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[發明專利]選擇性通過材料及其制備方法有效

專利信息
申請號: 201510410519.1 申請日: 2015-07-14
公開(公告)號: CN104934091B 公開(公告)日: 2017-05-10
發明(設計)人: 夏修龍;郝繁華;李毅;付中華;熊亮萍;謝波;肖成健;龔宇;侯京偉;張勤英;陳平 申請(專利權)人: 中國工程物理研究院核物理與化學研究所
主分類號: G21H1/06 分類號: G21H1/06
代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司51214 代理人: 孫杰,曾曉波
地址: 621999*** 國省代碼: 四川;51
權利要求書: 查看更多 說明書: 查看更多
摘要:
搜索關鍵詞: 選擇性 通過 材料 及其 制備 方法
【說明書】:

技術領域

發明涉及一種選擇性通過材料及其制備方法,尤其是一種透氦阻钚的選擇性通過材料及其制備方法,屬于材料技術領域。

背景技術

238Pu同位素溫差電池是將238Pu的α衰變熱能轉換成電能的一種電源,具有體積小、比功率高、可靠性高等特點,238Pu的半衰期更是長達87.4年,其使用壽命遠超普通化學電池和太陽能電池,因此在航天深空探測、海洋或極地信號采集、武器裝備等諸多領域中具有重大應用價值。

由于238Pu為極毒的放射性核素,為了防止238Pu的泄漏,必須將陶瓷化的PuO2材料封裝在一個耐沖擊、耐高溫、耐腐蝕的容器中,稱作燃料盒。同時,238Pu的α衰變率是6.335×1011s-1*g-1,每克238Pu一年因α衰變釋放出來的氦氣約0.74cm3。如果產生的氦氣得不到有效釋放,隨著時間推移,燃料盒內壓力逐漸增大導致其最終破裂,造成238Pu放射性泄漏事故。燃料盒內壓力的存在,也會大大降低其抗沖擊性能,增加破損幾率。因此,燃料盒上必須設計有專門的透氦阻钚窗,在一定壓力和溫度下,氦能緩慢透出,而二氧化钚及其氣溶膠無法滲出。

透氦阻钚材料的設計與制造至關重要,也是238Pu同位素溫差電池研制的難點。美國在該透氦阻钚材料方面已有四十多年的研究,公開資料報道其使用非晶態金屬材料,成品率低且難以控制,詳細制備工藝迄今仍未公開,國內更無相關研究報道。非晶態金屬的制備可以通過將液態金屬急冷的方式制備,通過快速凝固阻止晶體的形成,使原子來不及恢復到正常的晶格結構就固定下來,形成類似液態無序的玻璃體結構,氦氣通過無序的孔道排出。然而,采用上述急冷工藝制得透氦窗材料后,還必須將其焊接到燃料盒上,在焊接熱處理過程,透氦窗材料微觀結構會發生非晶到晶體的轉化,影響透氦和阻钚性能。由于此種工藝制得的透氦窗是燃料盒力學性能的最薄弱部位,面積有限制,也很難通過后續的力學沖擊考核。由于上述原因,美國工藝制備的透氦窗成品率低且難以控制質量。

10B與中子的核反應:n+10B→7Li+4He。10B本身就是優異的中子吸收核素,上述反應具有很大截面,對于熱中子,截面3837巴恩。

發明內容

本發明的發明目的在于:針對上述存在的問題,提供一種透氦阻钚的選擇性通過材料及其制備方法,以解決上述問題。

本發明采用的技術方案如下:

選擇性通過材料,所述材料上有用于氦氣通過的通道,該通道是由材料經中子照射產生氦,再通過氦氣釋放而形成的。

本發明的選擇性通過材料,材料基材的選擇原則是能夠滿足使用環境所需要的機械性能、能夠滿足氦氣釋放過程形成氦氣通道的性能、在中子照射中具有一定穩定性的性能,和后期在氦氣釋放過程處理中的穩定性。可根據選擇性通過材料使用的環境,在金屬材料、非金屬材料或無機材料中選擇合適的材料作為基材,較優的選擇金屬作為基材,如鈦、鈀、鉑和銅等;材料中含有在中子照射中產生氦的物質,典型的如含10B的單質或化合物,再通過氦氣釋放處理過程而形成該選擇性通過材料。

進一步的,所述材料的原料包含作為基材的金屬和含有10B的單質/化合物,并通過以下步驟制備:

(a)將粉末狀金屬和粉末狀10B的單質/化合物混合,通過燒結制得基體;

(b)將所得基體進行中子照射;

(c)將中子照射后的基體進行加熱處理以釋放中子照射產生的氦,而成選擇性通過材料。

為了提高金屬粉末和含10B粉末混合的均勻性,較好的,金屬粉末的粒徑為微米級,10B的單質/化合物粉末的粒徑為納米級。

所述步驟(a)中,粉末狀金屬和粉末狀10B的單質/化合物混合便于混合的均勻。所述燒結過程與粉末冶金原理相同,能夠形成具有機械強度的材料,并且能夠使其在步驟(a)中具備良好的氦釋放能力。

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