Газрын ховор элементийг цөмийн материалд ашиглах

1、 Цөмийн материалын тодорхойлолт

Өргөн утгаараа цөмийн материал гэдэг нь цөмийн түлш, цөмийн инженерийн материал, өөрөөр хэлбэл цөмийн түлшний материал гэх мэт цөмийн үйлдвэрлэл, цөмийн шинжлэх ухааны судалгаанд дангаар ашигладаг материалын ерөнхий нэр томъёо юм.

Цөмийн материал гэж ихэвчлэн реакторын янз бүрийн хэсгүүдэд ашигладаг материалыг хэлдэг бөгөөд үүнийг реакторын материал гэж нэрлэдэг. Реакторын материалд нейтроны бөмбөгдөлтөнд цөмийн задралд ордог цөмийн түлш, цөмийн түлшний бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн бүрээсний материал, хөргөлтийн бодис, нейтрон зохицуулагч (модератор), нейтроныг хүчтэй шингээдэг хяналтын саваа материал, реакторын гадна нейтрон нэвчихээс сэргийлдэг цацруулагч материалууд орно.

2、 Газрын ховор элемент ба цөмийн нөөцийн хоорондын хамаарал

Фосфоцерит ба фосфоцерит гэж нэрлэгддэг монацит нь завсрын хүчлийн магмын чулуулаг ба метаморф чулуулагт түгээмэл хэрэглэгддэг нэмэлт эрдэс юм. Монацит нь газрын ховор металлын хүдрийн үндсэн эрдсийн нэг бөгөөд зарим тунамал чулуулагт ч байдаг. Хүрэн улаан, шар, заримдаа бор шаргал өнгөтэй, тослог гялбаатай, бүрэн зүсэлттэй, Мохын хатуулаг 5-5,5, хувийн жин 4,9-5,5 байна.

Хятад дахь газрын ховор элементийн зарим шороон ордын хүдрийн гол ашигт малтмал нь монацит бөгөөд гол төлөв Тунчэн, Хубэй, Юэян, Хунань, Шангао, Жянши, Мэнхай, Юньнань, Гуанси мужид байрладаг. Гэвч газрын ховор элементийн шороон ордыг олборлох нь эдийн засгийн ач холбогдолгүй байдаг. Ганц чулуунууд нь ихэвчлэн рефлекстэй торийн элементүүдийг агуулдаг бөгөөд арилжааны плутонийн гол эх үүсвэр болдог.

3、 Патентын панорамик шинжилгээнд үндэслэсэн цөмийн хайлмал болон цөмийн задралд газрын ховор элементийн хэрэглээний тойм

Газрын ховор элементийн хайлтын элементүүдийн түлхүүр үгсийг бүрэн дэлгэрүүлсний дараа тэдгээрийг цөмийн задрал, цөмийн хайлалтыг өргөтгөх түлхүүр, ангиллын дугаартай нэгтгэж, Incopt мэдээллийн сангаас хайдаг. Хайлтын огноо нь 2020 оны 8-р сарын 24. Энгийн гэр бүлийг нэгтгэсний дараа 4837 патент, дуу чимээг зохиомлоор бууруулсны дараа 4673 патентыг олж авсан.

Цөмийн задрал эсвэл цөмийн хайлуулах чиглэлээр ховор газрын патентын мэдүүлэг нь Япон, Хятад, АНУ, Герман, Орос гэх мэт 56 улс/бүс нутагт тархсан байдаг. , эдгээрээс Хятадын патентын технологийн хэрэглээ нэмэгдэж, ялангуяа 2009 оноос хойш хурдацтай өсөлтийн үе шатанд орж байгаа бөгөөд Япон, АНУ, Орос улс энэ чиглэлээр олон тооны загвар зохион бүтээсээр байна. жил (Зураг 1).

