Utumiaji wa Vipengee Adimu vya Dunia katika Nyenzo za Nyuklia

1, Ufafanuzi wa Nyenzo za Nyuklia

Kwa maana pana, nyenzo za nyuklia ni neno la jumla la nyenzo zinazotumiwa katika tasnia ya nyuklia na utafiti wa kisayansi wa nyuklia, ikijumuisha mafuta ya nyuklia na nyenzo za uhandisi za nyuklia, yaani, nyenzo zisizo za nyuklia.

Nyenzo za nyuklia zinazojulikana kwa kawaida hurejelea hasa nyenzo zinazotumiwa katika sehemu mbalimbali za kinu, pia hujulikana kama nyenzo za kinu. Nyenzo za reactor ni pamoja na mafuta ya nyuklia ambayo hupitia mtengano wa nyuklia chini ya mlipuko wa nyutroni, nyenzo za kufunika kwa vijenzi vya mafuta ya nyuklia, vipozezi, vidhibiti vya nyutroni (wasimamizi), nyenzo za vijiti vya kudhibiti ambavyo hunyonya nyutroni kwa nguvu, na nyenzo za kuakisi ambazo huzuia kuvuja kwa nyutroni nje ya kinu.

2, Uhusiano unaohusishwa kati ya rasilimali za dunia adimu na rasilimali za nyuklia

Monazite, pia huitwa phosphocerite na phosphocerite, ni madini ya kawaida ya nyongeza katika mwamba wa kati wa asidi ya igneous na mwamba wa metamorphic. Monazite ni moja wapo ya madini kuu ya madini ya adimu ya ardhini, na pia inapatikana katika mwamba fulani wa sedimentary. Nyekundu ya hudhurungi, manjano, wakati mwingine hudhurungi ya manjano, na mng'aro wa greasi, mpasuko kamili, ugumu wa Mohs wa 5-5.5, na uzito maalum wa 4.9-5.5.

Madini kuu ya madini ya aina fulani ya amana za ardhi adimu nchini Uchina ni monazite, ambayo iko katika Tongcheng, Hubei, Yueyang, Hunan, Shangrao, Jiangxi, Menghai, Yunnan, na He County, Guangxi. Hata hivyo, uchimbaji wa rasilimali za dunia adimu za aina ya placer mara nyingi hauna umuhimu wa kiuchumi. Mawe ya pekee mara nyingi huwa na vipengele vya thoriamu reflexive na pia ni chanzo kikuu cha plutonium ya kibiashara.

3. Muhtasari wa matumizi ya nadra ya dunia katika muunganisho wa nyuklia na mpasuko wa nyuklia kulingana na uchanganuzi wa paneli ya hataza

Baada ya maneno muhimu ya vipengele adimu vya utafutaji wa dunia kupanuliwa kikamilifu, yanaunganishwa na funguo za upanuzi na nambari za uainishaji wa mgawanyiko wa nyuklia na muunganisho wa nyuklia, na kutafutwa katika hifadhidata ya Incopt. Tarehe ya utafutaji ni Agosti 24, 2020. Hati miliki 4837 zilipatikana baada ya kuunganisha kwa urahisi familia, na hataza 4673 zilibainishwa baada ya kupunguza kelele bandia.

Utumiaji wa haki miliki ya dunia katika uwanja wa mpasuko wa nyuklia au muunganisho wa nyuklia husambazwa katika nchi/maeneo 56 , hasa nchini Japani, Uchina, Marekani, Ujerumani na Urusi, n.k. Idadi kubwa ya hataza hutumiwa katika mfumo wa PCT. , ambayo maombi ya teknolojia ya hati miliki ya Kichina yamekuwa yakiongezeka, hasa tangu 2009, kuingia katika hatua ya ukuaji wa haraka, na Japan, Marekani na Urusi zimeendelea kupanga katika uwanja huu kwa miaka mingi. (Kielelezo 1).

