Bikaranîna Elementên Erdê yên Kêm di Materyalên Nukleerî de

1. Pênasîna Materyalên Nukleerî

Bi awayekî fireh, madeya nukleerî têgeha 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 materyalên sotemeniya ne-nukleerî.

Materyalên nukleerî yên ku bi gelemperî wekî materyalên nukleerî têne binavkirin, bi giranî ji bo materyalên ku di beşên cûda yên reaktorê de têne bikar anîn, ku wekî materyalên reaktorê jî têne zanîn, vedihewîne. Materyalên reaktorê sotemeniya nukleerî ya ku di bin bombebarana notronê de dişkê, materyalên pêçandinê ji bo pêkhateyên sotemeniya nukleerî, sarker, moderatorên notronê (moderator), materyalên çîpên kontrolê yên ku notronan bi tundî vedimijin, û materyalên refleksîf ên ku rê li ber rijandina notronê li derveyî reaktorê digirin, vedihewîne.

2. Têkiliya hevbeş di navbera çavkaniyên erdên kêm û çavkaniyên nukleerî de

Monazît, ku jê re fosfoserît û fosfoserît jî tê gotin, mîneralek alîkar a hevpar e di kevirên agirîn ên asîdî yên navîn û kevirên metamorfîk de. Monazît yek ji mîneralên sereke yên madena metalên erdê yên nadir e, û di hin kevirên rûniştî de jî heye. Sor-qehweyî, zer, carinan zer-qehweyî, bi biriqînek rûn, bi şikestina tevahî, hişkiya Mohs 5-5.5, û giraniya taybetî 4.9-5.5.

Mînerala sereke ya hin çavkaniyên erdên nadir ên celebê placer li Çînê monazît e, ku bi piranî li Tongcheng, Hubei, Yueyang, Hunan, Shangrao, Jiangxi, Menghai, Yunnan, û He County, Guangxi ye. Lêbelê, derxistina çavkaniyên erdên nadir ên celebê placer pir caran girîngiya aborî tune. Kevirên tenê pir caran elementên toriûmê yên refleksîf dihewînin û di heman demê de çavkaniya sereke ya plutonyûma bazirganî ne.

3、 Pêşdîtinek li ser sepandina erdên nadir di fusion û fîsyonkirina nukleerî de li ser bingeha analîza panoramîk a patentê

Piştî ku peyvên sereke yên lêgerîna hêmanên kêm ên erdê bi tevahî têne berfireh kirin, ew bi mifteyên berfirehkirinê û hejmarên dabeşkirina dabeşkirina navokî û fusiona navokî re têne hev kirin, û di databasa Incopt de têne lêgerîn. Dîroka lêgerînê 24ê Tebaxa 2020an e. 4837 patent piştî yekbûna hêsan a malbatan hatin bidestxistin, û 4673 patent piştî kêmkirina dengê sûnî hatin destnîşankirin.

Serlêdanên patentên erdên kêm ên di warê fîsyon an jî fusiona nukleerî de li 56 welat/herêman belav bûne, bi piranî li Japonya, Çîn, Dewletên Yekbûyî yên Amerîkayê, Almanya û Rûsyayê û hwd. ne. Hejmareke girîng ji patentan bi şêweyê PCT têne serlêdan kirin, ku serlêdanên teknolojiya patentê ya Çînî zêde dibin, nemaze ji sala 2009an vir ve, ku ketine qonaxek mezinbûna bilez, û Japonya, Dewletên Yekbûyî yên Amerîkayê û Rûsyayê bi salan di vî warî de berdewam kirine (Wêne 1).

Wêne 1. Trenda sepandina patentên teknolojiyê yên têkildarî sepandina erdên nadir di fîsyona nukleerî û fusiona nukleerî de li welat/herêman.

Ji analîza mijarên teknîkî tê dîtin ku sepandina erdên nadir di fusion û fîsyonkirina nukleerî de li ser hêmanên sotemeniyê, scintilatoran, detektorên tîrêjê, aktînîdan, plazmayê, reaktorên nukleerî, materyalên parastinê, vegirtina notronan û rêwerzên din ên teknîkî disekine.

