การประยุกต์ใช้ธาตุหายากในวัสดุนิวเคลียร์

1、คำจำกัดความของวัสดุนิวเคลียร์

ในความหมายกว้าง วัสดุนิวเคลียร์เป็นคำทั่วไปสำหรับวัสดุที่ใช้เฉพาะในอุตสาหกรรมนิวเคลียร์และการวิจัยทางวิทยาศาสตร์นิวเคลียร์ รวมถึงเชื้อเพลิงนิวเคลียร์และวัสดุทางวิศวกรรมนิวเคลียร์ กล่าวคือ วัสดุที่ไม่ใช่เชื้อเพลิงนิวเคลียร์

วัสดุที่ใช้สำหรับนิวเคลียร์โดยทั่วไปมักหมายถึงวัสดุที่ใช้ในส่วนต่างๆ ของเครื่องปฏิกรณ์ ซึ่งเรียกอีกอย่างว่าวัสดุของเครื่องปฏิกรณ์ วัสดุที่ใช้สำหรับเครื่องปฏิกรณ์ ได้แก่ เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ที่แตกตัวภายใต้การโจมตีด้วยนิวตรอน วัสดุหุ้มสำหรับส่วนประกอบเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ สารหล่อเย็น ตัวหน่วงนิวตรอน วัสดุแท่งควบคุมที่ดูดซับนิวตรอนอย่างแรง และวัสดุสะท้อนแสงที่ป้องกันการรั่วไหลของนิวตรอนภายนอกเครื่องปฏิกรณ์

2. ความสัมพันธ์ที่เกี่ยวข้องระหว่างทรัพยากรแร่ธาตุหายากและทรัพยากรนิวเคลียร์

มอนาไซต์ เรียกอีกอย่างว่า ฟอสโฟเซอไรต์ และฟอสโฟเซอไรต์ เป็นแร่เสริมที่พบได้ทั่วไปในหินอัคนีกรดปานกลางและหินแปร มอนาไซต์เป็นแร่หลักชนิดหนึ่งของแร่โลหะหายาก และยังมีอยู่ในหินตะกอนบางชนิดด้วย มีสีน้ำตาลแดง เหลือง และบางครั้งมีสีน้ำตาลเหลือง มีประกายมัน มีการแยกตัวอย่างสมบูรณ์ มีความแข็งตามเกณฑ์โมห์ส 5-5.5 และมีความถ่วงจำเพาะ 4.9-5.5

แร่ธาตุหลักในแหล่งแร่ธาตุหายากประเภทเพลเซอร์ในประเทศจีนคือมอนาไซต์ ซึ่งส่วนใหญ่อยู่ในเมืองทงเฉิง หูเป่ย เยว่หยาง หูหนาน ซางราว เจียงซี เหมิงไห่ ยูนนาน และเหอ กว่างซี อย่างไรก็ตาม การสกัดแร่ธาตุหายากประเภทเพลเซอร์มักไม่มีความสำคัญทางเศรษฐกิจ แร่ธาตุเดี่ยวมักประกอบด้วยธาตุทอเรียมที่สะท้อนแสงได้ และยังเป็นแหล่งกำเนิดพลูโตเนียมเชิงพาณิชย์หลักอีกด้วย

3、ภาพรวมของการประยุกต์ใช้แร่ธาตุหายากในปฏิกิริยาฟิวชันนิวเคลียร์และฟิชชันนิวเคลียร์ตามการวิเคราะห์แบบพาโนรามาของสิทธิบัตร

หลังจากขยายคำสำคัญขององค์ประกอบการค้นหาธาตุหายากจนเต็มแล้ว คำสำคัญเหล่านั้นจะถูกผสมผสานกับคีย์ขยายและหมายเลขการจำแนกประเภทของปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชันและปฏิกิริยาฟิวชันนิวเคลียร์ และค้นหาในฐานข้อมูล Incopt วันที่ค้นหาคือ 24 สิงหาคม 2020 ได้รับสิทธิบัตร 4,837 ฉบับหลังจากการควบรวมกิจการแบบเรียบง่าย และได้ระบุสิทธิบัตร 4,673 ฉบับหลังจากการลดสัญญาณรบกวนเทียม

