《碳化硼/铝中子吸收材料研制与应用取得重要进展》

  • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者: 冯瑞华
  • 发布时间:2017-12-27
  • 中子吸收材料又称中子毒物材料,通过其含有的大的中子吸收截面物质(如硼、镉、钆等)吸收热中子,从而抑制核裂变链式反应,主要用于核燃料与乏燃料贮存和运输中,以保证贮运的次临界安全。碳化硼增强铝(B4C/Al)中子吸收材料是由B4C颗粒添加到铝基体中形成的一种新型铝基复合材料,因其硼含量高、密度低、热导率高等优点,近年来在国外已替代传统的硼不锈钢等中子吸收材料大量应用于核燃料/乏燃料高密度贮存和运输。我国由于核电商业化较晚,中子吸收材料研发明显滞后,B4C/Al中子吸收材料长期依赖进口,严重制约了我国核电自主化与走出去的发展战略。

      近年来,金属所马宗义研究员领导的课题组与中国核电工程有限公司合作,在B4C/Al中子吸收材料制备、模拟环境服役性能考核以及全尺寸工程件研制等方面开展了攻关研究。攻克了大尺寸坯锭制备过程中界面调控难题,突破了高含量B4C/Al薄板的高效、高成品率轧制成型瓶颈,开发出适用于复合材料焊接的焊接工具与焊接工艺,打通了从材料研制到器件成型的全链条技术途径,为该材料的工程化应用奠定了坚实基础。现已研制出B4C含量为15~35wt%的系列中子吸收板材,并完成了加速腐蚀、高温老化、加速辐照及硼均匀性测试(中子吸收法)等实验考核,材料性能全面达到或(如耐腐蚀性等)明显优于国外同类产品。

      2014年以来,金属所先后为核电重大专项《核燃料组件运输容器设计制造技术项目》、《高温气冷堆核燃料元件运输、贮存容器设计与制造技术及运输过程技术研究项目》两个项目的样机提供了多批次B4C/Al板材,率先实现了B4C/Al中子吸收材料的国产化供货。2014年5月供货的中子吸收板用于国家科技重大专项及中核集团科技专项“龙舟-CNSC 乏燃料运输容器研制”项目中原型样机,近日该样机在西安核设备有限公司通过了验收。这标志着我国成功自主研制了大型乏燃料运输容器,填补了国内空白,这对我国乏燃料运输具有里程碑意义。作为乏燃料运输容器关键材料国产化的关键一环,金属所研制的B4C/Al中子吸收材料为容器全面国产化提供了重要支持,同时也为该材料的更广泛应用奠定了基础。

      同时,金属所针对全球首台高温气冷堆新燃料元件运输、贮存容器对中子吸收材料筒状结构的需求,在国内首次实现中子吸收材料的卷板操作和搅拌摩擦焊接,实现了中子吸收材料由板状结构向筒状结构的突破。目前华能山东石岛湾核电厂高温气冷堆核电站示范工程新燃料元件运输、贮存容器已正式进入批量生产阶段,金属所承接了该容器所有中子吸收板的供货任务。

      目前课题组正致力于为下一代乏燃料干式贮运容器开发耐高温结构功能一体化B4C/Al中子吸收材料。

      上述研究工作得到了NSFC-辽宁省联合基金(U1508216)、面上基金(51771194)、中国科学院青年创新促进会项目(2016179)等项目的支持.

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    • 编译者:张迪
    • 发布时间:2023-11-12
    • 来自科学网 新研究研制出类石榴结构新型复合吸波材料. 记者5月27日从中国科学院大连化学物理研究所获悉,该所研究员孙承林、副研究员顾彬等和大连理工大学段玉平教授合作,在构筑高效复合吸波材料方面取得新进展,设计并制备了一种具有类石榴结构的磁性树脂衍生碳复合吸波材料,通过组分调控和微观结构设计引入了多重电磁波损耗机制,使该复合材料表现出了优异的吸波性能。 随着电子信息技术的快速发展,电磁干扰问题日益严峻,有效的吸波材料尤其是针对GHz频段的电磁波,对电子安全和医疗保健等领域具有重要意义。根据吸波机制,可将吸波材料分为磁损耗型和介电损耗型,其中单一磁损耗吸波材料存在斯诺克极限、易腐蚀、易聚集、密度大等缺点,而单一的介电损耗材料(如碳材料)也存在阻抗不匹配,损耗机制单一的问题。 为解决这些问题,研究人员提出了组分调控和微观结构设计两个解决策略,即以具有可控分子结构和物理化学性质的合成树脂作为碳源,耦合磁损耗组分,进行有效的多组分调控,形成多重损耗机制,实现电磁参数和吸波性能的有效调节。此外,研究人员对微观结构进行设计调控,构筑出具有类石榴结构的Fe3C@GC/AC复合材料,解决现有吸波材料存在的磁性颗粒尺寸分布不均匀、易聚集等问题。 实验结果表明,独特的类石榴结构优化了阻抗匹配,同时提升了界面极化损耗和磁损耗。在反射损耗、界面极化、偶极极化、电导损耗以及磁损耗的共同作用下,研究人员制备出的复合吸波材料在2.08mm的厚度下,实现了高达-96.3dB(99.99999%)的反射损耗值,有效吸收带宽为6.38GHz(覆盖了Ku波段)。当模拟厚度在1.0至5.0mm间调变时,88%的测试波段(3.9至18 GHz)均可以实现有效吸收。 作者:郝晓明 来源:科技日报 发布时间:2023/5/28 15:31:34