1、 Material nuklearren definizioa
Zentzu zabalean, material nuklearra industria nuklearrean eta ikerketa zientifiko nuklearrean soilik erabiltzen diren materialetarako termino orokorra da, erregai nuklearra eta ingeniaritza nuklearreko materialak barne, hots, erregai nuklearrak ez diren materialak.
Material nuklearrak normalean erreaktorearen hainbat ataletan erabiltzen diren materialak aipatzen ditu, erreaktorearen materialak bezala ere ezagutzen direnak. Erreaktoreen materialen artean, neutroien bonbardaketapean fisio nuklearra jasaten duen erregai nuklearra, erregai nuklearren osagaien estaldura-materialak, hozgarriak, neutroi moderatzaileak (moderatzaileak), neutroiak biziki xurgatzen dituzten kontrol-materialak eta erreaktoretik kanpo neutroi-ihesak saihesten dituzten material islatzaileak dira.
2、 Lur arraroen baliabideen eta baliabide nuklearren arteko harremana
Monazita, fosfozerita eta fosfozerita ere deitzen zaio, mineral osagarri arrunta da tarteko azidozko arroka igneoetan eta metamorfikoetan. Monazita lurreko metal arraroen mineral nagusietako bat da, eta arroka sedimentario batzuetan ere badago. Marroi gorria, horia, batzuetan horia arrea, distira koipetsua, mozketa osoa, Mohs-en gogortasuna 5-5,5 eta 4,9-5,5eko grabitate espezifikoa.
Txinako placer motako lur arraroen gordailu batzuen mineral nagusia monazita da, batez ere Tongcheng, Hubei, Yueyang, Hunan, Shangrao, Jiangxi, Menghai, Yunnan eta He County, Guangxi-n kokatua. Hala ere, placer motako lur arraroen baliabideak erauzteak askotan ez du garrantzi ekonomikorik. Harri bakartiek sarritan torio elementu erreflexiboak izaten dituzte eta plutonio komertzialaren iturri nagusia ere badira.
3、 Lur arraroen aplikazioaren ikuspegi orokorra fusio nuklearrean eta fisio nuklearrean patenteen analisi panoramikoan oinarrituta
Lur arraroen bilaketa-elementuen gako-hitzak guztiz zabaldu ondoren, fisio nuklearraren eta fusio nuklearraren hedapen-gako eta sailkapen-zenbakiekin konbinatzen dira eta Incopt datu-basean bilatzen dira. Bilaketa-data 2020ko abuztuaren 24a da. 4837 patente lortu ziren familia-bategite soilaren ondoren, eta 4673 patente zehaztu ziren zarata artifizialaren murrizketa ondoren.
Fisio nuklearraren edo fusio nuklearraren alorreko lur arraroen patenteen eskaerak 56 herrialde/eskualdetan banatzen dira, batez ere Japonian, Txinan, Estatu Batuetan, Alemanian eta Errusian, etab. Patente kopuru handia aplikatzen da PCT moduan. , eta horietatik Txinako patenteen teknologiaren aplikazioak handitzen ari dira, batez ere 2009az geroztik, hazkunde azkarreko fasean sartuta, eta Japoniak, Estatu Batuak eta Errusiak urte askotan jarraitu dute esparru honetan diseinua egiten (1. irudia).
1. irudia Fisio nuklearrean eta fusio nuklearrean lur arraroen aplikazioarekin lotutako patente teknologikoen aplikazio joera herrialde/eskualdeetan
Gai teknikoen azterketatik ikus daiteke lur arraroen aplikazioa fusio nuklearrean eta fisio nuklearrean erregai-elementuetan, txintilgailuetan, erradiazio-detektagailuetan, aktinidoetan, plasmetan, erreaktore nuklearretan, blindaje-materialetan, neutroi-xurgapenean eta beste norabide teknikoetan oinarritzen dela.
