Serîlêdana Hêmanên Erdê yên Nadir di Materyalên Nukleer de

1, Pênaseya Materyalên Nukleerî

Materyalên nukleerî bi wateyeke berfireh têgîna giştî ye ji bo materyalên ku bi taybetî di pîşesaziya nukleerî û lêkolînên zanistî yên nukleerî de têne bikar anîn, di nav de sotemeniya nukleerî û materyalên endezyariya nukleerî, ango madeyên sotemeniya atomî.

Bi gelemperî ji materyalên nukleer re têne binav kirin bi gelemperî materyalên ku di beşên cihêreng ên reaktorê de têne bikar anîn, ku wekî materyalên reaktorê jî têne zanîn vedibêjin. Materyalên reaktorê sotemeniya nukleerî ya ku di bin bomberdûmana neutronê de parçebûna nukleerî derbas dibe, materyalên pêçanê yên ji bo pêkhateyên sotemeniya nukleerî, sarker, moderatorên neutronê (moderator), materyalên rodên kontrolê yên ku bi xurtî neutronan vedigirin, û materyalên refleksker ên ku pêşî li rijandina neutronê li derveyî reaktorê digirin, digirin.

2, Têkiliya hevbeş di navbera çavkaniyên erdên kêm û çavkaniyên nukleer de

Monazite, ku jê re fosfocerît û fosfocerît jî tê gotin, mîneralek alîkar a hevpar e di kevirê agirîn û kevirê metamorfîk de. Monazît yek ji mîneralên sereke yên kanzaya metalê ya hindik axê ye, û di hin zinaran de jî heye. Sorê qehweyî, zer, carinan jî zer qehweyî, bi şewqek rûn, perçebûnek tam, hişkiya Mohs 5-5,5, û giraniya taybetî 4,9-5,5.

Mînerala sereke ya hin depoyên erdên kêm ên celebê placer li Chinaînê monazît e, ku bi giranî li Tongcheng, Hubei, Yueyang, Hunan, Shangrao, Jiangxi, Menghai, Yunnan, û He County, Guangxi ye. Lêbelê, derxistina çavkaniyên erdê kêm ên celebê placer bi gelemperî girîngiya aborî nîne. Kevirên tenê bi gelemperî hêmanên thorium refleksîf hene û di heman demê de çavkaniya sereke ya plutonium bazirganî ne.

3, Nêrînek li ser sepana erdê hindik di fusiona nukleerî û veqetandina navokî de li ser bingeha analîza panoramîkî ya patentê

Piştî ku peyvên sereke yên hêmanên lêgerînê yên erdê kêm bi tevahî têne berfireh kirin, ew bi bişkojkên berfirehkirinê û hejmarên dabeşkirinê yên veqetandina navokî û hevgirtina navokî re têne hev kirin, û di databasa Incopt de têne lêgerîn. Dîroka lêgerînê 24ê Tebaxa 2020-an e. 4837 patent piştî yekbûna malbatê ya sade hatin bidestxistin, û 4673 patentan piştî kêmkirina dengê sûnî hatin destnîşankirin.

Serîlêdanên patentên erdê yên kêm di warê veqetandina nukleerî an jî hevgirtina nukleerî de li 56 welat/herêman têne belav kirin, bi giranî li Japonya, Çîn, Dewletên Yekbûyî, Almanya û Rûsya, hwd. , ya ku serîlêdanên teknolojiya patenta Chineseînî her ku diçe zêde dibin, nemaze ji sala 2009-an û vir ve, ketin qonaxek mezinbûna bilez, û Japonya, Dewletên Yekbûyî û Rûsya di vê yekê de nexşerêya xwe berdewam kirin. zeviyê gelek salan (Wêne 1).

Figure 1 Meyla serîlêdanê ya patentên teknolojiyê yên têkildarî serîlêdana erdê kêm di fişka nukleerî û fusion nukleerî de li welat / herêman

Ji vekolîna mijarên teknîkî tê dîtin ku sepana erdê kêm di fusiona navokî û veqetandina navokî de balê dikişîne ser hêmanên sotemeniyê, sîntilator, detektorên radyasyonê, aktînîd, plazma, reaktorên nukleerî, materyalên parastinê, vegirtina neutron û rêwerzên teknîkî yên din.