ใบสมัครสิทธิบัตรแร่ธาตุหายากในสาขาปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชันหรือฟิวชันนิวเคลียร์กระจายอยู่ใน 56 ประเทศ/ภูมิภาค โดยส่วนใหญ่กระจุกตัวอยู่ในญี่ปุ่น จีน สหรัฐอเมริกา เยอรมนี และรัสเซีย เป็นต้น สิทธิบัตรจำนวนมากถูกยื่นขอในรูปแบบ PCT ซึ่งการสมัครเทคโนโลยีสิทธิบัตรของจีนมีจำนวนเพิ่มขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งตั้งแต่ปี 2009 ซึ่งเข้าสู่ช่วงการเติบโตอย่างรวดเร็ว และญี่ปุ่น สหรัฐอเมริกา และรัสเซีย ยังคงเข้ามามีบทบาทในสาขานี้มาหลายปี (รูปที่ 1)

รูปที่ 1 แนวโน้มการประยุกต์ใช้สิทธิบัตรเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องกับการประยุกต์ใช้แรร์เอิร์ธในปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชันและฟิวชันนิวเคลียร์ในประเทศ/ภูมิภาค

จากการวิเคราะห์หัวข้อทางเทคนิค จะเห็นได้ว่าการประยุกต์ใช้แร่ธาตุหายากในปฏิกิริยาฟิวชันนิวเคลียร์และฟิชชันนิวเคลียร์มุ่งเน้นไปที่ธาตุเชื้อเพลิง สารประกายแสง เครื่องตรวจจับรังสี แอกทิไนด์ พลาสมา เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ วัสดุป้องกัน การดูดซับนิวตรอน และทิศทางทางเทคนิคอื่นๆ

4、 การประยุกต์ใช้เฉพาะและการวิจัยสิทธิบัตรสำคัญของธาตุหายากในวัสดุนิวเคลียร์

ปฏิกิริยาฟิวชันนิวเคลียร์และปฏิกิริยาฟิชชันนิวเคลียร์ในวัสดุนิวเคลียร์มีความเข้มข้นสูง และความต้องการวัสดุก็เข้มงวดมาก ในปัจจุบัน เครื่องปฏิกรณ์พลังงานส่วนใหญ่เป็นเครื่องปฏิกรณ์ฟิชชันนิวเคลียร์ และเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชันอาจได้รับความนิยมอย่างกว้างขวางในอีก 50 ปีข้างหน้า การประยุกต์ใช้แร่ธาตุหายากธาตุในวัสดุโครงสร้างของเครื่องปฏิกรณ์ ในสาขาเคมีนิวเคลียร์โดยเฉพาะ ธาตุหายากส่วนใหญ่ใช้ในแท่งควบคุม นอกจากนี้สแกนเดียมยังถูกนำมาใช้ในอุตสาหกรรมเคมีรังสีและนิวเคลียร์ด้วย

（1） เป็นพิษติดไฟหรือแท่งควบคุมเพื่อปรับระดับนิวตรอนและสถานะวิกฤตของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์

ในเครื่องปฏิกรณ์พลังงาน ปฏิกิริยาตกค้างเบื้องต้นของแกนกลางใหม่โดยทั่วไปค่อนข้างสูง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในระยะเริ่มต้นของรอบการเติมเชื้อเพลิงครั้งแรก เมื่อเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ทั้งหมดในแกนกลางเป็นเชื้อเพลิงใหม่ ปฏิกิริยาตกค้างที่เหลืออยู่จะสูงที่สุด ณ จุดนี้ การพึ่งพาแท่งควบคุมที่เพิ่มขึ้นเพียงอย่างเดียวเพื่อชดเชยปฏิกิริยาตกค้างจะทำให้มีแท่งควบคุมมากขึ้น แท่งควบคุมแต่ละแท่ง (หรือมัดแท่ง) สอดคล้องกับการนำกลไกการขับเคลื่อนที่ซับซ้อนมาใช้ ในแง่หนึ่ง การทำเช่นนี้จะเพิ่มต้นทุน และในอีกด้านหนึ่ง การเปิดรูในหัวของภาชนะแรงดันอาจทำให้ความแข็งแรงของโครงสร้างลดลง ไม่เพียงแต่จะไม่ประหยัด แต่ยังไม่อนุญาตให้มีรูพรุนและความแข็งแรงของโครงสร้างในปริมาณหนึ่งบนหัวของภาชนะแรงดันอีกด้วย อย่างไรก็ตาม หากไม่เพิ่มแท่งควบคุม จำเป็นต้องเพิ่มความเข้มข้นของสารพิษชดเชยทางเคมี (เช่น กรดบอริก) เพื่อชดเชยปฏิกิริยาที่เหลืออยู่ ในกรณีนี้ ความเข้มข้นของโบรอนอาจเกินเกณฑ์ได้ง่าย และค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของตัวชะลอจะกลายเป็นค่าบวก

