik müalicəsi.
Nadir torpaq əlavə üsulu: nanoölçülü əlavə edinY2O3yüksək enerjili bilyalı frezeleme üçün əsas ərintiyə hissəciklər atomlaşdırılmış toz, bilyalı freze mühiti Φ 6 və Φ 10 qarışıq sərt polad toplar, kürə frezeleme atmosferi 99,99% arqon qazı, top materialının kütlə nisbəti (8-) 10): 1, top frezeleme vaxtı 40-70 saat və fırlanma sürəti 350-500 r/dəq.
3）.Neytron radiasiyadan mühafizə materialları hazırlamaq üçün istifadə olunur
① Neytron şüalanmasından qorunma prinsipi
Neytronlar atom nüvələrinin komponentləridir, statik kütləsi 1,675 × 10-27 kq, elektron kütlədən 1838 dəfə çoxdur. Onun radiusu təqribən 0,8 × 10-15 m-dir, ölçüsünə görə protona bənzəyir, γ şüalarına bənzəyir, eyni dərəcədə yüksüzdür. Neytronlar maddə ilə qarşılıqlı əlaqədə olduqda, əsasən nüvənin daxilindəki nüvə qüvvələri ilə qarşılıqlı əlaqədə olurlar və xarici qabıqdakı elektronlarla qarşılıqlı əlaqədə olmurlar.
Nüvə enerjisinin və nüvə reaktoru texnologiyasının sürətli inkişafı ilə nüvə radiasiya təhlükəsizliyinə və nüvə radiasiyasından mühafizəyə getdikcə daha çox diqqət yetirilir. Uzun müddət radiasiya avadanlıqlarına texniki qulluq və qəzaların xilas edilməsi ilə məşğul olan operatorların radiasiyadan mühafizəsini gücləndirmək məqsədilə qoruyucu geyimlər üçün yüngül qoruyucu kompozitlərin hazırlanmasının böyük elmi əhəmiyyəti və iqtisadi əhəmiyyəti vardır. Neytron şüalanması nüvə reaktoru radiasiyasının ən mühüm hissəsidir. Ümumiyyətlə, insanlarla birbaşa təmasda olan neytronların əksəriyyəti nüvə reaktorunun daxilindəki struktur materialların neytron qoruyucu təsirindən sonra aşağı enerjili neytronlara qədər yavaşladı. Aşağı enerjili neytronlar daha az atom nömrəli nüvələrlə elastik şəkildə toqquşacaq və tənzimlənməyə davam edəcək. Moderasiya edilmiş termal neytronlar daha böyük neytron udma en kəsiyi olan elementlər tərəfindən udulacaq və nəhayət, neytron mühafizəsi əldə ediləcək.
② Əsas Patent Araşdırması
Məsaməli və üzvi-qeyri-üzvi hibrid xüsusiyyətlərinadir torpaq elementiqadoliniuməsaslı metal üzvi skelet materialları onların polietilenlə uyğunluğunu artırır, sintez edilmiş kompozit materialların daha yüksək qadolinium tərkibinə və gadolinium dispersiyasına malik olmasını təşviq edir. Yüksək gadolinium tərkibi və dispersiya kompozit materialların neytron qoruyucu performansına birbaşa təsir edəcəkdir.
Əsas patent: Hefei Material Elmləri İnstitutu, Çin Elmlər Akademiyası, gadolinium əsaslı üzvi çərçivə kompozit qoruyucu materialın ixtira patenti və onun hazırlanma üsulu
Patent xülasəsi: Qadolinium əsaslı metal üzvi skeletin kompozit qoruyucu materialı qarışdırılaraq əmələ gələn kompozit materialdır.qadolinium2:1:10 çəki nisbətində polietilen ilə əsaslı metal üzvi skelet materialı və onu həlledicinin buxarlanması və ya isti presləmə yolu ilə əmələ gətirir. Qadolinium əsaslı metal üzvi skelet kompozit qoruyucu materialları yüksək istilik sabitliyinə və termal neytrondan qorunma qabiliyyətinə malikdir.
İstehsal prosesi: fərqli seçimgadolinium metalduzlar və üzvi liqandlar müxtəlif növ qadolinium əsaslı metal üzvi skelet materiallarının hazırlanması və sintezi, sentrifuqa yolu ilə kiçik molekullar metanol, etanol və ya su ilə yuyulması və qalıq reaksiyaya girməmiş xammalın tam çıxarılması üçün vakuum şəraitində yüksək temperaturda aktivləşdirilməsi. gadolinium əsaslı metal üzvi skelet materiallarının məsamələrində; Mərhələdə hazırlanmış qadolinium əsaslı metal orqanik skelet materialı yüksək sürətlə və ya ultrasəs üsulu ilə polietilen losyonu ilə qarışdırılır və ya pillədə hazırlanmış qadolinium əsaslı metal orqanometal skelet materialı tam qarışana qədər yüksək temperaturda ultra yüksək molekulyar ağırlıqlı polietilenlə əridilir; Qadolinium əsaslı vahid şəkildə qarışdırılmış metal üzvi skelet materialını/polietilen qarışığını qəlibə qoyun və həlledicinin buxarlanmasını və ya isti presləməni təşviq etmək üçün qurudaraq əmələ gələn qadolinium əsaslı metal üzvi skelet kompozit qoruyucu materialı əldə edin; Hazırlanmış gadolinium əsaslı metal üzvi skelet kompozit qoruyucu material təmiz polietilen materiallarla müqayisədə istilik müqavimətini, mexaniki xüsusiyyətlərini və üstün termal neytron qoruyucu qabiliyyətini əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşdırmışdır.