Зураг 1 Цөмийн цөмийн задрал, цөмийн хайлмал дахь ховор газрын хэрэглээтэй холбоотой технологийн патентын хэрэглээний хандлага улс/бүс нутагт

Цөмийн хайлмал болон цөмийн задралд газрын ховор элементийг ашиглахдаа түлшний элемент, сцинтиллятор, цацраг детектор, актинид, плазм, цөмийн реактор, хамгаалалтын материал, нейтрон шингээлт болон бусад техникийн чиглэлүүдэд гол анхаарлаа хандуулж байгааг техникийн сэдвүүдийн дүн шинжилгээнээс харж болно.

4、 Цөмийн материал дахь газрын ховор элементийн тусгай хэрэглээ ба патентын үндсэн судалгаа

Тэдгээрийн дотроос цөмийн материал дахь цөмийн нэгдэл, цөмийн задралын урвал эрчимтэй явагддаг бөгөөд материалд тавигдах шаардлага нь хатуу байдаг. Одоогийн байдлаар эрчим хүчний реакторууд нь гол төлөв цөмийн задралын реакторууд бөгөөд хайлуулах реакторууд 50 жилийн дараа өргөн цар хүрээтэй дэлгэрч магадгүй юм. -ийн хэрэглээховор шороореакторын бүтцийн материал дахь элементүүд; Цөмийн химийн тусгай талбайд газрын ховор элементийг голчлон хяналтын саваагаар ашигладаг; Үүнээс гадна,скандиуммөн радиохими, цөмийн үйлдвэрлэлд ашигласан.

（1） Нейтроны түвшин болон цөмийн реакторын эгзэгтэй байдлыг тохируулах зориулалттай шатамхай хор буюу хяналтын саваа.

Эрчим хүчний реакторуудад шинэ цөмийн анхны үлдэгдэл реактив ерөнхийдөө харьцангуй өндөр байдаг. Ялангуяа анхны түлш цэнэглэх мөчлөгийн эхний үе шатанд цөмийн бүх түлш шинэ байх үед үлдсэн урвалын чадвар хамгийн өндөр байдаг. Энэ үед үлдэгдэл урвалыг нөхөхийн тулд зөвхөн хяналтын савааг нэмэгдүүлэхэд найдах нь илүү олон хяналтын саваа нэвтрүүлэх болно. Хяналтын саваа (эсвэл саваа) бүр нь нарийн төвөгтэй жолоодлогын механизмыг нэвтрүүлэхтэй тохирч байна. Энэ нь нэг талаас зардлыг нэмэгдүүлж, нөгөө талаас даралтат савны толгойн нүхийг нээх нь бүтцийн бат бөх чанарыг бууруулахад хүргэдэг. Энэ нь зөвхөн хэмнэлтгүй төдийгүй даралтат савны толгой дээр тодорхой хэмжээний сүвэрхэг, бүтцийн бат бэх байхыг зөвшөөрдөггүй. Гэсэн хэдий ч хяналтын савааг нэмэгдүүлэхгүйгээр үлдэгдэл урвалыг нөхөхийн тулд химийн нөхөн олговортой хорт бодисын концентрацийг (борын хүчил гэх мэт) нэмэгдүүлэх шаардлагатай. Энэ тохиолдолд борын концентраци босго хэмжээнээс давахад хялбар бөгөөд зохицуулагчийн температурын коэффициент эерэг болно.

Дээр дурдсан асуудлуудаас зайлсхийхийн тулд ерөнхийдөө шатамхай хорт бодис, хяналтын саваа, химийн нөхөн олговрын хяналтын хослолыг хяналтанд ашиглаж болно.

（2） Реакторын бүтцийн материалын гүйцэтгэлийг сайжруулах нэмэлт бодис болгон

Реакторууд нь бүтцийн эд анги, түлшний элементүүд нь тодорхой түвшний бат бөх, зэврэлтэнд тэсвэртэй, өндөр дулааны тогтвортой байдлыг шаарддаг бөгөөд мөн хуваагдлын бүтээгдэхүүнийг хөргөлтийн шингэн рүү орохоос сэргийлдэг.