เพื่อหลีกเลี่ยงปัญหาที่กล่าวข้างต้น โดยทั่วไปแล้วสามารถใช้การรวมกันของสารพิษที่ติดไฟได้ แท่งควบคุม และการควบคุมการชดเชยทางเคมีเพื่อการควบคุมได้

（2） เป็นสารเจือปนเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของวัสดุโครงสร้างของเครื่องปฏิกรณ์

เครื่องปฏิกรณ์จำเป็นต้องมีส่วนประกอบโครงสร้างและองค์ประกอบเชื้อเพลิงที่มีความแข็งแรง ทนทานต่อการกัดกร่อน และมีเสถียรภาพทางความร้อนสูงในระดับหนึ่ง ขณะเดียวกันก็ต้องป้องกันไม่ให้ผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยาฟิชชันเข้าไปในสารหล่อเย็นด้วย

1) .เหล็กหายาก

เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์มีสภาพทางกายภาพและเคมีที่รุนแรง และส่วนประกอบแต่ละส่วนของเครื่องปฏิกรณ์ยังต้องการเหล็กพิเศษที่นำมาใช้ด้วย ธาตุหายากมีผลการดัดแปลงพิเศษต่อเหล็ก โดยส่วนใหญ่รวมถึงการทำให้บริสุทธิ์ การแปรสภาพ การผสมโลหะผสมขนาดเล็ก และการปรับปรุงความทนทานต่อการกัดกร่อน เหล็กที่มีธาตุหายากยังใช้กันอย่างแพร่หลายในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์

① ผลของการทำให้บริสุทธิ์: งานวิจัยที่มีอยู่ได้แสดงให้เห็นว่าแร่ธาตุหายากมีผลในการทำให้บริสุทธิ์เหล็กหลอมเหลวได้ดีที่อุณหภูมิสูง เนื่องจากแร่ธาตุหายากสามารถทำปฏิกิริยากับธาตุที่เป็นอันตราย เช่น ออกซิเจนและกำมะถันในเหล็กหลอมเหลวเพื่อสร้างสารประกอบที่อุณหภูมิสูง สารประกอบที่อุณหภูมิสูงสามารถตกตะกอนและระบายออกในรูปแบบของสิ่งเจือปนก่อนที่เหล็กหลอมเหลวจะควบแน่น จึงลดปริมาณสิ่งเจือปนในเหล็กหลอมเหลวลง

② การแปรสภาพ: ในทางกลับกัน ออกไซด์ ซัลไฟด์ หรือออกซิซัลไฟด์ที่เกิดจากปฏิกิริยาของธาตุหายากในเหล็กหลอมเหลวกับธาตุที่เป็นอันตราย เช่น ออกซิเจนและกำมะถัน อาจคงอยู่ในเหล็กหลอมเหลวบางส่วนและกลายเป็นสารเจือปนของเหล็กที่มีจุดหลอมเหลวสูง สารเจือปนเหล่านี้สามารถใช้เป็นศูนย์นิวเคลียสที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันในระหว่างการทำให้เหล็กหลอมเหลวแข็งตัว จึงทำให้รูปร่างและโครงสร้างของเหล็กดีขึ้น