4、 Material nuklearretan lur arraroen elementuen aplikazio espezifikoak eta patenteen ikerketa
Horien artean, material nuklearretan fusio nuklearra eta fisio nuklearraren erreakzioak biziak dira, eta materialen eskakizunak zorrotzak dira. Gaur egun, potentzia-erreaktoreak fisio-erreaktore nuklearrak dira batez ere, eta fusio-erreaktoreak eskala handian ezagutarazi daitezke 50 urteren buruan. ren aplikazioalur arraroaerreaktorearen egitura-materialetako elementuak; Eremu kimiko nuklear espezifikoetan, lur arraroen elementuak kontrol-barratan erabiltzen dira batez ere; Horrez gain,eskandioaerradiokimikan eta industria nuklearrean ere erabili izan da.
(1) Pozoi erregai edo kontrol haga gisa neutroi maila eta erreaktore nuklearraren egoera kritikoa doitzeko
Potentzia-erreaktoreetan, nukleo berrien hasierako hondar-erreaktibotasuna nahiko altua da orokorrean. Batez ere lehen erregai-zikloaren hasierako faseetan, nukleoko erregai nuklear guztia berria denean, gainerako erreaktibotasuna da altuena. Une honetan, hondar-erreaktibotasuna konpentsatzeko kontrol-barrak handitzean soilik fidatzea kontrol-barra gehiago sartuko lirateke. Kontrol-hastaka (edo haga-sorta) bakoitza gidatzeko mekanismo konplexu baten sarrerari dagokio. Alde batetik, horrek kostuak areagotzen ditu, eta, bestetik, presio-ontziaren buruan zuloak irekitzeak egitura-ersistentzia gutxitzea ekar dezake. Ez da ekonomikoa ez ezik, ez da onartzen presio-ontziaren buruan porositate eta egiturazko erresistentzia kopuru jakin bat izatea. Hala ere, kontrol-barrak handitu gabe, beharrezkoa da konpentsazio kimikoko toxinak (adibidez, azido borikoa) kontzentrazioa areagotu, gainerako erreaktibotasuna konpentsatzeko. Kasu honetan, erraza da boro-kontzentrazioa atalasea gainditzea, eta moderatzailearen tenperatura-koefizientea positiboa izango da.
Aipatutako arazoak ekiditeko, toxina erregaien, kontrol-barrak eta konpentsazio kimikoen kontrolaren konbinazioa erabil daiteke, oro har, kontrolerako.
（2） Erreaktoreen egitura-materialen errendimendua hobetzeko dopatzaile gisa
Erreaktoreek egitura-osagaiek eta erregai-elementuek nolabaiteko erresistentzia, korrosioarekiko erresistentzia eta egonkortasun termiko handia izan behar dituzte, eta, aldi berean, fisio-produktuak hozgarrian sartzea eragozten dute.
1) .Lur arraroen altzairua
Erreaktore nuklearrak muturreko baldintza fisiko eta kimikoak ditu, eta erreaktorearen osagai bakoitzak ere baldintza handiak ditu erabiltzen den altzairu berezirako. Lur arraroen elementuek aldaketa efektu bereziak dituzte altzairuan, batez ere arazketa, metamorfismoa, mikroaleazioa eta korrosioarekiko erresistentzia hobetzea barne. Lur arraroak dituzten altzairuak ere asko erabiltzen dira erreaktore nuklearretan.
① Arazketa-efektua: Dauden ikerketek frogatu dute lur arraroek arazteko efektu ona dutela altzairu urtuetan tenperatura altuetan. Hau da, lur arraroek altzairu urtutako oxigenoarekin eta sufrea bezalako elementu kaltegarriekin erreakzionatu dezaketelako tenperatura altuko konposatuak sortzeko. Tenperatura altuko konposatuak hauspeatu eta deskargatu daitezke inklusio moduan altzairu urtua kondentsatu baino lehen, horrela altzairu urtuaren ezpurutasun-edukia murriztuz.
② Metamorfismoa: bestalde, urtutako altzairuan lur arraroek oxigenoa eta sufrea bezalako elementu kaltegarriekin erreakzioaren ondorioz sortutako oxidoak, sulfuroak edo oxisulfuroak altzairu urtuan partzialki atxiki daitezke eta urtze-puntu altua duten altzairuaren inklusio bihur daitezke. . Inklusio hauek altzairu urtua solidotzean nukleazio-zentro heterogeneo gisa erabil daitezke, horrela altzairuaren forma eta egitura hobetuz.