4、 Serlêdanên Taybetî û Lêkolîna Patentê ya Sereke ya Elementên Erdê yên Kêm di Materyalên Nukleerî de

Di nav wan de, reaksiyonên fusion û fîsyonkirina nukleerî di materyalên nukleerî de dijwar in, û pêdiviyên ji bo materyalan hişk in. Niha, reaktorên hêzê bi giranî reaktorên fîsyonkirina nukleerî ne, û reaktorên fusionê dikarin piştî 50 salan di pîvanek mezin de populer bibin. Bikaranînaerdên nadirhêmanên di materyalên avahiya reaktorê de; Di warên kîmyewî yên navokî yên taybetî de, hêmanên erdên nadir bi piranî di çîpên kontrolê de têne bikar anîn; Wekî din,skandiyûmdi radyokîmya û pîşesaziya nukleerî de jî hatiye bikaranîn.

(1) Wekî jehra şewitandinê an jî çîpek kontrolê ji bo verastkirina asta notron û rewşa krîtîk a reaktorê nukleerî

Di reaktorên hêzê de, reaktîvîteya mayî ya destpêkê ya navokên nû bi gelemperî nisbeten bilind e. Bi taybetî di qonaxên destpêkê yên çerxa yekem a dagirtinê de, dema ku hemî sotemeniya nukleerî ya di navokê de nû ye, reaktîvîteya mayî herî zêde ye. Di vê nuqteyê de, tenê bi zêdekirina çîpên kontrolê ve girêdayî ji bo telafîkirina reaktîvîteya mayî dê bêtir çîpên kontrolê bîne. Her çîpek kontrolê (an jî komek çîp) bi danasîna mekanîzmayek ajotinê ya tevlihev re têkildar e. Ji aliyekî ve, ev lêçûnan zêde dike, û ji aliyê din ve, vekirina qulan di serê konteynera zextê de dikare bibe sedema kêmbûna hêza avahîsaziyê. Ne tenê ne aborî ye, lê di heman demê de nayê destûr kirin ku li ser serê konteynera zextê mîqdarek diyarkirî ya porozîte û hêza avahîsaziyê hebe. Lêbelê, bêyî zêdekirina çîpên kontrolê, pêdivî ye ku rêjeya toksînên telafîkirina kîmyewî (wek asîda borîk) zêde bibe da ku reaktîvîteya mayî telafî bike. Di vê rewşê de, hêsan e ku rêjeya boronê ji eşikê derbas bibe, û katsayiya germahiyê ya moderator dê pozîtîf bibe.

Ji bo pêşîgirtina li pirsgirêkên ku li jor hatine behs kirin, bi gelemperî tevlîheviyek ji toksînên şewatbar, çîpên kontrolê, û kontrola tezmînata kîmyewî dikare ji bo kontrolê were bikar anîn.

(2) Wekî dopant ji bo baştirkirina performansa materyalên avahiya reaktorê

Pêdivî ye ku reaktorên avahîsaziyê û hêmanên sotemeniyê astek diyarkirî ya hêz, berxwedana korozyonê, û aramiya germî ya bilind hebin, di heman demê de rê li ber berhemên fîsyonê bigirin ku bikevin nav sarincokê.

1) .Pola erdê ya kêm

Reaktorê nukleerî xwedî şert û mercên fîzîkî û kîmyewî yên dijwar e, û her pêkhateya reaktorê jî xwedî pêdiviyên bilind ji bo pola taybetî ya ku tê bikar anîn e. Elementên erdên kêm bandorên guherînê yên taybetî li ser pola dikin, bi taybetî di nav de paqijkirin, metamorfîzm, mîkroalokirin, û başkirina berxwedana korozyonê. Polayên ku erdên kêm tê de hene jî bi berfirehî di reaktorên nukleerî de têne bikar anîn.

① Bandora paqijkirinê: Lêkolînên heyî nîşan dane ku erdên nadir di germahiyên bilind de bandorek baş a paqijkirinê li ser pola heliyayî dikin. Ev ji ber ku erdên nadir dikarin bi hêmanên zirardar ên wekî oksîjen û sulfur di pola heliyayî de reaksiyonê bikin û pêkhateyên germahiya bilind çêbikin. Pêkhateyên germahiya bilind dikarin berî ku pola heliyayî kondens bibe bi şiklê têkeliyan werin barandin û avêtin, bi vî rengî naveroka nepakiyê di pola heliyayî de kêm dibe.

② Metamorfîzm: ji aliyekî din ve, oksîd, sulfîd an oksîsulfîdên ku ji reaksiyona erdên kêm ên di pola helandî de bi hêmanên zirardar ên wekî oksîjen û sulfur re çêdibin, dikarin qismî di pola helandî de bimînin û bibin pêkhateyên pola bi xala helandinê ya bilind. Ev pêkhate dikarin wekî navendên navokî yên nehomojen di dema hişkbûna pola helandî de werin bikar anîn, bi vî rengî şekil û avahiya pola çêtir dibe.