③ การผสมโลหะด้วยไมโคร: หากเพิ่มธาตุหายากเข้าไปอีก ธาตุหายากที่เหลือจะละลายในเหล็กหลังจากการทำให้บริสุทธิ์และการแปรสภาพข้างต้นเสร็จสิ้น เนื่องจากรัศมีอะตอมของธาตุหายากมีขนาดใหญ่กว่าอะตอมของเหล็ก ธาตุหายากจึงมีกิจกรรมบนพื้นผิวที่สูงกว่า ในระหว่างกระบวนการทำให้เหล็กหลอมเหลวเป็นของแข็ง ธาตุหายากจะถูกเพิ่มความเข้มข้นที่ขอบเกรน ซึ่งจะช่วยลดการแยกตัวของธาตุเจือปนที่ขอบเกรนได้ดีขึ้น จึงทำให้สารละลายของแข็งมีความแข็งแรงขึ้นและมีบทบาทในการผสมโลหะด้วยไมโคร ในทางกลับกัน เนื่องจากลักษณะการเก็บไฮโดรเจนของธาตุหายาก ธาตุหายากจึงสามารถดูดซับไฮโดรเจนในเหล็กได้ จึงช่วยปรับปรุงปรากฏการณ์การเปราะของไฮโดรเจนในเหล็กได้อย่างมีประสิทธิภาพ

④ การปรับปรุงความทนทานต่อการกัดกร่อน: การเติมธาตุหายากสามารถปรับปรุงความทนทานต่อการกัดกร่อนของเหล็กได้เช่นกัน เนื่องจากธาตุหายากมีศักยภาพในการกัดกร่อนตัวเองสูงกว่าเหล็กกล้าไร้สนิม ดังนั้น การเติมธาตุหายากจึงสามารถเพิ่มศักยภาพในการกัดกร่อนตัวเองของเหล็กกล้าไร้สนิมได้ จึงทำให้เหล็กกล้ามีความเสถียรในสื่อที่กัดกร่อนดีขึ้น

2). การศึกษาสิทธิบัตรที่สำคัญ

สิทธิบัตรสำคัญ: สิทธิบัตรการประดิษฐ์เหล็กที่มีการกระจายออกไซด์เสริมความแข็งแรงด้วยการกระตุ้นต่ำและวิธีการเตรียมโดยสถาบันโลหะ สถาบันวิทยาศาสตร์จีน

ไทย บทคัดย่อสิทธิบัตร: เป็นเหล็กกล้าการกระตุ้นต่ำที่มีการเสริมความแข็งแรงด้วยการกระจายออกไซด์ซึ่งเหมาะสำหรับเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชันและวิธีการเตรียม ซึ่งโดดเด่นด้วยเปอร์เซ็นต์ของธาตุโลหะผสมในมวลรวมของเหล็กกล้าการกระตุ้นต่ำดังนี้: เมทริกซ์คือ 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% และ 0.05% ≤ Y2O3 ≤ 0.5%

กระบวนการผลิต: การหลอมโลหะผสมแม่ Fe-Cr-WV-Ta-Mn การทำให้เป็นละอองผง การบดด้วยลูกบอลพลังงานสูงของโลหะผสมแม่ และอนุภาคนาโน Y2O3การผสมผง การสกัดผงโดยการห่อหุ้ม การขึ้นรูปให้แข็งตัว การรีดร้อน และการอบให้ความร้อน

วิธีการเติมธาตุหายาก: เพิ่มระดับนาโนย2โอ3อนุภาคต่างๆ จะถูกแปลงเป็นผงอะตอมของโลหะผสมแม่สำหรับการบดด้วยลูกบอลพลังงานสูง โดยที่ตัวกลางในการบดด้วยลูกบอลคือลูกบอลเหล็กแข็งผสมระหว่าง Φ 6 และ Φ 10 โดยมีบรรยากาศในการบดด้วยลูกบอลเป็นก๊าซอาร์กอน 99.99% อัตราส่วนมวลของวัสดุลูกบอลคือ (8-10): 1 เวลาในการบดด้วยลูกบอลคือ 40-70 ชั่วโมง และความเร็วในการหมุนคือ 350-500 รอบต่อนาที

3）ใช้ทำวัสดุป้องกันรังสีนิวตรอน

① หลักการป้องกันรังสีนิวตรอน

นิวตรอนเป็นส่วนประกอบของนิวเคลียสอะตอม มีมวลสถิต 1.675 × 10-27 กิโลกรัม ซึ่งมากกว่ามวลอิเล็กตรอน 1,838 เท่า รัศมีประมาณ 0.8 × 10-15 เมตร มีขนาดใกล้เคียงกับโปรตอน คล้ายกับแกมมา รังสีไม่มีประจุเท่ากัน เมื่อนิวตรอนทำปฏิกิริยากับสสาร พวกมันจะทำปฏิกิริยากับแรงนิวเคลียร์ภายในนิวเคลียสเป็นหลัก และไม่ทำปฏิกิริยากับอิเล็กตรอนในเปลือกนอก

ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของพลังงานนิวเคลียร์และเทคโนโลยีเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ความสนใจในเรื่องความปลอดภัยของรังสีนิวเคลียร์และการป้องกันรังสีนิวเคลียร์จึงเพิ่มมากขึ้นเรื่อยๆ เพื่อเสริมสร้างการป้องกันรังสีสำหรับผู้ปฏิบัติงานที่มีส่วนร่วมในการบำรุงรักษาอุปกรณ์รังสีและการกู้ภัยจากอุบัติเหตุมาเป็นเวลานาน การพัฒนาคอมโพสิตป้องกันรังสีน้ำหนักเบาสำหรับเสื้อผ้าป้องกันจึงมีความสำคัญทางวิทยาศาสตร์และมีมูลค่าทางเศรษฐกิจอย่างมาก รังสีนิวตรอนเป็นส่วนที่สำคัญที่สุดของรังสีเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ โดยทั่วไปแล้ว นิวตรอนส่วนใหญ่ที่สัมผัสโดยตรงกับมนุษย์จะถูกทำให้ช้าลงเป็นนิวตรอนพลังงานต่ำหลังจากผลของการป้องกันนิวตรอนของวัสดุโครงสร้างภายในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ นิวตรอนพลังงานต่ำจะชนกับนิวเคลียสที่มีเลขอะตอมต่ำกว่าในลักษณะยืดหยุ่นและยังคงได้รับการชะลอความเร็ว นิวตรอนความร้อนที่ถูกชะลอความเร็วจะถูกดูดซับโดยธาตุที่มีหน้าตัดการดูดซับนิวตรอนขนาดใหญ่ และในที่สุดก็จะบรรลุการป้องกันนิวตรอน

② การศึกษาสิทธิบัตรสำคัญ

คุณสมบัติไฮบริดที่มีรูพรุนและอินทรีย์-อนินทรีย์ของธาตุหายากแกโดลิเนียมวัสดุโครงกระดูกโลหะอินทรีย์ช่วยเพิ่มความเข้ากันได้กับโพลีเอทิลีน ส่งเสริมให้วัสดุคอมโพสิตสังเคราะห์มีปริมาณแกโดลิเนียมและการกระจายตัวของแกโดลิเนียมที่สูงขึ้น ปริมาณแกโดลิเนียมที่สูงและการกระจายตัวจะส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพการป้องกันนิวตรอนของวัสดุคอมโพสิต

สิทธิบัตรสำคัญ: สถาบันวิทยาศาสตร์วัสดุเหอเฟย สถาบันวิทยาศาสตร์จีน สิทธิบัตรการประดิษฐ์วัสดุป้องกันคอมโพสิตกรอบอินทรีย์ที่ใช้แกโดลิเนียมและวิธีการเตรียมวัสดุดังกล่าว

บทคัดย่อสิทธิบัตร: วัสดุป้องกันโครงกระดูกอินทรีย์โลหะแบบผสมแกโดลิเนียมเป็นวัสดุผสมที่เกิดจากการผสมแกโดลิเนียมวัสดุโครงโลหะอินทรีย์ที่มีส่วนประกอบหลักเป็นโพลีเอทิลีนในอัตราส่วนน้ำหนัก 2:1:10 และขึ้นรูปโดยการระเหยด้วยตัวทำละลายหรือการอัดร้อน วัสดุป้องกันโครงโลหะอินทรีย์ที่มีส่วนประกอบหลักเป็นแกโดลิเนียมมีเสถียรภาพทางความร้อนสูงและสามารถป้องกันความร้อนด้วยนิวตรอนได้