③ Mikroaleazioa: lur arraroen gehikuntza gehiago handitzen bada, gainerako lur arraroak altzairuan disolbatu egingo dira goiko arazketa eta metamorfismoa amaitu ondoren. Lur arraroen erradio atomikoa burdin atomoena baino handiagoa denez, lur arraroek gainazaleko jarduera handiagoa dute. Altzairu urtuaren solidotze-prozesuan, lur arraroen elementuak aberasten dira ale-mugan, eta horrek ezpurutasun-elementuen bereizketa hobeki murrizten du ale-mugan, horrela soluzio solidoa indartuz eta mikroaleazio-funtzioa betez. Bestalde, lur arraroen hidrogenoa biltegiratzeko ezaugarriak direla eta, hidrogenoa xurga dezakete altzairuan, eta, horrela, altzairuaren hidrogenoaren haustura-fenomenoa eraginkortasunez hobetzen dute.
④ Korrosioarekiko erresistentzia hobetzea: lur arraroen elementuak gehitzeak altzairuaren korrosioarekiko erresistentzia ere hobe dezake. Hau da, lur arraroek altzairu herdoilgaitzak baino autokorrosio-potentzial handiagoa dutelako. Hori dela eta, lur arraroak gehitzeak altzairu herdoilgaitzaren auto-korrosio-potentziala areagotu dezake, eta, horrela, altzairuaren egonkortasuna hobetu daiteke komunikabide korrosiboetan.
2). Gako Patenteen Azterketa
Gako patentea: aktibazio baxuko altzairu sendotutako oxido-sakabanaketa baten asmakuntza-patentea eta bere prestatzeko metodoa Metalen Institutuak, Txinako Zientzia Akademiak.
Patenteen laburpena: fusio-erreaktoreetarako eta bere prestatzeko metodorako egokia den oxido-sakabanaketa indartutako aktibazio baxuko altzairua eskaintzen da, aktibazio baxuko altzairuaren masa osoan aleazio-elementuen ehunekoa honako hau delarik: matrizea Fe da, % 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 eta % 0,05 ≤ Y2O3 ≤ % 0,5.
Fabrikazio prozesua: Fe-Cr-WV-Ta-Mn aleazio ama galdaketa, hauts atomizazioa, aleazio amaren energia handiko bola fresatzea etaY2O3 nanopartikulahauts mistoa, hauts-erauzketa inguratzailea, solidotze moldaketa, ijezketa beroa eta tratamendu termikoa.
Lur arraroak gehitzeko metodoa: Gehitu nanoeskalaY2O3aleazio nagusiko hauts atomizatuari partikulak energia handiko bola fresatzeko, bola fresatzeko bitartekoa Φ 6 eta Φ 10 altzairu gogorreko bola mistoak izanik, bola fresatzeko atmosferarekin % 99,99 argon gasarekin, bola-materialaren masa-erlazioa (8-). 10): 1, 40-70 orduko bola fresatzeko denbora eta 350-500 r/min-ko biraketa-abiadura.
3）.Erradiazio neutroien babeserako materialak egiteko erabiltzen da
① Neutroien erradiazioen babesaren printzipioa
Neutroiak nukleo atomikoen osagaiak dira, 1,675 × 10-27 kg-ko masa estatikoa dutenak, hau da, masa elektronikoaren 1838 aldiz. Bere erradioa gutxi gorabehera 0,8 × 10-15 m-koa da, protoi baten antzekoa, γ Izpiak berdin kargatu gabe daude. Neutroiak materiarekin elkarreragiten dutenean, batez ere nukleoaren barneko indar nuklearrekin elkarreragin egiten dute, eta ez dute elkarreragina kanpoko oskoleko elektroiekin.
