การประยุกต์ธาตุหายากในวัสดุนิวเคลียร์

1、 คำจำกัดความของวัสดุนิวเคลียร์

ในความหมายกว้างๆ วัสดุนิวเคลียร์เป็นคำทั่วไปสำหรับวัสดุที่ใช้เฉพาะในอุตสาหกรรมนิวเคลียร์และการวิจัยทางวิทยาศาสตร์นิวเคลียร์ ซึ่งรวมถึงเชื้อเพลิงนิวเคลียร์และวัสดุทางวิศวกรรมนิวเคลียร์ เช่น วัสดุที่ไม่ใช่เชื้อเพลิงนิวเคลียร์

วัสดุนิวเคลียร์ที่เรียกกันทั่วไปส่วนใหญ่หมายถึงวัสดุที่ใช้ในส่วนต่าง ๆ ของเครื่องปฏิกรณ์หรือที่เรียกว่าวัสดุเครื่องปฏิกรณ์วัสดุเครื่องปฏิกรณ์ประกอบด้วยเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ที่เกิดการแตกตัวของนิวเคลียร์ภายใต้การทิ้งระเบิดนิวตรอน วัสดุหุ้มสำหรับส่วนประกอบเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ สารหล่อเย็น ตัวหน่วงนิวตรอน (ตัวหน่วง) วัสดุแท่งควบคุมที่ดูดซับนิวตรอนอย่างรุนแรง และวัสดุสะท้อนแสงที่ป้องกันการรั่วไหลของนิวตรอนภายนอกเครื่องปฏิกรณ์

2、 ความสัมพันธ์ร่วมระหว่างทรัพยากรธาตุหายากและทรัพยากรนิวเคลียร์

Monazite หรือที่เรียกว่าฟอสโฟเซไรต์และฟอสโฟเซไรต์เป็นแร่ธาตุเสริมทั่วไปในหินอัคนีที่เป็นกรดระดับกลางและหินแปรMonazite เป็นหนึ่งในแร่ธาตุหลักของแร่โลหะหายาก และยังมีอยู่ในหินตะกอนบางชนิดด้วยสีน้ำตาลแดง เหลือง บางครั้งก็เป็นสีเหลืองอมน้ำตาล มีความมันเงา แตกแยกสมบูรณ์ ความแข็ง Mohs 5-5.5 และความถ่วงจำเพาะ 4.9-5.5

แร่หลักของแหล่งแร่หายากบางชนิดในประเทศจีนคือ monazite ซึ่งส่วนใหญ่ตั้งอยู่ในตงเฉิง หูเป่ย เยว่หยาง หูหนาน ซ่างเหรา เจียงซี เหมิงไห่ ยูนนาน และเหอเคาน์ตี้ กวางสีอย่างไรก็ตาม การสกัดทรัพยากรแร่หายากประเภท Placer มักไม่มีความสำคัญทางเศรษฐกิจหินเดี่ยว ๆ มักมีองค์ประกอบทอเรียมแบบสะท้อนกลับและยังเป็นแหล่งหลักของพลูโตเนียมทางการค้าอีกด้วย

3、 ภาพรวมของการประยุกต์ธาตุหายากในนิวเคลียร์ฟิวชันและการแยกตัวของนิวเคลียร์ โดยอิงจากการวิเคราะห์แบบพาโนรามาของสิทธิบัตร

หลังจากที่คำหลักขององค์ประกอบการค้นหาธาตุหายากได้รับการขยายอย่างสมบูรณ์แล้ว คำเหล่านั้นจะถูกรวมเข้ากับคีย์ส่วนขยายและหมายเลขการจำแนกประเภทของนิวเคลียร์ฟิชชันและนิวเคลียร์ฟิวชัน และทำการค้นหาในฐานข้อมูล Incoptวันที่ค้นหาคือวันที่ 24 สิงหาคม 2020 ได้รับสิทธิบัตร 4837 ฉบับหลังจากการควบรวมกิจการของครอบครัวอย่างง่าย และสิทธิบัตร 4673 ฉบับได้รับการพิจารณาหลังจากการลดเสียงรบกวนเทียม