กระบวนการผลิต: การคัดเลือกที่แตกต่างกันแกโดลิเนียม โลหะเกลือและลิแกนด์อินทรีย์สำหรับเตรียมและสังเคราะห์วัสดุโครงกระดูกโลหะอินทรีย์ประเภทต่างๆ ที่ทำจากแกโดลิเนียม โดยล้างด้วยโมเลกุลขนาดเล็กของเมทานอล เอธานอล หรือน้ำโดยการปั่นเหวี่ยง และเปิดใช้งานที่อุณหภูมิสูงภายใต้สภาวะสุญญากาศเพื่อกำจัดวัตถุดิบที่เหลือที่ไม่ทำปฏิกิริยาในรูพรุนของวัสดุโครงกระดูกโลหะอินทรีย์ที่ทำจากแกโดลิเนียมให้หมด วัสดุโครงกระดูกโลหะอินทรีย์ที่ทำจากแกโดลิเนียมที่เตรียมในขั้นตอนต่างๆ จะถูกกวนด้วยโลชั่นโพลีเอทิลีนด้วยความเร็วสูงหรืออัลตราโซนิก หรือวัสดุโครงกระดูกโลหะอินทรีย์ที่ทำจากแกโดลิเนียมที่เตรียมในขั้นตอนต่างๆ จะถูกหลอมผสมกับโพลีเอทิลีนที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูงมากที่อุณหภูมิสูงจนผสมเข้ากันหมด วางวัสดุโครงกระดูกโลหะอินทรีย์ที่ทำจากแกโดลิเนียม/ส่วนผสมโพลีเอทิลีนที่ผสมกันอย่างสม่ำเสมอลงในแม่พิมพ์ แล้วได้วัสดุป้องกันโครงกระดูกโลหะอินทรีย์ที่ทำจากแกโดลิเนียมที่ขึ้นรูปแล้วโดยการทำให้แห้งเพื่อกระตุ้นการระเหยของตัวทำละลายหรือการกดด้วยความร้อน วัสดุป้องกันแบบคอมโพสิตโครงกระดูกโลหะอินทรีย์ที่เตรียมไว้โดยใช้แกโดลิเนียมนั้นมีความทนทานต่อความร้อน คุณสมบัติเชิงกล และความสามารถในการป้องกันนิวตรอนความร้อนที่เหนือกว่าอย่างเห็นได้ชัดเมื่อเทียบกับวัสดุโพลีเอทิลีนบริสุทธิ์

โหมดการเติมธาตุหายาก: Gd2 (BHC) (H2O) 6, Gd (BTC) (H2O) 4 หรือ Gd (BDC) 1.5 (H2O) 2 พอลิเมอร์ประสานงานผลึกที่มีรูพรุนซึ่งประกอบด้วยแกโดลิเนียม ซึ่งได้จากการโพลีเมอไรเซชันประสานงานของGd (NO3) 3 • 6H2O หรือ GdCl3 • 6H2Oและลิแกนด์คาร์บอกซิเลตอินทรีย์ ขนาดของวัสดุโครงกระดูกโลหะอินทรีย์ที่ใช้แกโดลิเนียมเป็นฐานคือ 50 นาโนเมตร - 2 ไมโครเมตร วัสดุโครงกระดูกโลหะอินทรีย์ที่ใช้แกโดลิเนียมมีรูปร่างที่แตกต่างกัน รวมถึงรูปร่างที่เป็นเม็ด รูปแท่ง หรือรูปเข็ม

（4）การประยุกต์ใช้สแกนเดียมในอุตสาหกรรมเคมีรังสีและนิวเคลียร์

โลหะสแกนเดียมมีเสถียรภาพทางความร้อนที่ดีและมีประสิทธิภาพในการดูดซับฟลูออรีนที่แข็งแกร่ง ซึ่งทำให้เป็นวัสดุที่ขาดไม่ได้ในอุตสาหกรรมพลังงานปรมาณู

สิทธิบัตรสำคัญ: สถาบันปักกิ่งแห่งวัสดุการบินและอวกาศแห่งประเทศจีน สิทธิบัตรการประดิษฐ์สำหรับโลหะผสมอะลูมิเนียมสังกะสีแมกนีเซียมสแกนเดียมและวิธีการเตรียม