4, Serîlêdanên Taybet û Lêkolîna Patenta Key ya Hêmanên Erdê yên Nadir di Materyalên Nukleerî de

Di nav wan de, reaksiyonên fusiona nukleerî û veqetandina navokî di materyalên nukleer de dijwar in, û hewcedariyên materyalan hişk in. Heya nuha, reaktorên hêzê bi gelemperî reaktorên veqetandina nukleerî ne, û reaktorên fusionê piştî 50 salan dibe ku di astek mezin de bêne populer kirin. Serlêdana jierda nadirhêmanên di materyalên strukturel ên reaktorê de; Di zeviyên kîmyewî yên nukleerî yên taybetî de, hêmanên erdê yên nadir bi giranî di darên kontrolê de têne bikar anîn; Herwisa,scandiumdi radyokîmya û pîşesaziya nukleer de jî hatiye bikaranîn.

(1) Wek jehra şewitandî an çolê kontrolê ku asta neutronê û rewşa krîtîk a reaktora nukleerê rast bike

Di reaktorên hêzê de, reaktîvîteya mayî ya destpêkê ya korên nû bi gelemperî bi gelemperî pir zêde ye. Bi taybetî di qonaxên destpêkê yên çerxa yekem a sotemeniyê de, dema ku hemî sotemeniya navokî di naverkê de nû ye, reaktîvîteya mayî ya herî bilind e. Di vê nuqteyê de, bi tenê li ser zêdekirina rodên kontrolê ji bo telafîkirina reaktîvîteya mayî dê darên kontrolê bêtir destnîşan bikin. Her çîçeka kontrolê (an çîçeka rodê) bi danasîna mekanîzmayek ajotinê ya tevlihev re têkildar e. Ji aliyekî ve, ev lêçûn zêde dike, û ji hêla din ve, vekirina kunên di serê keştiya zextê de dikare bibe sedema kêmbûna hêza avahîsaziyê. Ew ne tenê neaborî ye, lê di heman demê de destûr nayê dayîn ku li ser serê keştiya zextê hin hûrgulî û hêza avahîsaziyê hebe. Lêbelê, bêyî zêdekirina darên kontrolê, pêdivî ye ku meriv giraniya toksînên telafîker ên kîmyewî (wek asîdê boric) zêde bike da ku berteka mayî telafî bike. Di vê rewşê de, hêsan e ku hûrbûna boronê ji bendê derbas bike, û rêjeya germahiya moderator dê erênî bibe.

Ji bo ku ji pirsgirêkên jorîn dûr nekevin, bi gelemperî ji bo kontrolê dikare tevliheviyek ji toksînên şewitandî, çîpên kontrolê, û kontrolkirina tezmînata kîmyewî were bikar anîn.

(2) Wekî dopantek ku performansa materyalên avahîsaziya reaktorê zêde dike

Reaktor ji hêmanên avahîsaziyê û hêmanên sotemeniyê hewce ne ku xwedan astek hêz, berxwedana korozyonê, û îstîqrara germî ya bilind bin, di heman demê de rê nadin ku hilberên perçebûnê bikevin hundurê sarkerê.

1) .Pola erda nadir

Reaktora nukleer xwedan şert û mercên giran ên fîzîkî û kîmyewî ye, û her pêkhateyek reaktorê jî ji bo pola taybetî ya ku tê bikar anîn hewcedariyên mezin hene. Hêmanên erdê yên hindik bandorên guheztinê yên taybetî yên li ser pola hene, bi taybetî di nav de paqijkirin, metamorfîzm, mîkroaloybûn, û baştirkirina berxwedana korozyonê. Di reaktorên nukleerî de jî bi berfirehî polayên ku di nav erdên nadir de hene têne bikar anîn.

① Bandora paqijkirinê: Lêkolînên heyî destnîşan kirin ku erdên nadir di germahiyên bilind de li ser pola şilandî bandorek paqijkirina baş heye. Ev e ji ber ku erdên nadir dikarin bi hêmanên zirardar ên wekî oksîjen û kelûmê di pola şilkirî re reaksiyonê bikin da ku pêkhateyên germahiya bilind biafirînin. Berhevokên germahiya bilind berî ku pola şilandî biqelişe, dikarin di forma tevlêbûnê de werin rijandin û derxistin, bi vî rengî naveroka nepakiyê di pola şilandî de kêm bikin.

② Metamorfîzm: Ji aliyek din ve, oksîd, sulfîd an oksîsulfîdên ku ji ber reaksiyona axa hindik a di pola şilandî de bi hêmanên zirardar ên wekî oksîjen û sulfur re têne hilberandin, dikarin qismî di pola şilandî de werin hilanîn û bibin nav pola bi xala helînê ya bilind. . Van tevlêbûnê dikarin wekî navendên nûjenkirina heterojen di dema hişkbûna pola şilandî de werin bikar anîn, bi vî rengî şekl û strukturên pola baştir dikin.