Nadir torpaq əlavəsi rejimi: Gd2 (BHC) (H2O) 6, Gd (BTC) (H2O) 4 və ya Gd (BDC) 1.5 (H2O) 2 tərkibində gadolinium olan məsaməli kristal koordinasiya polimeri, koordinasiya polimerləşməsi ilə əldə edilir.Gd (NO3) 3 • 6H2O və ya GdCl3 • 6H2Ovə üzvi karboksilat liqand; Qadolinium əsaslı metal üzvi skelet materialının ölçüsü 50nm-2 μ m-dir； Qadolinium əsaslı metal üzvi skelet materialları müxtəlif morfologiyalara malikdir, o cümlədən dənəvər, çubuqşəkilli və ya iynə formalı formalar.
（4） tətbiqiSkandiumradiokimya və nüvə sənayesində
Skandium metalı yaxşı istilik sabitliyinə və güclü flüor udma performansına malikdir, bu da onu atom enerjisi sənayesində əvəzolunmaz bir material halına gətirir.
Əsas patent: Çin Aerokosmik İnkişafı Pekin Aviasiya Materialları İnstitutu, alüminium sink maqnezium skandium ərintisi üçün ixtira patenti və onun hazırlanma üsulu
Patent xülasəsi: Alüminium sinkmaqnezium skandium ərintisivə onun hazırlanması üsulu. Alüminium sink maqnezium skandium ərintinin kimyəvi tərkibi və çəki faizi: Mg 1.0% -2.4%, Zn 3.5% -5.5%, Sc 0.04% -0.50%, Zr 0.04% -0.35%, çirkləri Cu ≤ 0.2%, Si ≤ 0,35%, Fe ≤ 0,4%, digər çirkləri tək ≤ 0,05%, digər çirkləri cəmi ≤ 0,15%, qalan məbləğ isə Al-dır. Bu alüminium sink maqnezium skandium ərintisi materialının mikro strukturu vahiddir və performansı sabitdir, 400MPa-dan çox olan son dartılma gücü, 350MPa-dan çox axma gücü və qaynaqlı birləşmələr üçün 370MPa-dan çox dartılma gücü ilə. Material məhsullar aerokosmik, nüvə sənayesi, nəqliyyat, idman malları, silahlar və digər sahələrdə struktur elementləri kimi istifadə edilə bilər.
İstehsal prosesi: Addım 1, yuxarıdakı ərinti tərkibinə uyğun tərkib hissəsi; Addım 2: Əritmə sobasında 700 ℃ ~ 780 ℃ temperaturda əridin; Addım 3: Tamamilə ərimiş metal mayeni təmizləyin və emal zamanı metal temperaturunu 700 ℃ ~ 750 ℃ aralığında saxlayın; Addım 4: Təmizləndikdən sonra onun tam dayanmasına icazə verilməlidir; Addım 5: Tam dayandıqdan sonra tökməyə başlayın, sobanın temperaturunu 690 ℃ ~ 730 ℃ aralığında saxlayın və tökmə sürəti 15-200 mm/dəqiqədir; Addım 6: homogenləşmə temperaturu 400 ℃ ~ 470 ℃ olan qızdırıcı sobada ərinti külçəsi üzərində homogenləşmə yumşaldıcı müalicəsini həyata keçirin; Addım 7: Homojenləşdirilmiş külçəni soyun və divar qalınlığı 2,0 mm-dən çox olan profillər hazırlamaq üçün isti ekstruziya edin. Ekstruziya prosesi zamanı iş parçası 350 ℃ ilə 410 ℃ temperaturda saxlanılmalıdır; Addım 8: Məhlulun söndürülməsi müalicəsi üçün profili sıxın, məhlulun temperaturu 460-480 ℃; Addım 9: 72 saatlıq bərk məhlulun söndürülməsindən sonra əl ilə yaşlanmaya məcbur edin. Əllə güclə yaşlanma sistemi: 90~110 ℃/24 saat+170~180 ℃/5 saat və ya 90~110 ℃/24 saat+145~155 ℃/10 saat.
5, Tədqiqat Xülasəsi
Bütövlükdə, nadir torpaqlar nüvə sintezində və nüvə parçalanmasında geniş istifadə olunur və rentgen şüalarının həyəcanlandırılması, plazma əmələ gəlməsi, yüngül su reaktoru, transuran, uranil və oksid tozu kimi texniki istiqamətlərdə bir çox patent planlarına malikdir. Reaktor materiallarına gəldikdə, nadir torpaqlar reaktorun struktur materialları və əlaqəli keramika izolyasiya materialları, nəzarət materialları və neytron radiasiyadan mühafizə materialları kimi istifadə edilə bilər.
Göndərmə vaxtı: 26 may 2023-cü il