Mchoro 1 Mwenendo wa utumiaji wa hataza za teknolojia zinazohusiana na utumiaji adimu wa ardhi katika mpasuko wa nyuklia na muunganisho wa nyuklia katika nchi/maeneo.

Inaweza kuonekana kutokana na uchanganuzi wa mada za kiufundi kwamba utumiaji wa ardhi adimu katika muunganisho wa nyuklia na mpasuko wa nyuklia huzingatia vipengele vya mafuta, scintillators, vigunduzi vya mionzi, actinides, plasma, vinu vya nyuklia, vifaa vya kukinga, kunyonya kwa nyutroni na maelekezo mengine ya kiufundi.

4, Maombi Maalum na Utafiti Muhimu wa Hataza wa Vipengele Adimu vya Dunia katika Nyenzo za Nyuklia

Miongoni mwao, mchanganyiko wa nyuklia na athari za mgawanyiko wa nyuklia katika nyenzo za nyuklia ni kali, na mahitaji ya nyenzo ni kali. Kwa sasa, vinu vya nguvu ni vinu vya nyuklia, na vinu vya muunganisho vinaweza kuangaziwa kwa kiwango kikubwa baada ya miaka 50. Maombi yaardhi adimuvipengele katika vifaa vya miundo ya reactor; Katika maeneo maalum ya kemikali za nyuklia, vipengele vya dunia adimu hutumiwa hasa katika vijiti vya kudhibiti; Aidha,scandiumpia imekuwa kutumika katika radiokemia na sekta ya nyuklia.

(1) Kama sumu inayoweza kuwaka au fimbo ya kudhibiti kurekebisha kiwango cha nyutroni na hali muhimu ya kinu cha nyuklia.

Katika vinu vya nguvu, utendakazi wa awali wa mabaki ya cores mpya kwa ujumla ni wa juu kiasi. Hasa katika hatua za mwanzo za mzunguko wa kwanza wa kuongeza mafuta, wakati mafuta yote ya nyuklia katika msingi ni mpya, reactivity iliyobaki ni ya juu zaidi. Katika hatua hii, kutegemea tu kuongeza vijiti vya udhibiti ili kufidia utendakazi wa mabaki kunaweza kuanzisha vijiti zaidi vya udhibiti. Kila fimbo ya udhibiti (au kifungu cha fimbo) inafanana na kuanzishwa kwa utaratibu tata wa kuendesha gari. Kwa upande mmoja, hii huongeza gharama, na kwa upande mwingine, kufungua mashimo kwenye kichwa cha chombo cha shinikizo kunaweza kusababisha kupungua kwa nguvu za muundo. Sio tu isiyo ya kiuchumi, lakini pia hairuhusiwi kuwa na kiasi fulani cha porosity na nguvu za kimuundo kwenye kichwa cha chombo cha shinikizo. Hata hivyo, bila kuongeza vijiti vya udhibiti, ni muhimu kuongeza mkusanyiko wa sumu ya fidia ya kemikali (kama vile asidi ya boroni) ili kulipa fidia kwa reactivity iliyobaki. Katika kesi hii, ni rahisi kwa mkusanyiko wa boroni kuzidi kizingiti, na mgawo wa joto wa msimamizi utakuwa chanya.

Ili kuepuka matatizo yaliyotajwa hapo juu, mchanganyiko wa sumu zinazoweza kuwaka, vijiti vya kudhibiti, na udhibiti wa fidia ya kemikali kwa ujumla unaweza kutumika kudhibiti.

(2) Kama dopant ili kuongeza utendakazi wa nyenzo za muundo wa kiyeyeyuzi

Reactor zinahitaji vipengele vya miundo na vipengele vya mafuta ili kuwa na kiwango fulani cha nguvu, upinzani wa kutu, na uthabiti wa juu wa joto, huku pia huzuia bidhaa za mtengano kuingia kwenye baridi.