การยื่นขอจดสิทธิบัตรแร่หายากในสาขานิวเคลียร์ฟิชชันหรือนิวเคลียร์ฟิวชันมีการจำหน่ายใน 56 ประเทศ/ภูมิภาค โดยส่วนใหญ่กระจุกตัวอยู่ในญี่ปุ่น จีน สหรัฐอเมริกา เยอรมนี และรัสเซีย เป็นต้น มีการยื่นจดสิทธิบัตรจำนวนมากในรูปแบบของ PCT ซึ่งการยื่นขอเทคโนโลยีสิทธิบัตรของจีนมีเพิ่มมากขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งตั้งแต่ปี 2009 ซึ่งเข้าสู่ช่วงการเติบโตอย่างรวดเร็ว และญี่ปุ่น สหรัฐอเมริกา และรัสเซียก็ได้ดำเนินรูปแบบในด้านนี้ต่อไปเป็นเวลาหลายปี (รูปที่ 1)

รูปที่ 1 แนวโน้มการใช้สิทธิบัตรเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องกับการใช้แรร์เอิร์ธในปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชันและนิวเคลียร์ฟิวชันในประเทศ/ภูมิภาค

จากการวิเคราะห์ธีมทางเทคนิคจะเห็นได้ว่าการใช้แรร์เอิร์ธในนิวเคลียร์ฟิวชันและฟิชชันของนิวเคลียร์มุ่งเน้นไปที่องค์ประกอบเชื้อเพลิง รังสีเรืองแสง เครื่องตรวจจับรังสี แอกติไนด์ พลาสมา เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ วัสดุป้องกัน การดูดซับนิวตรอน และทิศทางทางเทคนิคอื่นๆ

4、 การใช้งานเฉพาะและการวิจัยสิทธิบัตรที่สำคัญของธาตุหายากในวัสดุนิวเคลียร์

ในหมู่พวกเขา ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันและปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชันในวัสดุนิวเคลียร์มีความเข้มข้น และข้อกำหนดสำหรับวัสดุมีความเข้มงวดปัจจุบัน เครื่องปฏิกรณ์กำลังส่วนใหญ่เป็นเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิชชัน และเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชันอาจได้รับความนิยมในวงกว้างหลังจากผ่านไป 50 ปีการประยุกต์ใช้แผ่นดินที่หายากองค์ประกอบในวัสดุโครงสร้างเครื่องปฏิกรณ์ในสาขาเคมีนิวเคลียร์เฉพาะ ธาตุหายากส่วนใหญ่จะใช้ในแท่งควบคุมนอกจากนี้,สแกนเดียมยังถูกนำมาใช้ในอุตสาหกรรมเคมีรังสีและนิวเคลียร์อีกด้วย

(1) เป็นสารพิษที่ติดไฟได้หรือแท่งควบคุมเพื่อปรับระดับนิวตรอนและสถานะวิกฤตของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์

ในเครื่องปฏิกรณ์กำลัง โดยทั่วไปปฏิกิริยาตกค้างเริ่มต้นของแกนใหม่จะค่อนข้างสูงโดยเฉพาะอย่างยิ่งในช่วงแรกของรอบการเติมเชื้อเพลิงครั้งแรก เมื่อเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ทั้งหมดในแกนกลางเป็นเชื้อเพลิงใหม่ ปฏิกิริยาที่เหลืออยู่จะสูงที่สุดณ จุดนี้ การใช้เพียงการเพิ่มแท่งควบคุมเพื่อชดเชยปฏิกิริยาที่ตกค้างจะทำให้แท่งควบคุมเพิ่มมากขึ้นก้านควบคุมแต่ละอัน (หรือมัดก้าน) สอดคล้องกับการนำกลไกการขับเคลื่อนที่ซับซ้อนมาใช้ในทางกลับกัน การเปิดรูที่หัวถังรับแรงดันอาจทำให้ความแข็งแรงของโครงสร้างลดลงได้ไม่เพียงแต่ไม่ประหยัดเท่านั้น แต่ยังไม่อนุญาตให้มีรูพรุนและความแข็งแรงของโครงสร้างจำนวนหนึ่งบนหัวถังรับความดันอีกด้วยอย่างไรก็ตาม หากไม่เพิ่มแท่งควบคุม จำเป็นต้องเพิ่มความเข้มข้นของสารพิษที่ชดเชยสารเคมี (เช่น กรดบอริก) เพื่อชดเชยปฏิกิริยาที่เหลืออยู่ในกรณีนี้ เป็นเรื่องง่ายที่ความเข้มข้นของโบรอนจะเกินเกณฑ์ และค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของตัวหน่วงจะกลายเป็นค่าบวก