1) .Ховор шороон ган

Цөмийн реактор нь физик, химийн эрс тэс нөхцөлтэй бөгөөд реакторын бүрдэл хэсэг бүр нь ашигласан тусгай ганд өндөр шаардлага тавьдаг. Газрын ховор элемент нь цэвэршүүлэх, метаморфизм, бичил хайлш, зэврэлтэнд тэсвэртэй байдлыг сайжруулах зэрэг гангийн онцгой өөрчлөлтөд нөлөөлдөг. Мөн газрын ховор элемент агуулсан ганг цөмийн реакторт өргөн ашигладаг.

① Цэвэршүүлэх нөлөө: Газрын ховор элемент нь өндөр температурт хайлсан ганд сайн цэвэршүүлэх нөлөөтэй болохыг одоо байгаа судалгаагаар нотолсон. Учир нь газрын ховор элемент нь хайлсан ган дахь хүчилтөрөгч, хүхэр зэрэг хортой элементүүдтэй урвалд орж өндөр температурт нэгдлүүд үүсгэдэг. Өндөр температурт нэгдлүүдийг тунадасжуулж, хайлсан ган конденсацлахаас өмнө шингээх хэлбэрээр гадагшлуулж, улмаар хайлсан ган дахь хольцын агууламжийг бууруулдаг.

② Метаморфизм: Нөгөө талаар хайлсан ган дахь ховор шороон хүчилтөрөгч, хүхэр зэрэг хортой элементүүдтэй урвалд орсноор үүссэн исэл, сульфид эсвэл оксисульфид нь хайлсан ганд хэсэгчлэн үлдэж, хайлах температур өндөртэй гангийн нэгдэл болж хувирдаг. . Эдгээр орцуудыг хайлсан ган хатуурах үед нэг төрлийн бус бөөмийн төв болгон ашиглаж, улмаар гангийн хэлбэр, бүтцийг сайжруулдаг.

③ Бичил хайлш: Хэрэв газрын ховор элементийн хэмжээг цаашид нэмэгдүүлбэл дээрх цэвэршүүлэх, хувиргах үйл явц дууссаны дараа үлдсэн ховор шороо нь ганд уусна. Газрын ховор элементийн атомын радиус нь төмрийн атомынхаас том тул газрын ховор элемент нь гадаргын идэвхжил өндөртэй байдаг. Хайлсан ган хатуурах явцад газрын ховор элементийг үр тарианы хил дээр баяжуулдаг бөгөөд энэ нь үр тарианы хил дэх хольцын элементүүдийн тусгаарлалтыг илүү сайн бууруулж, хатуу уусмалыг бэхжүүлж, бичил хайлшийн үүрэг гүйцэтгэдэг. Нөгөөтэйгүүр, газрын ховор элементийн устөрөгчийн хадгалалтын шинж чанараас шалтгаалан тэдгээр нь ган дахь устөрөгчийг шингээж, улмаар гангийн устөрөгчийн хэврэгжилтийн үзэгдлийг үр дүнтэй сайжруулдаг.

④ Зэврэлтэнд тэсвэртэй байдлыг сайжруулах: Газрын ховор элементийг нэмснээр гангийн зэврэлтэнд тэсвэртэй байдлыг сайжруулна. Учир нь газрын ховор элемент нь зэвэрдэггүй гангаас илүү зэврэх чадвартай байдаг. Тиймээс газрын ховор элементийг нэмснээр зэвэрдэггүй гангийн өөрөө зэврэх чадварыг нэмэгдүүлж, улмаар зэврэлтэнд өртөх гангийн тогтвортой байдлыг сайжруулдаг.

2). Гол патентын судалгаа

Гол патент: Хятадын Шинжлэх Ухааны Академийн Металлын Хүрээлэнгийн бага идэвхжилтэй ган ба түүнийг бэлтгэх аргын хүчитгэсэн ислийн дисперсийн шинэ бүтээлийн патент

Патентийн хураангуй: Хайлуулах реакторт тохиромжтой ислийн дисперсээр бэхжүүлсэн бага идэвхжүүлэлттэй ган, түүнийг бэлтгэх арга бөгөөд бага идэвхжүүлэх гангийн нийт масс дахь хайлшийн элементүүдийн хувь нь: матриц нь Fe, 0.08% ≤ C ≤ байна. 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%, 0.05% ≤ Y2O3.