1) .Rare earth steel

Reactor ya nyuklia ina hali mbaya ya kimwili na kemikali, na kila sehemu ya reactor pia ina mahitaji ya juu kwa chuma maalum kinachotumiwa. Vipengele adimu vya ardhi vina athari maalum za urekebishaji kwenye chuma, haswa ikiwa ni pamoja na utakaso, metamorphism, aloying ndogo, na uboreshaji wa upinzani wa kutu. Ardhi adimu iliyo na vyuma pia hutumiwa sana katika vinu vya nyuklia.

① Athari ya utakaso: Utafiti uliopo umeonyesha kuwa ardhi adimu ina athari nzuri ya utakaso kwenye chuma kilichoyeyushwa kwenye joto la juu. Hii ni kwa sababu dunia adimu inaweza kuguswa na vipengele hatari kama vile oksijeni na salfa katika chuma kilichoyeyushwa ili kuzalisha misombo ya joto la juu. Misombo ya joto la juu inaweza kuwa na mvua na kuruhusiwa kwa namna ya inclusions kabla ya chuma kilichoyeyuka kuunganishwa, na hivyo kupunguza maudhui ya uchafu katika chuma kilichoyeyuka.

② Metamorphism: kwa upande mwingine, oksidi, sulfidi au oksisulfidi zinazotokana na mmenyuko wa ardhi adimu katika chuma kilichoyeyushwa na vitu vyenye madhara kama vile oksijeni na sulfuri vinaweza kubakizwa kwa sehemu katika chuma kilichoyeyuka na kuwa mjumuisho wa chuma chenye kiwango cha juu cha kuyeyuka. . Mijumuisho hii inaweza kutumika kama vituo tofauti vya nuklea wakati wa uimarishaji wa chuma kilichoyeyuka, na hivyo kuboresha umbo na muundo wa chuma.

③ Utoaji wa Mikrofoni: ikiwa nyongeza ya ardhi adimu itaongezeka zaidi, ardhi adimu iliyobaki itayeyushwa katika chuma baada ya utakaso na metamorphism hapo juu kukamilika. Kwa kuwa radius ya atomiki ya ardhi adimu ni kubwa kuliko ile ya atomi ya chuma, ardhi adimu ina shughuli ya juu ya uso. Wakati wa mchakato wa uimarishaji wa chuma kilichoyeyushwa, vitu adimu vya ardhi vinarutubishwa kwenye mpaka wa nafaka, ambayo inaweza kupunguza vyema utengano wa vitu vya uchafu kwenye mpaka wa nafaka, na hivyo kuimarisha suluhisho dhabiti na kuchukua jukumu la ugawaji wa microalloying. Kwa upande mwingine, kwa sababu ya sifa za uhifadhi wa hidrojeni za ardhi adimu, zinaweza kunyonya hidrojeni katika chuma, na hivyo kuboresha uzushi wa hidrojeni ya chuma.

④ Kuboresha upinzani wa kutu: Nyongeza ya vipengele adimu vya ardhi pia inaweza kuboresha upinzani wa kutu wa chuma. Hii ni kwa sababu ardhi adimu ina uwezo wa juu zaidi wa kutu kuliko chuma cha pua. Kwa hivyo, kuongezwa kwa ardhi adimu kunaweza kuongeza uwezo wa kutu ya chuma cha pua, na hivyo kuboresha uimara wa chuma katika vyombo vya habari vya babuzi.

2). Utafiti wa Patent muhimu

Patent muhimu: hataza ya uvumbuzi ya mtawanyiko wa oksidi iliimarisha chuma cha chini cha kuwezesha na mbinu yake ya maandalizi na Taasisi ya Metali, Chuo cha Sayansi cha China.