Energia nuklearraren eta erreaktore nuklearren teknologiaren garapen azkarrarekin, gero eta arreta handiagoa jarri zaio erradiazio nuklearraren segurtasunari eta erradiazio nuklearraren babesari. Erradiazio-ekipoen mantentze-lanetan eta istripuen erreskatean denbora luzez diharduten operadoreen erradiazio-babesa indartzeko, garrantzi zientifiko eta balio ekonomiko handikoa da babes arropetarako blindaje arin konposatuak garatzea. Neutroien erradiazioa erreaktore nuklearren erradiazioen zatirik garrantzitsuena da. Orokorrean, gizakiekin zuzeneko kontaktuan dauden neutroi gehienak energia baxuko neutroietara moteldu egin dira, erreaktore nuklearraren barruko egiturazko materialen neutroien babes-efektuaren ondoren. Energia baxuko neutroiek elastikoki talka egingo dute zenbaki atomiko txikiagoa duten nukleoekin eta moderatuta jarraituko dute. Neutroi termiko moderatuak neutroien xurgapen sekzio handiagoa duten elementuek xurgatuko dituzte, eta, azkenik, neutroien blindajea lortuko da.
② Gako Patenteen Azterketa
-ren propietate hibrido porotsuak eta organiko-inorganikoaklur arraroen elementuagadolinioaOinarritutako metalezko hezurdura organikoko materialek polietilenoarekin duten bateragarritasuna areagotzen dute, sintetizatutako material konposatuek gadolinio-eduki handiagoa eta gadolinio-dispertsioa izan dezaten sustatuz. Gadolinio-edukia eta sakabanaketa altuak zuzenean eragingo dute material konposatuen neutroien babes-errendimenduan.
Gako patentea: Hefei Material Zientzien Institutua, Txinako Zientzien Akademia, gadolinioan oinarritutako marko konpositeen blindaje-materialaren asmakuntza-patentea eta bere prestatzeko metodoa
Patenteen laburpena: Gadolinioan oinarritutako eskeleto organiko metalezko konposatu blindaje materiala nahastuz sortutako material konposatua da.gadolinioaOinarritutako metal hezurdura organikoko materiala polietilenoarekin 2:1:10 pisu-erlazioan eta disolbatzaileen lurrunketa edo bero-presio bidez osatuz. Gadolinioan oinarritutako eskeleto organiko metalezko konpositeen blindaje materialek egonkortasun termiko handia eta neutroi termikoen babesteko gaitasun handia dute.
Fabrikazio prozesua: desberdinak hautatzeagadolinio metalikoagatz eta ligando organikoak gadolinioan oinarritutako metal hezurdura organikoko material mota desberdinak prestatu eta sintetizatzeko, metanol, etanol edo ur molekula txikiekin garbituz zentrifugazio bidez, eta tenperatura altuan aktibatzen huts-baldintzetan, erreakzionatu gabeko lehengaiak guztiz kentzeko. gadolinioan oinarritutako metal hezurdura organikoko materialen poroetan; Urratsean prestatutako gadolinio-oinarritutako eskeleto organometalikoko materiala polietilenozko ukenduarekin nahasten da abiadura handian, edo ultrasoinu bidez, edo urratsean prestatutako gadolinio-oinarritutako eskeleto organometalikoko materiala urtzen da pisu molekular ultra handiko polietilenoarekin tenperatura altuan nahastu arte; Jarri uniformeki nahastutako gadoliniozko metalezko hezurdura organikoko materiala/polietilenozko nahasketa moldean eta lortu osatutako gadoliniozko metal organikoko hezurdura konposatuaren babes-materiala lehortuz, disolbatzaileen lurrunketa edo beroa prentsatzeko; Prestatutako gadolinioan oinarritutako eskeleto organikoko metalezko hezurdura konposatuaren babes-materialak nabarmen hobetu ditu bero-erresistentzia, propietate mekanikoak eta neutroi termikoen babes-gaitasun handiagoa polietilenozko material hutsekin alderatuta.
Lur arraroen gehitzeko modua: Gd2 (BHC) (H2O) 6, Gd (BTC) (H2O) 4 edo Gd (BDC) 1,5 (H2O) 2 gadolinioa duen koordinazio polimero kristalino porotsua, koordinazio polimerizazioaren bidez lortzen dena.Gd (NO3) 3 • 6H2O edo GdCl3 • 6H2Oeta karboxilato ligando organikoa; Gadolinioan oinarritutako metal hezurdura organikoaren materialaren tamaina 50nm-2 μm-koa da; Gadolinioan oinarritutako metal hezurdura organikoko materialek morfologia desberdinak dituzte, pikordun, hagaxka edo orratz formako formak barne.