เพื่อหลีกเลี่ยงปัญหาที่กล่าวมาข้างต้น โดยทั่วไปสามารถใช้การรวมกันของสารพิษที่ติดไฟได้ แท่งควบคุม และการควบคุมการชดเชยสารเคมีในการควบคุม

(2) เป็นสารเจือปนเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของวัสดุโครงสร้างเครื่องปฏิกรณ์

เครื่องปฏิกรณ์ต้องการให้ส่วนประกอบโครงสร้างและส่วนประกอบเชื้อเพลิงมีความแข็งแรง ทนต่อการกัดกร่อน และมีความเสถียรทางความร้อนในระดับหนึ่ง ขณะเดียวกันก็ป้องกันไม่ให้ผลิตภัณฑ์จากฟิชชันเข้าสู่สารหล่อเย็น

1) เหล็กกล้าที่หายาก

เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์มีสภาวะทางกายภาพและทางเคมีที่รุนแรง และส่วนประกอบแต่ละส่วนของเครื่องปฏิกรณ์ก็มีข้อกำหนดสูงสำหรับเหล็กชนิดพิเศษที่ใช้ธาตุหายากมีผลพิเศษในการดัดแปลงเหล็ก โดยส่วนใหญ่รวมถึงการทำให้บริสุทธิ์ การแปรสภาพ โลหะผสมขนาดเล็ก และการปรับปรุงความต้านทานการกัดกร่อนธาตุหายากที่ประกอบด้วยเหล็กยังใช้กันอย่างแพร่หลายในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์

1 ผลการทำให้บริสุทธิ์: การวิจัยที่มีอยู่แสดงให้เห็นว่าธาตุหายากมีผลดีต่อการทำให้เหล็กหลอมเหลวที่อุณหภูมิสูงเนื่องจากธาตุหายากสามารถทำปฏิกิริยากับองค์ประกอบที่เป็นอันตราย เช่น ออกซิเจนและซัลเฟอร์ในเหล็กหลอมเหลวเพื่อสร้างสารประกอบที่มีอุณหภูมิสูงสารประกอบที่มีอุณหภูมิสูงสามารถตกตะกอนและปล่อยออกมาในรูปแบบของการรวมตัวก่อนที่เหล็กหลอมเหลวจะควบแน่น ซึ่งจะช่วยลดปริมาณสิ่งเจือปนในเหล็กหลอมเหลว

2 การแปรสภาพ: ในทางกลับกัน ออกไซด์ ซัลไฟด์ หรือออกซีซัลไฟด์ที่เกิดจากปฏิกิริยาของธาตุหายากในเหล็กหลอมเหลวที่มีองค์ประกอบที่เป็นอันตราย เช่น ออกซิเจนและซัลเฟอร์ สามารถคงอยู่ในเหล็กหลอมเหลวได้บางส่วนและกลายเป็นการรวมตัวของเหล็กที่มีจุดหลอมเหลวสูง .การรวมเหล่านี้สามารถใช้เป็นจุดศูนย์กลางนิวเคลียสที่ต่างกันในระหว่างการแข็งตัวของเหล็กหลอมเหลว ซึ่งจะช่วยปรับปรุงรูปร่างและโครงสร้างของเหล็ก