③ Mîkroalokirin: Ger zêdekirina erdên nadir bêtir were zêdekirin, piştî ku paqijkirin û metamorfîzma jorîn temam bibe, erdên nadir ên mayî dê di nav pola de bihelin. Ji ber ku nîvradyûya atomî ya erdên nadir ji ya atoma hesin mezintir e, erdên nadir xwedî çalakiya rûyê bilindtir in. Di dema pêvajoya hişkkirina pola helandî de, hêmanên erdên nadir li sînorê dendikê dewlemend dibin, ku dikare veqetandina hêmanên nepak li sînorê dendikê çêtir kêm bike, bi vî rengî çareseriya hişk xurt dike û rola mîkroalokirinê dilîze. Ji hêla din ve, ji ber taybetmendiyên hilanîna hîdrojenê yên erdên nadir, ew dikarin hîdrojenê di pola de bimijin, bi vî rengî fenomena şikestina hîdrojenê ya pola bi bandor baştir dike.

④ Baştirkirina berxwedana korozyonê: Zêdekirina elementên erdên nadir dikare berxwedana korozyonê ya pola jî baştir bike. Ev ji ber ku potansiyela xwe-korozyonê ya polayên nadir ji polayên zengarnegir bilindtir e. Ji ber vê yekê, zêdekirina erdên nadir dikare potansiyela xwe-korozyonê ya polayên zengarnegir zêde bike, bi vî rengî aramiya pola di navgînên korozyonê de baştir bike.

2). Lêkolîna Patentê ya Sereke

Patenta sereke: patenta îcadkirina pola kêm-aktîvkirinê ya bi belavbûna oksîdê ve û rêbaza amadekirina wê ji hêla Enstîtuya Metalan, Akademiya Zanistî ya Çînê ve

Kurteya patentê: Pola çalakkirina kêm a bi belavbûna oksîdê ya ji bo reaktorên fusionê guncaw û rêbaza amadekirina wê tê pêşkêş kirin, ku bi vê yekê tête diyar kirin ku rêjeya hêmanên alloy di girseya giştî ya pola çalakkirina kêm de ev e: matrîks Fe ye, 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%, û 0.05% ≤ Y2O3 ≤ 0.5%.

Pêvajoya çêkirinê: Helandina hevbendiya dayikê ya Fe-Cr-WV-Ta-Mn, atomîzasyona tozê, frezkirina goga enerjiya bilind a hevbendiya dayikê ûNanopartikulê Y2O3toza tevlihev, derxistina pêçandina tozê, qalibkirina hişkkirinê, germ-gêrkirin, û dermankirina germê.

Rêbaza lêzêdekirina erdên kêm: Nanopîvan lê zêde bikeY2O3perçeyan ber bi toza atomîzekirî ya hevbendiya bingehîn ve ji bo frezkirina topê ya enerjiya bilind, bi navgîniya frezkirina topê ji topên pola yên hişk ên tevlihev Φ 6 û Φ 10 pêk tê, bi atmosferek frezkirina topê ya gaza argonê ya %99.99, rêjeya girseya materyalê topê (8-10): 1, dema frezkirina topê 40-70 demjimêran, û leza zivirînê ya 350-500 r/min.

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

① Prensîba parastina ji tîrêjên notronê

Notron pêkhateyên navokên atomî ne, bi giraniya statîk a 1.675 × 10-27 kg, ku 1838 carî giraniya elektronîkî ye. Radyusa wê bi qasî 0.8 × 10-15 m ye, di mezinahiya xwe de dişibihe protonekê, dişibihe tîrêjên γ. Ew bi heman rengî bêbar in. Dema ku notron bi madeyê re têkilî daynin, ew bi giranî bi hêzên navokî yên di hundurê navokê de têkilî daynin, û bi elektronên di qalikê derve de têkilî daynin.