Үйлдвэрлэлийн үйл явц: Fe-Cr-WV-Ta-Mn эх хайлш хайлуулах, нунтаг атомжуулах, эх хайлшийг өндөр эрчим хүчээр бөөрөнхий тээрэмдэх баY2O3 нано бөөмсхолимог нунтаг, нунтаг бүрхүүлийн олборлолт, хатууруулах хэлбэр, халуун цувих, дулааны боловсруулалт.

Ховор шороо нэмэх арга: Нано хэмжээс нэмнэY2O3бөөмсийг эх хайлш руу гаргаж, өндөр энергитэй бөөрөнхий тээрэмдэх зориулалттай атомжуулсан нунтаг, бөмбөлөгт тээрэмдэх орчин нь Φ 6 ба Φ 10 холимог хатуу ган бөмбөлөг, бөмбөлөгт тээрэмдэх уур амьсгал 99.99% аргон хий, бөмбөлөг материалын массын харьцаа (8-) 10): 1, бөмбөлөг тээрэмдэх хугацаа 40-70 цаг, эргэлтийн хурд 350-500 р/мин.

3）.Нейтроны цацрагаас хамгаалах материал хийхэд ашигладаг

① Нейтроны цацрагаас хамгаалах зарчим

Нейтрон нь атомын цөмийн бүрэлдэхүүн хэсэг бөгөөд 1.675 × 10-27 кг статик масстай бөгөөд энэ нь электрон массаас 1838 дахин их юм. Түүний радиус нь ойролцоогоор 0.8х10-15м, хэмжээ нь протонтой төстэй, γ-тэй төстэй цацрагууд нь ижил цэнэггүй байдаг. Нейтронууд бодистой харилцан үйлчлэхдээ цөм доторх цөмийн хүчнүүдтэй голчлон харилцан үйлчилдэг ба гаднах бүрхүүлийн электронуудтай харьцдаггүй.

Цөмийн эрчим хүч, цөмийн реакторын технологи хурдацтай хөгжихийн хэрээр цөмийн цацрагийн аюулгүй байдал, цөмийн цацрагийн хамгаалалтад улам их анхаарал хандуулж байна. Цацрагийн тоног төхөөрөмжийн засвар үйлчилгээ, ослоос аврах чиглэлээр удаан хугацаанд ажиллаж байгаа операторуудын цацрагийн хамгаалалтыг бэхжүүлэхийн тулд хамгаалалтын хувцасны хөнгөн жинтэй хамгаалалтын нийлмэл материал үйлдвэрлэх нь шинжлэх ухааны ач холбогдолтой, эдийн засгийн ач холбогдолтой юм. Нейтрон цацраг нь цөмийн реакторын цацрагийн хамгийн чухал хэсэг юм. Ерөнхийдөө цөмийн реактор доторх бүтцийн материалын нейтроны хамгаалалтын нөлөөгөөр хүнтэй шууд харьцдаг ихэнх нейтронууд бага энергитэй нейтронууд болж удааширсан. Бага энергитэй нейтронууд нь бага атомын дугаартай цөмүүдтэй уян харимхай мөргөлдөж, хэвийн хэмжээнд байх болно. Дунд зэргийн дулааны нейтронууд нь илүү том нейтрон шингээх хөндлөн огтлолтой элементүүдэд шингэж, эцэст нь нейтрон хамгаалалтад хүрэх болно.