3 โลหะผสมขนาดเล็ก: หากมีการเติมธาตุหายากเพิ่มขึ้นอีก ธาตุหายากที่เหลือจะถูกละลายในเหล็กหลังจากการทำให้บริสุทธิ์และการแปรสภาพข้างต้นเสร็จสิ้นเนื่องจากรัศมีอะตอมของธาตุหายากมีขนาดใหญ่กว่ารัศมีของอะตอมเหล็ก ธาตุหายากจึงมีกิจกรรมพื้นผิวที่สูงกว่าในระหว่างกระบวนการแข็งตัวของเหล็กหลอมเหลว ธาตุหายากจะถูกเสริมสมรรถนะที่ขอบเขตของเกรน ซึ่งสามารถลดการแยกตัวของธาตุที่ไม่บริสุทธิ์ที่ขอบเขตของเกรนได้ดีขึ้น ซึ่งจะช่วยเสริมความแข็งแกร่งให้กับสารละลายที่เป็นของแข็งและมีบทบาทเป็นไมโครอัลลอยด์ในทางกลับกัน เนื่องจากลักษณะการกักเก็บไฮโดรเจนของธาตุหายาก จึงสามารถดูดซับไฮโดรเจนในเหล็กได้ ซึ่งจะช่วยปรับปรุงปรากฏการณ์การเปราะของไฮโดรเจนของเหล็กได้อย่างมีประสิทธิภาพ

④ การปรับปรุงความต้านทานการกัดกร่อน: การเพิ่มธาตุหายากยังสามารถปรับปรุงความต้านทานการกัดกร่อนของเหล็กได้อีกด้วยเนื่องจากธาตุหายากมีศักยภาพในการกัดกร่อนได้สูงกว่าเหล็กกล้าไร้สนิมดังนั้นการเติมธาตุหายากจึงช่วยเพิ่มศักยภาพในการกัดกร่อนในตัวเองของเหล็กกล้าไร้สนิม ซึ่งจะช่วยปรับปรุงเสถียรภาพของเหล็กในตัวกลางที่มีฤทธิ์กัดกร่อน

2).การศึกษาสิทธิบัตรที่สำคัญ

สิทธิบัตรหลัก: สิทธิบัตรการประดิษฐ์การกระจายตัวของออกไซด์เสริมความแข็งแกร่งให้กับเหล็กกัมมันตภาพต่ำและวิธีการเตรียมโดยสถาบันโลหะ, Chinese Academy of Sciences

บทคัดย่อสิทธิบัตร: ให้ไว้คือเหล็กกล้ากัมมันตภาพต่ำเสริมการกระจายตัวของออกไซด์ซึ่งเหมาะสำหรับเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชันและวิธีการเตรียม โดยมีลักษณะเป็นเปอร์เซ็นต์ของธาตุโลหะผสมในมวลรวมของเหล็กกัมมันตภาพต่ำคือ: 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: การถลุงโลหะผสมแม่ Fe-Cr-WV-Ta-Mn, การทำให้เป็นละอองผง, การกัดลูกบอลพลังงานสูงของโลหะผสมแม่และอนุภาคนาโน Y2O3ผงผสม การสกัดแบบห่อหุ้มผง การขึ้นรูปแบบแข็งตัว การรีดร้อน และการบำบัดความร้อน

วิธีการเติมธาตุหายาก: เพิ่มระดับนาโนY2O3อนุภาคไปยังผงอะตอมมิกโลหะผสมหลักสำหรับการกัดลูกบอลพลังงานสูง โดยมีสื่อในการกัดลูกบอลเป็น Φ 6 และ Φ 10 ผสมลูกบอลเหล็กแข็ง โดยมีบรรยากาศการกัดลูกบอลเป็นก๊าซอาร์กอน 99.99% โดยมีอัตราส่วนมวลวัสดุลูกบอลเท่ากับ (8- 10): 1 เวลากัดลูกบอล 40-70 ชั่วโมง และความเร็วการหมุน 350-500 รอบ/นาที

3) ใช้ทำวัสดุป้องกันรังสีนิวตรอน

1 หลักการป้องกันรังสีนิวตรอน

นิวตรอนเป็นส่วนประกอบของนิวเคลียสของอะตอม โดยมีมวลคงที่ 1.675 × 10-27 กิโลกรัม ซึ่งมากกว่ามวลอิเล็กทรอนิกส์ 1838 เท่ารัศมีของมันอยู่ที่ประมาณ 0.8 × 10-15 ม. ซึ่งมีขนาดใกล้เคียงกับโปรตอน คล้ายกับรังสี γ ซึ่งไม่มีประจุเท่ากันเมื่อนิวตรอนมีปฏิกิริยากับสสาร พวกมันจะมีปฏิกิริยากับแรงนิวเคลียร์ภายในนิวเคลียสเป็นหลัก และไม่มีปฏิกิริยากับอิเล็กตรอนในเปลือกนอก

ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของพลังงานนิวเคลียร์และเทคโนโลยีเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ จึงได้รับความสนใจมากขึ้นเรื่อยๆ ต่อความปลอดภัยของรังสีนิวเคลียร์และการป้องกันรังสีนิวเคลียร์เพื่อเสริมสร้างการป้องกันรังสีสำหรับผู้ปฏิบัติงานที่ต้องบำรุงรักษาอุปกรณ์รังสีและช่วยเหลืออุบัติเหตุมาเป็นเวลานาน การพัฒนาวัสดุป้องกันน้ำหนักเบาสำหรับชุดป้องกันจึงมีความสำคัญทางวิทยาศาสตร์และมีคุณค่าทางเศรษฐกิจอย่างมากรังสีนิวตรอนเป็นส่วนที่สำคัญที่สุดของการแผ่รังสีของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์โดยทั่วไป นิวตรอนส่วนใหญ่ที่สัมผัสโดยตรงกับมนุษย์จะถูกชะลอความเร็วลงเป็นนิวตรอนพลังงานต่ำ หลังจากที่วัสดุโครงสร้างภายในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์มีผลกระทบในการป้องกันนิวตรอนนิวตรอนพลังงานต่ำจะชนกับนิวเคลียสที่มีเลขอะตอมต่ำกว่าอย่างยืดหยุ่นและยังคงถูกหน่วงต่อไปนิวตรอนความร้อนปานกลางจะถูกดูดซับโดยองค์ประกอบที่มีหน้าตัดการดูดกลืนนิวตรอนขนาดใหญ่ และสุดท้ายก็จะมีการป้องกันนิวตรอน

② การศึกษาสิทธิบัตรที่สำคัญ

มีคุณสมบัติลูกผสมอินทรีย์-อนินทรีย์ที่มีรูพรุนของธาตุหายากแกโดลิเนียมวัสดุโครงกระดูกอินทรีย์ที่เป็นโลหะช่วยเพิ่มความเข้ากันได้กับโพลีเอทิลีน โดยส่งเสริมวัสดุคอมโพสิตที่สังเคราะห์ขึ้นให้มีปริมาณแกโดลิเนียมและการกระจายตัวของแกโดลิเนียมสูงขึ้นปริมาณแกโดลิเนียมและการกระจายตัวที่สูงจะส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพการป้องกันนิวตรอนของวัสดุคอมโพสิต

สิทธิบัตรสำคัญ: สถาบันวัสดุศาสตร์เหอเฟย, สถาบันวิทยาศาสตร์จีน, สิทธิบัตรการประดิษฐ์วัสดุป้องกันคอมโพสิตกรอบอินทรีย์ที่มีแกโดลิเนียม และวิธีการเตรียม

บทคัดย่อสิทธิบัตร: วัสดุป้องกันคอมโพสิตโครงกระดูกอินทรีย์โลหะที่ใช้แกโดลิเนียมเป็นวัสดุคอมโพสิตที่เกิดจากการผสมแกโดลิเนียมวัสดุโครงกระดูกอินทรีย์โลหะที่ใช้โพลีเอทิลีนในอัตราส่วนน้ำหนัก 2:1:10 และขึ้นรูปโดยการระเหยของตัวทำละลายหรือการกดร้อนวัสดุป้องกันคอมโพสิตโครงกระดูกอินทรีย์โลหะที่ใช้แกโดลิเนียมมีเสถียรภาพทางความร้อนสูงและความสามารถในการป้องกันนิวตรอนความร้อน