Bi pêşveçûna bilez a enerjiya nukleerî û teknolojiya reaktorên nukleerî re, bêtir û bêtir bal kişandiye ser ewlehiya tîrêjên nukleerî û parastina tîrêjên nukleerî. Ji bo xurtkirina parastina tîrêjê ji bo operatorên ku demek dirêj e di parastina alavên tîrêjê û rizgarkirina qezayan de mijûl dibin, pêşxistina kompozîtên parastinê yên sivik ji bo cilên parastinê ji hêla zanistî û aborî ve girîngiyek mezin heye. Tîrêjên notronê beşa herî girîng a tîrêjên reaktorên nukleerî ye. Bi gelemperî, piraniya notronên ku rasterast bi mirovan re di têkiliyê de ne, piştî bandora parastina notronê ya materyalên avahîsaziyê yên di hundurê reaktorên nukleerî de, hêdî bûne notronên kêm-enerjî. Notronên kêm-enerjî dê bi elastîk bi navokên bi jimara atomî ya kêmtir re li hev bikevin û berdewam bikin ku nerm bibin. Notronên germî yên nermkirî dê ji hêla hêmanên bi beşên xaçerêya vegirtina notronê yên mezintir ve werin mijandin, û di dawiyê de parastina notronê dê were bidestxistin.

② Lêkolîna Patentê ya Sereke

Taybetmendiyên hîbrîd ên poroz û organîk-neorganîk ênhêmana erdê ya kêmgadolinyûmMateryalên îskeleta organîk ên metalî yên li ser bingeha wan lihevhatina xwe bi polîetîlenê re zêde dikin, û ev yek dihêle ku materyalên kompozît ên sentezkirî xwedî naveroka gadolînyûmê û belavbûna gadolînyûmê ya bilindtir bin. Naveroka bilind a gadolînyûmê û belavbûna wê dê rasterast bandorê li ser performansa parastina notronê ya materyalên kompozît bike.

Patenta sereke: Enstîtuya Zanistên Materyalê ya Hefei, Akademiya Zanistên Çînê, patenta îcadkirina materyalek parastinê ya kompozît a çarçoveya organîk a li ser bingeha gadolinyûmê û rêbaza amadekirina wê

Kurteya Patentê: Materyalê parastinê yê kompozît ê îskeleta organîk a metalî ya li ser bingeha gadolinyûmê, madeyek kompozît e ku bi tevlihevkirinê çêdibe.gadolinyûmMateryalê îskeleta organîk a metalî ya li ser bingeha wê bi polîetîlenê re bi rêjeya giraniya 2:1:10 û bi rêya buharkirina çareserkerê an jî pêlkirina germ ve tê çêkirin. Materyalên parastinê yên kompozît ên îskeleta organîk a metalî ya li ser bingeha gadolinyûmê xwedî îstîqrara germî ya bilind û şiyana parastina NOTRONên germî ne.

Pêvajoya çêkirinê: hilbijartina hilberên cûdametala gadolinyûmêxwê û lîgandên organîk ji bo amadekirin û sentezkirina celebên cûda yên materyalên îskeleta organîk a metalî ya li ser bingeha gadolinyûmê, şuştina wan bi molekulên piçûk ên metanol, etanol, an avê bi santrifujkirinê, û aktîvkirina wan di germahiya bilind de di bin şert û mercên valahiyê de da ku madeyên xav ên nereaktîf ên mayî di kunên materyalên îskeleta organîk a metalî ya li ser bingeha gadolinyûmê de bi tevahî werin rakirin; Materyalê îskeleta organîk a li ser bingeha gadolinyûmê ku di gavê de hatî amadekirin bi losyona polîetîlenê bi leza bilind, an jî bi ultrasonîk, tê tevlihevkirin, an jî materyalê îskeleta organîk a li ser bingeha gadolinyûmê ku di gavê de hatî amadekirin bi polîetîlenê giraniya molekulî ya ultra-bilind di germahiya bilind de tê helandin heya ku bi tevahî were tevlihevkirin; Tevliheviya yekreng a materyalê îskeleta organîk a metalî ya li ser bingeha gadolinyûmê/polîetîlenê têxin qalibê, û materyalê parastinê yê kompozît ê îskeleta organîk a metalî ya li ser bingeha gadolinyûmê bi zuwakirinê ji bo pêşvebirina buharbûna çareserker an jî pêlkirina germ bi dest bixin; Materyalê parastinê yê kompozît ê îskeleta organîk a metalî ya li ser bingeha gadolinyûmê ya amadekirî berxwedana germê, taybetmendiyên mekanîkî, û şiyana parastina notronê germî ya bilindtir li gorî materyalên polîetîlenê yên saf bi girîngî baştir kiriye.