③ Microalloying: heke lêzêdekirina erda nadir bêtir were zêdekirin, piştî ku paqijkirina jorîn û metamorfîzm qediya, zemîna nadir a mayî dê di pola de were hilweşandin. Ji ber ku tîrêja atomê ya erda nadir ji ya atoma hesin mezintir e, zemîna nadir xwedan çalakiya rûkalê bilindtir e. Di dema pêvajoya zexmkirina pola şilandî de, hêmanên erdê yên nadir li sînorê genim têne dewlemend kirin, ku çêtir dikare veqetandina hêmanên nepakiyê li sînorê genim kêm bike, bi vî rengî çareseriya zexm xurt dike û rola mîkroaloybûnê dileyize. Ji hêla din ve, ji ber taybetmendiyên hilanîna hîdrojenê yên erdên nadir, ew dikarin hîdrojenê di pola de hilînin, bi vî rengî fenomena şilbûna hîdrojenê ya pola bi bandor baştir dikin.

④ Başkirina berxwedana korozyonê: Zêdekirina hêmanên erdê yên nadir jî dikare berxwedana korozyonê ya pola jî baştir bike. Ev ji ber ku erdên nadir ji pola zengarnegir xwedî potansiyela xwe-korozyonê ya bilindtir e. Ji ber vê yekê, lêzêdekirina erdên nadir dikare potansiyela xweya korozyonê ya pola zengarnegir zêde bike, bi vî rengî îstîqrara pola di medyaya korozîf de baştir bike.

2). Lêkolîna Patentê ya Key

Patenta sereke: patenta dahênanê ya belavkirina oksîdê ku pola kêm-aktîvkirî xurt kir û rêbaza amadekirina wê ji hêla Enstîtuya Metalan, Akademiya Zanistî ya Chineseînî ve.

Kurteya Patentê: Ji bo reaktorên fusionê û rêbaza amadekirina wê pola bi belavkirina oksîdê tê bihêzkirin, ku ji bo reaktorên fusionê û awayê amadekirina wê tête bihêz kirin, tê destnîşan kirin ku rêjeya hêmanên alloyê di girseya giştî ya pola çalakkirina kêm de ev e: matrix Fe ye, 0,08% ≤ C ≤ 0,15%, 8,0% ≤ Kr ≤ 10,0%, 1,1% ≤ W ≤ 1,55%, 0,1% ≤ V ≤ 0,3%, 0,03% ≤ Ta ≤ 0,2%, 0,1 ≤ Mn ≤ 0,6%, û 0,05% ≤ Y2O3 ≤ 0,5%.

Pêvajoya çêkirinê: Şilandina alloya dayikê ya Fe-Cr-WV-Ta-Mn, atomkirina toz, rijandina topa bi enerjiya bilind a alloya dayikê ûNanoparçeya Y2O3toza tevlihev, derxistina dorpêçkirina tozê, şilkirina zexmkirin, germkirina germ, û dermankirina germê.

Rêbaza zêdekirina erdê kêm: Nanopîvana zêde bikinY2O3perçeyên ji alema dêûbavê toza atomîkirî ya ji bo rijandina topê ya bi enerjiya bilind, digel ku navgîna pelçiqandina topê Φ 6 û Φ 10 topên pola yên hişk ên tevlihev e, bi atmosferek topkirinê ya ji %99,99 gaza argon, rêjeya girseya materyalê ya topê ya (8- 10): 1, dema rijandina topa 40-70 demjimêran, û leza zivirînê 350-500 r/min.

3）.Ji bo çêkirina materyalên parastina tîrêjên neutronê tê bikar anîn

① Prensîba parastina tîrêjê ya neutron

Notron pêkhateyên navokên atomê ne, ku girseya wan a statîk 1,675 × 10-27 kg e, ku 1838 caran ji girseya elektronîkî ye. Radyoya wê bi qasî 0,8 × 10-15 m ye, bi mezinahiyê dişibihe protonekê, dişibihe Tîrêjên γ bi heman rengî bê bar in. Dema ku notron bi maddeyê re tevdigerin, ew bi giranî bi hêzên nukleerî yên li hundurê navokê re tevdigerin, û bi elektronên di qalika derve re nakevin têkiliyê.