กระบวนการผลิต : คัดเลือกที่แตกต่างกันโลหะแกโดลิเนียมเกลือและลิแกนด์อินทรีย์เพื่อเตรียมและสังเคราะห์วัสดุโครงกระดูกอินทรีย์โลหะที่ใช้แกโดลิเนียมประเภทต่างๆ ล้างด้วยโมเลกุลขนาดเล็กของเมทานอล เอทานอล หรือน้ำโดยการปั่นแยก และเปิดใช้งานที่อุณหภูมิสูงภายใต้สภาวะสุญญากาศเพื่อกำจัดวัตถุดิบที่ไม่ทำปฏิกิริยาที่ตกค้างออกจนหมด ในรูขุมขนของวัสดุโครงกระดูกอินทรีย์โลหะที่ใช้แกโดลิเนียมวัสดุโครงกระดูกออร์แกโนเมทัลลิกที่มีแกโดลิเนียมเป็นส่วนประกอบหลักที่เตรียมไว้ในขั้นตอนจะถูกกวนด้วยโลชั่นโพลีเอทิลีนด้วยความเร็วสูงหรือด้วยอัลตราโซนิก หรือวัสดุโครงกระดูกออร์กาโนเมทัลลิกที่มีแกโดลิเนียมเป็นส่วนประกอบหลักที่เตรียมในขั้นตอนจะถูกกวนผสมกับโพลีเอทิลีนที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูงเป็นพิเศษที่อุณหภูมิสูงจนผสมกันอย่างสมบูรณ์วางวัสดุโครงกระดูกอินทรีย์โลหะที่ใช้แกโดลิเนียมผสมสม่ำเสมอ/ส่วนผสมโพลีเอทิลีนในแม่พิมพ์ และรับวัสดุป้องกันคอมโพสิตโครงกระดูกอินทรีย์โลหะที่ใช้แกโดลิเนียมที่เกิดขึ้นโดยการทำให้แห้งเพื่อส่งเสริมการระเหยของตัวทำละลายหรือการกดร้อนวัสดุป้องกันคอมโพสิตโครงกระดูกอินทรีย์โลหะที่ใช้แกโดลิเนียมที่เตรียมไว้มีความต้านทานความร้อน คุณสมบัติทางกล และความสามารถในการป้องกันนิวตรอนความร้อนที่เหนือกว่าอย่างมีนัยสำคัญ เมื่อเปรียบเทียบกับวัสดุโพลีเอทิลีนบริสุทธิ์

โหมดการเติมดินที่หายาก: Gd2 (BHC) (H2O) 6, Gd (BTC) (H2O) 4 หรือ Gd (BDC) 1.5 (H2O) 2 พอลิเมอร์ประสานผลึกที่มีรูพรุนที่มีแกโดลิเนียม ซึ่งได้มาจากการประสานงานพอลิเมอไรเซชันของGd (NO3) 3 • 6H2O หรือ GdCl3 • 6H2Oและลิแกนด์คาร์บอกซิเลทอินทรีย์ขนาดของวัสดุโครงกระดูกอินทรีย์โลหะที่ใช้แกโดลิเนียมคือ 50nm-2 μm; วัสดุโครงกระดูกอินทรีย์โลหะที่ใช้แกโดลิเนียมมีสัณฐานวิทยาที่แตกต่างกัน รวมถึงรูปทรงเม็ด รูปทรงแท่ง หรือรูปทรงเข็ม

(4) การประยุกต์ใช้สแกนเดียมในสาขาเคมีรังสีและอุตสาหกรรมนิวเคลียร์

โลหะสแกนเดียมมีเสถียรภาพทางความร้อนที่ดีและประสิทธิภาพการดูดซับฟลูออรีนสูง ทำให้เป็นวัสดุที่ขาดไม่ได้ในอุตสาหกรรมพลังงานปรมาณู

สิทธิบัตรสำคัญ: สถาบันวัสดุการบินแห่งปักกิ่งเพื่อการพัฒนาการบินและอวกาศของจีน, สิทธิบัตรการประดิษฐ์โลหะผสมอะลูมิเนียม สังกะสี แมกนีเซียม สแกนเดียม และวิธีการเตรียม