Moda lêzêdekirina erdên kêm: Gd2 (BHC) (H2O) 6, Gd (BTC) (H2O) 4 an Gd (BDC) 1.5 (H2O) 2 polîmera kordînasyonê ya krîstalî ya poroz ku gadolinyûmê dihewîne, ku bi polîmerîzasyona kordînasyonê yaGd (NO3)3 • 6H2O an GdCl3 • 6H2Oû lîganda karboksîlat a organîk; Mezinahiya materyalê îskeleta organîk a metalî ya li ser bingeha gadolinyûmê 50nm-2 μm e; Materyalên îskeleta organîk a metalî ya li ser bingeha gadolinyûmê xwedî morfolojiyên cûda ne, di nav de şeklên granulî, şiklê çîpê, an jî şiklê derziyê.

(4) SerlêdanaSkandyûmdi Radyokîmya û Pîşesaziya Nukleerî de

Metala skandiyûmê xwedî îstîqrara germî ya baş û performansa vegirtina florê ya bihêz e, ku ew di pîşesaziya enerjiya atomî de dike materyalek girîng.

Patenta sereke: Enstîtuya Materyalên Hewayî ya Pekînê ya Pêşxistina Hewayî ya Çînê, patenta îcadê ji bo hevbendiya aluminium zinc magnesium skandyum û rêbaza amadekirina wê

Kurteya patentê: Çînkoyek alumînyûmêalloyûma magnezyûm-skandiyûmêû rêbaza amadekirina wê. Pêkhateya kîmyewî û rêjeya giraniya hevbendiya aluminium zinc magnesium skandyum ev in: Mg 1.0% -2.4%, Zn 3.5% -5.5%, Sc 0.04% -0.50%, Zr 0.04% -0.35%, nepakiyên Cu ≤ 0.2%, Si ≤ 0.35%, Fe ≤ 0.4%, nepakiyên din yekane ≤ 0.05%, nepakiyên din bi tevahî ≤ 0.15%, û mîqdara mayî Al ye. Mîkroava vê materyalê hevbendiya aluminium zinc magnesium skandyum yekreng e û performansa wê aram e, bi berxwedana kişandinê ya dawîn a ji 400MPa zêdetir, berxwedana berdestbûnê ya ji 350MPa zêdetir, û berxwedana kişandinê ya ji 370MPa zêdetir ji bo girêdanên qelandî. Berhemên materyal dikarin wekî hêmanên avahîsaziyê di hewavaniyê, pîşesaziya nukleerî, veguhastinê, kelûpelên werzîşê, çekan û warên din de werin bikar anîn.

Pêvajoya çêkirinê: Gava 1, pêkhate li gorî pêkhateya hevbendiya jorîn; Gava 2: Di firna helandinê de di germahiya 700 ℃~780 ℃ de bihelînin; Gava 3: Şileya metalê ya bi tevahî heliyayî paqij bikin, û germahiya metal di dema paqijkirinê de di navbera 700 ℃~750 ℃ ​​de bihêlin; Gava 4: Piştî paqijkirinê, divê bi tevahî bê hiştin ku raweste; Gava 5: Piştî rawestandina tevahî, dest bi avêtinê bikin, germahiya firnê di navbera 690 ℃~730 ℃ de bihêlin, û leza avêtinê 15-200 mm/deqîqe be; Gava 6: Li ser îngota hevbendiyê di firna germkirinê de, bi germahiya homojenkirinê ya 400 ℃~470 ℃, dermankirina homojenîzekirin û germkirinê pêk bînin; Gava 7: Îngota homojenîzekirî biqelînin û derxistina germ pêk bînin da ku profîlên bi qalindahiya dîwarê ji 2.0 mm zêdetir çêbikin. Di dema pêvajoya derxistinê de, divê perçe di germahiya 350 ℃ heta 410 ℃ de were parastin; Gava 8: Ji bo dermankirina vemirandina çareseriyê, profîlê bipêçin, bi germahiya çareseriyê 460-480 ℃; Gava 9: ​​Piştî 72 demjimêran vemirandina çareseriya hişk, bi destan pîrkirina bi zorê bikin. Sîstema pîrkirina bi 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 hevgirtina nukleerî û dabeşkirina nukleerî de têne bikar anîn, û di warên teknîkî yên wekî teşwîqkirina tîrêjên X, çêbûna plazmayê, reaktora ava sivik, transuranyûm, uranyl û toza oksîdê de gelek sêwiranên patentkirî hene. Di derbarê materyalên reaktorê de, erdên nadir dikarin wekî materyalên avahiya reaktorê û materyalên îzolasyonê yên seramîk ên têkildar, materyalên kontrolê û materyalên parastina tîrêjên notronê werin bikar anîn.