② Үндсэн патентын судалгаа

-ийн сүвэрхэг болон органик-органик бус эрлийз шинж чанаргазрын ховор элементгадолиниумМеталл дээр суурилсан органик араг ясны материалууд нь полиэтилентэй нийцэх чадварыг нэмэгдүүлж, нийлэгжүүлсэн нийлмэл материалыг гадолиний агууламж өндөртэй, гадолиний дисперстэй болгодог. Гадолиний өндөр агууламж ба тархалт нь нийлмэл материалын нейтрон хамгаалалтын гүйцэтгэлд шууд нөлөөлнө.

Гол патент: Хятадын Шинжлэх Ухааны Академийн Хэфэй Материалын Шинжлэх Ухааны Хүрээлэн, гадолиниумд суурилсан органик хүрээний нийлмэл хамгаалалтын материалын шинэ бүтээлийн патент, түүнийг бэлтгэх арга

Патентийн хураангуй: Гадолиниум дээр суурилсан металлын органик араг ясны нийлмэл хамгаалалтын материал нь холилдох замаар үүссэн нийлмэл материал юм.гадолиниум2:1:10 жингийн харьцаатай полиэтилентэй, уусгагчийг ууршуулах эсвэл халуун шахах замаар үүсгэсэн металл органик араг ясны материал. Гадолиниум дээр суурилсан металл органик араг ясны нийлмэл хамгаалалтын материал нь өндөр дулааны тогтвортой байдал, дулааны нейтрон хамгаалах чадвартай.

Үйлдвэрлэлийн процесс: өөр сонгохгадолиниум металлдавс, органик лигандуудыг янз бүрийн төрлийн гадолиний суурьтай металлын органик араг ясны материалыг бэлтгэх, нийлэгжүүлэх, центрифуг хийх замаар метанол, этанол, усны жижиг молекулуудаар угааж, урвалд ороогүй түүхий эдийг үлдэгдэл түүхий эдийг бүрэн арилгахын тулд вакуум нөхцөлд өндөр температурт идэвхжүүлнэ. гадолиниум дээр суурилсан металлын органик араг ясны материалын нүхэнд; Алхам бэлтгэсэн гадолиниум суурьтай металл органометалл араг ясны материалыг полиэтилен тосоор өндөр хурдтайгаар, эсвэл хэт авианы аргаар хутгана, эсвэл шат шатанд бэлтгэсэн гадолиниум суурьтай металл органометалл араг ясны материалыг өндөр температурт хэт өндөр молекул жинтэй полиэтилентэй бүрэн холих хүртэл хайлуулна; Нэг төрлийн холилдсон гадолиний суурьтай металлын органик араг ясны материал/полиэтилен хольцыг хэвэнд хийж, уусгагчийг ууршуулах эсвэл халуун шахалтыг дэмжих зорилгоор хатаах замаар үүссэн гадолиниум суурьтай металлын органик араг ясны нийлмэл хамгаалалтын материалыг олж авна; Бэлтгэсэн гадолиниум дээр суурилсан металл органик араг ясны нийлмэл хамгаалалтын материал нь цэвэр полиэтилен материалтай харьцуулахад халуунд тэсвэртэй, механик шинж чанар, дулааны нейтрон хамгаалах чадвараараа мэдэгдэхүйц сайжирсан.

Ховор шороог нэмэх горим: Gd2 (BHC) (H2O) 6, Gd (BTC) (H2O) 4 эсвэл Gd (BDC) 1.5 (H2O) 2 гадолиниум агуулсан сүвэрхэг талст координацын полимер, үүнийг координацын полимержилтоор гаргаж авдаг.Gd (NO3) 3 • 6H2O эсвэл GdCl3 • 6H2Oба органик карбоксилатын лиганд; Гадолин дээр суурилсан органик араг ясны материалын хэмжээ 50 нм-2 μ м； Гадолин дээр суурилсан металл органик араг ясны материалууд нь мөхлөгт, саваа хэлбэртэй, зүү хэлбэртэй хэлбэртэй байдаг.

（4） ХэрэглээСкандиумрадиохими, цөмийн үйлдвэрлэлд

Скандиум металл нь дулааны тогтвортой байдал, фтор шингээх чадвар сайтай тул атомын энергийн салбарт зайлшгүй шаардлагатай материал болдог.