บทคัดย่อสิทธิบัตร: สังกะสีอะลูมิเนียมโลหะผสมแมกนีเซียมสแกนเดียมและวิธีการเตรียมองค์ประกอบทางเคมีและเปอร์เซ็นต์น้ำหนักของโลหะผสมอลูมิเนียมสังกะสีแมกนีเซียมสแกนเดียมคือ: 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%, สิ่งเจือปนอื่น ๆ เดียว ≤ 0.05%, สิ่งเจือปนอื่น ๆ รวม ≤ 0.15% และปริมาณที่เหลือคือ Alโครงสร้างจุลภาคของวัสดุโลหะผสมอลูมิเนียมสังกะสีแมกนีเซียมสแกนเดียมนี้มีความสม่ำเสมอและประสิทธิภาพการทำงานมีเสถียรภาพ โดยมีความต้านทานแรงดึงสูงสุดมากกว่า 400MPa ความแข็งแรงของผลผลิตมากกว่า 350MPa และความต้านทานแรงดึงมากกว่า 370MPa สำหรับข้อต่อแบบเชื่อมผลิตภัณฑ์วัสดุสามารถใช้เป็นองค์ประกอบโครงสร้างในการบินและอวกาศ อุตสาหกรรมนิวเคลียร์ การขนส่ง สินค้ากีฬา อาวุธ และสาขาอื่นๆ

กระบวนการผลิต: ขั้นตอนที่ 1 ส่วนผสมตามองค์ประกอบของโลหะผสมข้างต้นขั้นตอนที่ 2: ละลายในเตาถลุงที่อุณหภูมิ 700 ℃~780 ℃;ขั้นตอนที่ 3: ปรับแต่งของเหลวโลหะที่หลอมละลายอย่างสมบูรณ์ และรักษาอุณหภูมิของโลหะให้อยู่ในช่วง 700 ℃~750 ℃ ​​ในระหว่างการกลั่นขั้นตอนที่ 4: หลังจากกลั่นแล้ว ควรปล่อยให้หยุดนิ่งจนสุดขั้นตอนที่ 5: หลังจากยืนเต็มที่แล้ว ให้เริ่มการหล่อ รักษาอุณหภูมิเตาให้อยู่ในช่วง 690 ℃~730 ℃ และความเร็วในการหล่ออยู่ที่ 15-200 มม./นาทีขั้นตอนที่ 6: ดำเนินการอบอ่อนให้เป็นเนื้อเดียวกันบนแท่งโลหะผสมในเตาทำความร้อน โดยมีอุณหภูมิการทำให้เป็นเนื้อเดียวกันที่ 400 ℃~470 ℃;ขั้นตอนที่ 7: ลอกแท่งโลหะที่เป็นเนื้อเดียวกันและดำเนินการอัดขึ้นรูปร้อนเพื่อสร้างโปรไฟล์ที่มีความหนาของผนังมากกว่า 2.0 มม.ในระหว่างกระบวนการอัดรีด ควรรักษาแท่งเหล็กไว้ที่อุณหภูมิ 350 ℃ ถึง 410 ℃;ขั้นตอนที่ 8: บีบโปรไฟล์เพื่อการบำบัดด้วยการชุบสารละลายด้วยอุณหภูมิสารละลาย 460-480 ℃;ขั้นตอนที่ 9: หลังจากการดับสารละลายแข็งเป็นเวลา 72 ชั่วโมง ให้บังคับการบ่มด้วยตนเองระบบการชราภาพด้วยมือคือ: 90~110 ℃/24 ชั่วโมง+170~180 ℃/5 ชั่วโมง หรือ 90~110 ℃/24 ชั่วโมง+145~155 ℃/10 ชั่วโมง

5、 สรุปการวิจัย

โดยรวมแล้ว ธาตุหายากถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในนิวเคลียร์ฟิวชันและการแยกตัวของนิวเคลียร์ และมีรูปแบบสิทธิบัตรมากมายในทิศทางทางเทคนิค เช่น การกระตุ้นด้วยรังสีเอกซ์ การก่อตัวของพลาสมา เครื่องปฏิกรณ์แบบน้ำเบา ทรานยูเรเนียม ยูเรนิล และผงออกไซด์สำหรับวัสดุเครื่องปฏิกรณ์นั้น ธาตุหายากสามารถใช้เป็นวัสดุโครงสร้างเครื่องปฏิกรณ์และวัสดุฉนวนเซรามิกที่เกี่ยวข้อง วัสดุควบคุม และวัสดุป้องกันรังสีนิวตรอน