（4） AplikazioaEskandioaErradiokimikan eta industria nuklearrean
Eskandio metalak egonkortasun termiko ona eta fluoraren xurgapenaren errendimendu handia du, energia atomikoaren industrian ezinbesteko material bihurtuz.
Gako patentea: China Aerospace Development Beijing Institute of Aeronautical Materials, asmakizun patentea aluminiozko zink magnesio eskandio aleazio baten eta bere prestatzeko metodoa
Patenteen laburpena: Aluminiozko zinkamagnesio eskandio aleazioaeta bere prestatzeko metodoa. Aluminiozko zink magnesio eskandio aleazioaren konposizio kimikoa eta pisu-ehunekoa hauek dira: Mg 1,0% -2,4%, Zn 3,5% -5,5%, Sc 0,04% -0,50%, Zr 0,04% -0,35%, ezpurutasunak Cu ≤ 0,2%, Si ≤ 0,35%, Fe ≤ 0,4%, beste ezpurutasun batzuk bakarra ≤% 0,05, beste ezpurutasun batzuk guztira ≤% 0,15, eta gainerako zenbatekoa Al da. Aluminiozko zink magnesio eskandio aleazioko material honen mikroegitura uniformea da eta bere errendimendua egonkorra da, 400MPa baino gehiagoko azken trakzio-erresistentzia, 350MPa baino gehiagoko erresistentzia eta 370MPa baino gehiagoko trakzio-erresistentzia soldatutako juntagailuetarako. Produktu materialak egitura-elementu gisa erabil daitezke aeroespazialean, industria nuklearrean, garraioan, kirol-gaietan, armen eta beste esparru batzuetan.
Fabrikazio prozesua: 1. urratsa, goiko aleazio-konposizioaren araberako osagaia; 2. urratsa: urtu urtzeko labean 700 ℃ ~ 780 ℃ tenperaturan; 3. urratsa: findu guztiz urtutako metal-likidoa, eta mantendu metalaren tenperatura 700 ℃ ~ 750 ℃ artean fintzean; 4. urratsa: findu ondoren, guztiz geldirik egon behar da; 5. urratsa: Guztiz zutik egon ondoren, hasi galdaketa, mantendu labearen tenperatura 690 ℃ ~ 730 ℃ tartean, eta galdaketa abiadura 15-200 mm/minutuko da; 6. urratsa: Egin homogeneizazio tratamendua berokuntza-labean aleazio lingotean, 400 ℃ ~ 470 ℃ homogeneizazio tenperaturarekin; 7. urratsa: zuritu lingote homogeneizatua eta egin bero-estrusioa 2,0 mm-tik gorako hormaren lodiera duten profilak sortzeko. Estrusio prozesuan, totxoa 350 ℃ eta 410 ℃ arteko tenperaturan mantendu behar da; 8. urratsa: estutu disoluzioa itzaltzeko tratamendurako profila, 460-480 ℃ disoluzio tenperaturarekin; 9. urratsa: 72 ordu soluzio solidoa itzali ondoren, eskuz behartu zahartzea. Eskuzko indar zahartze sistema hau da: 90~110 ℃/24 ordu+170~180 ℃/5 ordu, edo 90~110 ℃/24 ordu+145~155 ℃/10 ordu.
5、 Ikerketaren Laburpena
Oro har, lur arraroak oso erabiliak dira fusio nuklearrean eta fisio nuklearrean, eta patente asko dituzte norabide teknikoetan, hala nola, X izpien kitzikapena, plasma eraketa, ur arineko erreaktorea, transuranioa, uraniloa eta oxido hautsa. Erreaktoreen materialei dagokienez, lur arraroak erreaktoreen egiturazko material gisa eta erlazionatutako zeramikazko isolamendu-material gisa erabil daitezke, kontrol-materialak eta neutroien erradiazio-babeserako material gisa.
Argitalpenaren ordua: 2023-05-26