Гол патент: Хятадын сансар судлалын Бээжингийн нисэхийн материалын хүрээлэн, хөнгөн цагаан цайрын магнийн скандийн хайлш, түүнийг бэлтгэх аргын шинэ бүтээлийн патент

Патентийн хураангуй: Хөнгөн цагаан цайрмагнийн скандийн хайлшба түүнийг бэлтгэх арга. Хөнгөн цагаан цайрын магнийн скандийн хайлшийн химийн найрлага, жингийн хувь нь: Mg 1.0% -2.4%, Zn 3.5% -5.5%, Sc 0.04% -0.50%, Zr 0.04% -0.35%, Cu ≤ 0.2% хольц, Si ≤ 0.35%, Fe ≤ 0.4%, бусад хольц нэг ≤ 0.05%, бусад хольц нь нийт ≤ 0.15%, үлдсэн хэмжээ нь Al. Энэхүү хөнгөн цагаан цайрын магнийн скандийн хайлш материалын бичил бүтэц нь жигд бөгөөд гүйцэтгэл нь тогтвортой бөгөөд суналтын бат бэх нь 400МПа-аас дээш, уналтын бат бэх нь 350МПа, гагнасан холболтын хувьд 370МПа-аас дээш суналтын бат бэх юм. Материалын бүтээгдэхүүнийг сансар огторгуй, цөмийн үйлдвэрлэл, тээвэр, спортын бараа, зэвсэг болон бусад салбарт бүтцийн элемент болгон ашиглаж болно.

Үйлдвэрлэлийн процесс: 1-р алхам, дээрх хайлшийн найрлагын дагуу найрлага; Алхам 2: Хайлуулах зууханд 700 ℃ ~ 780 ℃ температурт хайлуулна; Алхам 3: Бүрэн хайлсан металл шингэнийг боловсронгуй болгож, цэвэршүүлэх явцад металлын температурыг 700 ℃ ~ 750 ℃ ​​дотор байлгана; Алхам 4: Сайжруулсны дараа түүнийг хөдөлгөөнгүй байлгахыг бүрэн зөвшөөрөх ёстой; Алхам 5: Бүрэн зогссоны дараа цутгаж эхлэх, зуухны температурыг 690 ℃ ~ 730 ℃ дотор байлгаж, цутгах хурд нь 15-200 мм/мин; Алхам 6: Халаалтын зууханд 400 ℃ ~ 470 ℃ нэгэн төрлийн болгох температуртай хайлшны ембүү дээр нэгэн төрлийн болгох эмчилгээг хийнэ; Алхам 7: Нэг төрлийн ембүүг хальсалж, 2.0 мм-ээс дээш ханын зузаантай профиль гаргахын тулд халуун шахалт хийнэ. Шахах процессын явцад бэлдэцийг 350 ℃-аас 410 ℃ температурт байлгах ёстой; Алхам 8: Уусмалыг 460-480 ℃ температуртай уусмалыг бөхөөх боловсруулалтанд шахаж авна; Алхам 9: Хатуу уусмалыг 72 цагийн турш унтраасны дараа гараар хөгшрөлтийг хүчээр хийнэ. Гараар хөгшрөлтийн систем нь: 90~110 ℃/24 цаг+170~180 ℃/5 цаг, эсвэл 90~110 ℃/24 цаг+145~155 ℃/10 цаг.

5、 Судалгааны хураангуй

Ерөнхийдөө газрын ховор элементийг цөмийн хайлмал болон цөмийн задралд өргөн ашигладаг бөгөөд рентген туяа, плазм үүсэх, хөнгөн усны реактор, трансуран, уранил, ислийн нунтаг зэрэг техникийн чиглэлээр олон патентын схемтэй байдаг. Реакторын материалын хувьд газрын ховор элементийг реакторын бүтцийн материал болон холбогдох керамик тусгаарлагч материал, хяналтын материал, нейтрон цацрагаас хамгаалах материал болгон ашиглаж болно.