บทคัดย่อสิทธิบัตร: อะลูมิเนียมสังกะสีโลหะผสมแมกนีเซียมสแกนเดียมและวิธีการเตรียมของโลหะผสมอลูมิเนียมสังกะสีแมกนีเซียมสแกนเดียมองค์ประกอบทางเคมีและเปอร์เซ็นต์น้ำหนักของโลหะผสมอลูมิเนียมสังกะสีแมกนีเซียมสแกนเดียมคือ Mg 1.0% -2.4%, Zn 3.5% -5.5%, Sc 0.04% -0.50%, Zr 0.04% -0.35%, สิ่งเจือปน Cu ≤ 0.2%, Si ≤ 0.35%, Fe ≤ 0.4%, สิ่งเจือปนอื่นๆ ≤ 0.05%, สิ่งเจือปนอื่นๆ ทั้งหมด ≤ 0.15% และส่วนที่เหลือคือ Al โครงสร้างจุลภาคของวัสดุโลหะผสมอลูมิเนียมสังกะสีแมกนีเซียมสแกนเดียมนี้มีความสม่ำเสมอและประสิทธิภาพการทำงานมีเสถียรภาพโดยมีความแข็งแรงแรงดึงสูงสุดมากกว่า 400MPa ความแข็งแรงผลผลิตมากกว่า 350MPa และความแข็งแรงแรงดึงมากกว่า 370MPa สำหรับข้อต่อเชื่อม ผลิตภัณฑ์วัสดุนี้สามารถใช้เป็นองค์ประกอบโครงสร้างในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ อุตสาหกรรมนิวเคลียร์ การขนส่ง อุปกรณ์กีฬา อาวุธ และสาขาอื่นๆ

กระบวนการผลิต: ขั้นตอนที่ 1 ส่วนผสมตามองค์ประกอบโลหะผสมข้างต้น ขั้นตอนที่ 2: ละลายในเตาถลุงที่อุณหภูมิ 700 ℃~780 ℃ ขั้นตอนที่ 3: กลั่นของเหลวโลหะที่หลอมละลายอย่างสมบูรณ์ และรักษาอุณหภูมิโลหะไว้ในช่วง 700 ℃~750 ℃ ​​ในระหว่างการกลั่น ขั้นตอนที่ 4: หลังจากการกลั่นแล้ว ควรปล่อยให้นิ่งสนิท ขั้นตอนที่ 5: หลังจากยืนนิ่งเต็มที่แล้ว ให้เริ่มหล่อ รักษาอุณหภูมิเตาไว้ในช่วง 690 ℃~730 ℃ และความเร็วในการหล่อคือ 15-200 มม./นาที ขั้นตอนที่ 6: ทำการอบชุบแบบทำให้เป็นเนื้อเดียวกันบนแท่งโลหะผสมในเตาเผาความร้อน โดยมีอุณหภูมิการทำให้เป็นเนื้อเดียวกันที่ 400 ℃~470 ℃ ขั้นตอนที่ 7: ลอกแท่งที่ทำให้เป็นเนื้อเดียวกันและทำการอัดรีดร้อนเพื่อผลิตโปรไฟล์ที่มีความหนาของผนังมากกว่า 2.0 มม. ในระหว่างกระบวนการอัดรีด ควรรักษาอุณหภูมิของแท่งเหล็กให้คงที่ที่ 350 ℃ ถึง 410 ℃ ขั้นตอนที่ 8: บีบโปรไฟล์สำหรับการบำบัดการดับด้วยสารละลาย โดยอุณหภูมิของสารละลายอยู่ที่ 460-480 ℃ ขั้นตอนที่ 9: หลังจากดับด้วยสารละลายแข็งเป็นเวลา 72 ชั่วโมง ให้บังคับให้บ่มด้วยมือ ระบบการบังคับให้บ่มด้วยมือคือ: 90~110 ℃/24 ชั่วโมง + 170~180 ℃/5 ชั่วโมง หรือ 90~110 ℃/24 ชั่วโมง + 145~155 ℃/10 ชั่วโมง

5、สรุปผลการวิจัย

โดยรวมแล้ว แร่ธาตุหายากถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในกระบวนการฟิวชันนิวเคลียร์และฟิชชันนิวเคลียร์ และมีรูปแบบสิทธิบัตรมากมายในทิศทางทางเทคนิค เช่น การกระตุ้นด้วยรังสีเอกซ์ การก่อตัวของพลาสมา เครื่องปฏิกรณ์น้ำเบา ทรานส์ยูเรเนียม ยูรานิล และผงออกไซด์ สำหรับวัสดุเครื่องปฏิกรณ์ แร่ธาตุหายากสามารถใช้เป็นวัสดุโครงสร้างของเครื่องปฏิกรณ์และวัสดุฉนวนเซรามิกที่เกี่ยวข้อง วัสดุควบคุม และวัสดุป้องกันรังสีนิวตรอน