Muhtasari wa hataza: Zinazotolewa ni mtawanyiko wa oksidi ulioimarishwa chuma cha chini cha uwezeshaji kinachofaa kwa viyeyusho vya muunganisho na mbinu yake ya utayarishaji, inayojulikana kwa kuwa asilimia ya vipengele vya aloi katika jumla ya molekuli ya chuma cha chini cha kuwezesha ni: tumbo ni 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%, na 0.05% ≤ Y2O3 ≤%.

Mchakato wa utengenezaji: kuyeyusha aloi ya mama ya Fe-Cr-WV-Ta-Mn, atomization ya poda, kusaga mpira wa nishati ya juu wa aloi mama naY2O3 nanoparticlepoda iliyochanganyika, uchimbaji wa kufunika unga, ukingo wa kukandisha, kuviringisha moto, na matibabu ya joto.

Njia adimu ya kuongeza ardhi: Ongeza nanoscaleY2O3chembe kwenye aloi kuu ya unga wa atomi kwa usagishaji mpira wa nishati ya juu, na chombo cha kusagia mpira kikiwa Φ 6 na Φ 10 mipira ya chuma ngumu iliyochanganywa, na angahewa ya kusaga ya 99.99% ya gesi ya agoni, uwiano wa nyenzo za mpira wa (8- 10): 1, wakati wa kusaga mpira wa masaa 40-70, na kasi ya mzunguko ya 350-500 r/dakika.

3）. Hutumika kutengeneza nyenzo za ulinzi wa mionzi ya neutroni

① Kanuni ya ulinzi wa mionzi ya nyutroni

Neutroni ni vipengele vya nuclei za atomiki, na uzito wa tuli wa 1.675 × 10-27kg, ambayo ni mara 1838 ya molekuli ya elektroniki. Radius yake ni takriban 0.8 × 10-15m, sawa na ukubwa wa protoni, sawa na γ Rays ni sawa bila malipo. Neutroni zinapoingiliana na maada, huingiliana hasa na nguvu za nyuklia ndani ya kiini, na haziingiliani na elektroni kwenye ganda la nje.

Pamoja na maendeleo ya haraka ya nishati ya nyuklia na teknolojia ya kinu cha nyuklia, tahadhari zaidi na zaidi imelipwa kwa usalama wa mionzi ya nyuklia na ulinzi wa mionzi ya nyuklia. Ili kuimarisha ulinzi wa mionzi kwa waendeshaji ambao wamekuwa wakifanya matengenezo ya vifaa vya mionzi na uokoaji wa ajali kwa muda mrefu, ni umuhimu mkubwa wa kisayansi na thamani ya kiuchumi kuendeleza composites za kinga nyepesi kwa nguo za kinga. Mionzi ya nyutroni ni sehemu muhimu zaidi ya mionzi ya kinu cha nyuklia. Kwa ujumla, nyutroni nyingi zinazogusana moja kwa moja na wanadamu zimepunguzwa kasi hadi neutroni zenye nishati kidogo baada ya athari ya kinga ya nyutroni ya nyenzo za kimuundo ndani ya kinu cha nyuklia. Neutroni za nishati ya chini zitagongana na viini vilivyo na nambari ya atomiki ya chini kwa elastically na kuendelea kukaguliwa. Neutroni za joto zilizokadiriwa zitafyonzwa na vipengele vilivyo na sehemu kubwa zaidi za ufyonzaji wa neutroni, na hatimaye ulinzi wa nyutroni utapatikana.

② Utafiti wa Hataza muhimu

Sifa za mseto zenye vinyweleo na kikaboni-isokaboni zakipengele adimu dunianigadoliniumvifaa vya chuma vya kikaboni vya mifupa huongeza upatanifu wao na polyethilini, na hivyo kukuza nyenzo za mchanganyiko zilizounganishwa kuwa na maudhui ya juu ya gadolinium na mtawanyiko wa gadolinium. Maudhui ya juu ya gadolinium na mtawanyiko yataathiri moja kwa moja utendaji wa ulinzi wa nyutroni wa nyenzo za mchanganyiko.