Bi pêşkeftina bilez a enerjiya nukleerî û teknolojiya reaktora nukleerî, her ku diçe zêdetir bal tê kişandin ser ewlehiya tîrêjên nukleerî û parastina tîrêjên nukleerî. Ji bo bihêzkirina parastina tîrêjê ji bo operatorên ku ji bo demek dirêj ve mijûlî lênihêrîna alavên radyasyonê û rizgarkirina qezayê ne, ji bo kincê parastinê pêşkeftina pêkhateyên sivik ên parastinê ji girîngiya zanistî û nirxek aborî ya mezin heye. Radyasyona notronê beşa herî girîng a radyasyona reaktora nukleerê ye. Bi gelemperî, piraniya neutronên ku rasterast bi mirovan re têkildar in, piştî bandora parastinê ya neutronê ya materyalên avahîsaziyê yên di hundurê reaktora nukleer de hêdî bûne û gihîştine neutronên enerjiyê kêm. Neutronên bi enerjiya kêm dê bi navokên bi jimareya atomî kêmtir bi elastîk li hev bikevin û nermbûna xwe bidomînin. Neutronên germî yên nerm dê ji hêla hêmanên bi beşên xaça vegirtina neutronê mezintir ve werin vehewandin, û di dawiyê de dê parastina neutronê were bidestxistin.

② Lêkolîna Patenta Key

Taybetmendiyên hîbrîd ên poroz û organîk-neorganîk ênhêmana erdê kêmgadoliniumMateryalên îskeletên organîk ên metal ên bingehîn lihevhatina xwe bi polîetîlenê re zêde dikin, materyalên pêkhatî yên sentezkirî pêşve dixin da ku naveroka gadolinium û belavbûna gadolinium bilindtir bin. Naveroka bilind û belavbûna gadolinium dê rasterast bandorê li performansa parastina neutron a materyalên pêkhatî bike.

Patenta sereke: Enstîtuya Zanistiya Materyal a Hefei, Akademiya Zanistî ya Chineseînî, patenta dahênanê ya materyalek parastinê ya pêkhatî ya organîk a bingehîn a gadolinium û rêbaza amadekirina wê

Kurteya Patentê: Materyalên parastinê yên pêkhatî yên îskeletê organîk ên metal ên li ser bingeha gadolinium materyalek pêkhatî ye ku ji tevlihevkirinê pêk tê.gadoliniummaddeya îskeletê organîk a metal a ku bi polîetîlenê ve bi rêjeya giraniya 2:1:10 ve girêdayî ye û wê bi evaporkirina çareserker an pêça germ ve çêdike. Materyalên parastinê yên pêkhatî yên îskelet organîk ên metal ên bingehîn ên gadolinium xwedan îstîqrara germî ya bilind û şiyana parastina neutrona germî ne.

Pêvajoya çêkirinê: Hilbijartina cûdagadolinium metalxwê û lîgandên organîk ji bo amadekirin û sentezkirina cûrbecûr materyalên îskelet organîk ên metal ên li ser bingeha gadolinium, şuştina wan bi molekulên piçûk ên metanol, etanol, an avê ji hêla santrîfugê ve, û çalakkirina wan di germahiya bilind de di bin şert û mercên valahiya de da ku bi tevahî madeyên xav ên mayî yên ku reaksîyon nekiriye jêbirin. di porên materyalên îskelet organîk ên metal ên bingehîn ên gadolinium de; Madeya îskelet organometalîk a bingehîn a gadolinium ku di gavê de hatî amade kirin bi lotiyona polîetîlenê bi leza bilind, an bi ultrasonîkî ve tê şilkirin, an jî materyalê îskelet organometalîk a bingehîn a gadoliniumê ku di gavê de hatî amadekirin bi polîetîlenê giraniya molekulî ya ultra-bilind re di germahiya bilind de tê tevlihev kirin heya ku bi tevahî tevlihev bibe; Materyalên îskeletê organîk ên metal ên li ser bingeha gadolînîyûmê bi yekrengî tevlihevkirî bixin nav qalibê, û bi zuwakirinê ji bo pêşvebirina evaporkirina helwêstê an pêçandina germ, materyalê parastinê ya pêkhatî ya îskelet organîk a metalî ya li ser bingehê gadolinium bistînin; Materyalên parastinê yên pêkhatî yên îskelet organîk ên metal ên li ser bingeha gadolinium amadekirî li gorî materyalên polîetîlenê yên safî berxwedana germê, taybetmendiyên mekanîkî, û kapasîteya parastinê ya neutronê ya germî bi girîngî çêtir kiriye.

Moda lêzêdekirina erdê hindik: Gd2 (BHC) (H2O) 6, Gd (BTC) (H2O) 4 an Gd (BDC) 1.5 (H2O) 2 polîmera hevrêziya krîstalî ya poroz ku tê de gadolinium heye, ku ji hêla polîmerîzasyona hevrêziyê ve tê wergirtin.Gd (NO3) 3 • 6H2O an GdCl3 • 6H2Oû lîganda karboksîlate organîk; Mezinahiya madeya îskeletê organîk a metal a bingehîn a gadolinium 50nm-2 μ m ye; Materyalên îskeletên organîk ên metal ên bingehîn ên gadolinium xwedî morfolojiyên cihêreng in, di nav de şeklên granular, şikilî, an bi şiklê derziyê.