Hati miliki kuu: Taasisi ya Hefei ya Sayansi ya Nyenzo, Chuo cha Sayansi cha Kichina, hataza ya uvumbuzi wa nyenzo za ulinzi za mfumo wa kikaboni wa gadolinium na njia yake ya utayarishaji.

Muhtasari wa Hati miliki: Nyenzo ya kinga ya kiunzi ya mifupa ya kikaboni ya Gadolinium ni nyenzo ya mchanganyiko inayoundwa kwa kuchanganya.gadoliniummsingi chuma kikaboni mifupa nyenzo na polyethilini katika uzito uwiano wa 2:1:10 na kutengeneza kwa njia ya uvukizi kutengenezea au moto kubwa. Nyenzo za ulinzi za kiunzi za mifupa ya gadolinium yenye msingi wa chuma-hai zina uthabiti wa juu wa mafuta na uwezo wa kukinga neutroni ya joto.

Mchakato wa utengenezaji: kuchagua tofautichuma cha gadoliniumchumvi na ligandi za kikaboni kuandaa na kuunganisha aina tofauti za vifaa vya kikaboni vya chuma vya gadolinium, kuviosha na molekuli ndogo za methanoli, ethanoli, au maji kwa centrifugation, na kuwasha kwa joto la juu chini ya hali ya utupu ili kuondoa kikamilifu malighafi iliyobaki ambayo haijashughulikiwa. katika pores ya gadolinium msingi chuma vifaa kikaboni mifupa; Nyenzo ya mifupa ya gadolinium ya organometallic iliyoandaliwa kwa hatua huchochewa na lotion ya polyethilini kwa kasi ya juu, au ultrasonically, au nyenzo ya mifupa ya gadolinium ya organometallic iliyoandaliwa kwa hatua inayeyuka iliyochanganywa na polyethilini yenye uzito wa juu wa molekuli kwenye joto la juu hadi imechanganywa kikamilifu; Weka mchanganyiko unaofanana wa gadolinium yenye msingi wa metali ya kiunzi cha mifupa/polyethilini kwenye ukungu, na upate nyenzo za kinga za kiunzi za metali za gadolinium kwa kukausha ili kukuza uvukizi wa kutengenezea au ukandamizaji wa moto; Nyenzo ya kinga ya kiunzi ya kiunzi ya mifupa ya gadolinium iliyotengenezwa kwa msingi wa metali ya gadolinium imeboresha kwa kiasi kikubwa upinzani wa joto, sifa za mitambo, na uwezo wa juu wa ulinzi wa neutroni ya joto ikilinganishwa na nyenzo safi za polyethilini.

Hali adimu ya kuongeza ardhi: Gd2 (BHC) (H2O) 6, Gd (BTC) (H2O) 4 au Gd (BDC) 1.5 (H2O) 2 polima ya uratibu wa fuwele yenye vinyweleo vyenye gadolinium, ambayo hupatikana kwa upolimishaji waGd (NO3) 3 • 6H2O au GdCl3 • 6H2Ona ligand ya kikaboni ya carboxylate; Ukubwa wa nyenzo za mifupa ya kikaboni ya chuma ya gadolinium ni 50nm-2 μ m; Nyenzo za mifupa ya kikaboni ya chuma ya Gadolinium zina mofolojia tofauti, ikiwa ni pamoja na maumbo ya punjepunje, ya fimbo au ya sindano.

(4) Matumizi yaScandiumkatika tasnia ya radiokemia na nyuklia

Metali ya Scandium ina uthabiti mzuri wa mafuta na utendaji dhabiti wa kunyonya florini, na kuifanya kuwa nyenzo ya lazima katika tasnia ya nishati ya atomiki.

Hati miliki muhimu: Taasisi ya Maendeleo ya Anga ya China ya Beijing ya Nyenzo za Anga, hati miliki ya uvumbuzi wa aloi ya scandium ya magnesiamu ya zinki na njia yake ya utayarishaji.

Muhtasari wa hataza: Zinki ya aluminialoi ya scandium ya magnesiamuna njia ya maandalizi yake. Muundo wa kemikali na asilimia ya uzito wa aloi ya skandiamu ya zinki ya alumini ni: Mg 1.0% -2.4%, Zn 3.5% -5.5%, Sc 0.04% -0.50%, Zr 0.04% -0.35%, uchafu Cu ≤ 0.2%, Si ≤ 0.35%, Fe ≤ 0.4%, nyingine uchafu moja ≤ 0.05%, uchafu mwingine jumla ≤ 0.15%, na kiasi iliyobaki ni Al. Muundo mdogo wa nyenzo hii ya aloi ya alumini ya zinki ya magnesiamu ya scandium ni sare na utendakazi wake ni thabiti, na nguvu ya mwisho ya kustahimili zaidi ya 400MPa, nguvu ya mavuno ya zaidi ya 350MPa, na nguvu ya mkazo ya zaidi ya 370MPa kwa viungo vilivyochomezwa. Bidhaa za nyenzo zinaweza kutumika kama vitu vya kimuundo katika anga, tasnia ya nyuklia, usafirishaji, bidhaa za michezo, silaha na nyanja zingine.

Mchakato wa utengenezaji: Hatua ya 1, kingo kulingana na muundo wa aloi hapo juu; Hatua ya 2: Kuyeyusha katika tanuru ya kuyeyusha kwa joto la 700 ℃~780 ℃; Hatua ya 3: Chuja kioevu cha chuma kilichoyeyuka kabisa, na udumishe joto la chuma ndani ya anuwai ya 700 ℃~750 ℃ ​​wakati wa kusafisha; Hatua ya 4: Baada ya kusafisha, inapaswa kuruhusiwa kikamilifu kusimama; Hatua ya 5: Baada ya kusimama kikamilifu, anza kutuma, kudumisha halijoto ya tanuru ndani ya safu ya 690 ℃~730 ℃, na kasi ya urushaji ni 15-200mm/dakika; Hatua ya 6: Fanya matibabu ya uwekaji wa annealing ya homogenization kwenye ingot ya aloi kwenye tanuru ya kupasha joto, na joto la homogenization la 400 ℃ ~ 470 ℃; Hatua ya 7: Chambua ingot iliyo na homogenized na utoe upanuzi wa moto ili kutoa wasifu wenye unene wa ukuta wa zaidi ya 2.0mm. Wakati wa mchakato wa extrusion, billet inapaswa kudumishwa kwa joto la 350 ℃ hadi 410 ℃; Hatua ya 8: Finya wasifu kwa matibabu ya kuzima kwa suluhisho, na joto la suluhisho la 460-480 ℃; Hatua ya 9: Baada ya masaa 72 ya kuzima kwa suluhisho dhabiti, lazimisha kuzeeka kwa mikono. Mfumo wa kuzeeka kwa nguvu ni: 90~110 ℃/24+170~180 ℃/5 masaa, au 90~110 ℃/24+145~155 ℃/10 saa.

5. Muhtasari wa Utafiti

Kwa ujumla, dunia adimu hutumiwa sana katika muunganisho wa nyuklia na mpasuko wa nyuklia, na ina mipangilio mingi ya hataza katika mwelekeo wa kiufundi kama vile msisimko wa X-ray, uundaji wa plasma, kinu cha maji mepesi, transuranium, uranili na poda ya oksidi. Kuhusu nyenzo za kiyeyusho, ardhi adimu inaweza kutumika kama nyenzo za kimuundo za reactor na nyenzo zinazohusiana za insulation za kauri, vifaa vya kudhibiti na vifaa vya ulinzi wa mionzi ya neutroni.