(4) SerlêdanaScandiumdi Radyokîmya û pîşesaziya nukleer de

Metalê Skandyûm xwedan îstîqrara germî ya baş û performansa vegirtina fluorînê ya bihêz e, ku ew di pîşesaziya enerjiya atomê de materyalek domdar dike.

Patenta sereke: Enstîtuya Materyalên Hewayî ya Pekînê ya Pêşveçûna Hewayî ya Chinaînê, patenta dahênanê ya ji bo aliyoyek magnesium skandiyûmê zinc aluminium û rêbaza amadekirina wê

Abstract Patent: Zincek aluminiumalloy skandiyûmê magnesiumû awayê amadekirina wê. Pêkhatina kîmyewî û rêjeya giraniya alûmana magnesium skandiyûmê zinc aluminium ev in: Mg 1,0% -2,4%, Zn 3,5% -5,5%, Sc 0,04% -0,50%, Zr 0,04% -0,35%, nepaqijiyên Cu ≤ 0,2%, Si ≤ 0,35%, Fe ≤ 0,4%, nepakiyên din yekane ≤ 0,05%, nepakîyên din bi tevahî ≤ 0,15%, û mîqdara mayî Al e. Mîkrostruktura vê materyalê alemê magnesium skandiyûmê zinc aluminium yekreng e û performansa wê bi îstîqrar e, bi hêza tîrêjê ya dawîn a zêdetirî 400MPa, hêzek hilberandinê ji zêdetirî 350MPa, û hêza tîrêjê ya zêdetirî 370MPa ji bo pêlavên weldkirî. Hilberên maddî dikarin wekî hêmanên avahîsaziyê di hewavanî, pîşesaziya nukleerî, veguheztin, tiştên werzîşê, çek û warên din de werin bikar anîn.

Pêvajoya çêkirinê: Gav 1, hêman li gorî pêkhateya alloyek jorîn; Gav 2: Di germahiya 700 ℃ ~ 780 ℃ de di firna helandinê de bihelînin; Gav 3: Avêtina metalê ya bi tevahî şilandî safî bikin, û di dema rafînekirinê de germahiya metalê di nav rêza 700 ℃ ~ 750 ℃ ​​de biparêzin; Gav 4: Piştî rafînekirinê, divê bi tevahî destûr bê dayîn ku raweste; Gav 5: Piştî ku bi tevahî sekinî, dest bi avêtinê bikin, germahiya firnê di nav rêza 690 ℃ ~ 730 ℃ de biparêzin, û leza avêtinê 15-200 mm / hûrdem e; Gav 6: Bi germahiya homojenkirinê ya 400 ℃ ~ 470 ℃, li ser çîçek alloyê ya di firna germkirinê de, dermankirina helandina homojenkirinê bikin; Gav 7: Kulîlka homojenkirî paqij bikin û derxistina germ pêk bînin da ku profîlên bi qalindahiya dîwarê ji 2.0 mm zêdetir çêbikin. Di dema pêvajoya derxistinê de, pêdivî ye ku billet di germahiya 350 ℃ heta 410 ℃ de were parastin; Gav 8: Ji bo dermankirina qutkirina çareseriyê, bi germahiya çareseriyê 460-480 ℃, profîlê bişkînin; Gav 9: Piştî 72 saetan qutkirina çareseriya zexm, bi destan pîrbûnê zorê bikin. Pergala pîrbûna hêza destan ev e: 90 ~ 110 ℃ / 24 demjimêr + 170 ~ 180 ℃ / 5 demjimêr, an 90 ~ 110 ℃ / 24 demjimêr + 145 ~ 155 ℃ / 10 demjimêr.

5, Kurteya Lêkolînê

Bi tevayî, erdên nadir bi berfirehî di fusiona nukleerî û veqetandina navokî de têne bikar anîn, û di rêwerzên teknîkî yên wekî heyecana tîrêjê ya X-ray, damezrandina plazmayê, reaktora ava sivik, transuranium, uranyl û toza oksîdê de gelek nexşeyên patentê hene. Wekî ku ji bo materyalên reaktorê, erdên nadir dikarin wekî materyalên strukturên reaktorê û materyalên însulasyona seramîk ên têkildar, materyalên kontrolê û materyalên parastina tîrêjên neutronê werin bikar anîn.