МАТЕРИАЛ, ПОГЛОЩАЮЩИЙ НЕЙТРОНЫ Российский патент 1997 года по МПК G21F1/06 

Изобретение относится к полглощающим материалам на основе редкоземельных элементов, применяющимся в атомной технике.

Диспрозий является одним из элементов с высоким сечением захвата термических нейтронов и находит благодаря этому применение в атомной технике.

В качестве материала, содержащего диспрозий, известно использование сплавов на основе железа, никеля, хрома с добавлением 0,1 10% чистого металлического диспрозия, а также смеси его с другими редкоземельными или благородными металлами [1]
Недостатком этого материала является сравнительно низкое содержание в нем диспрозия и высокая стоимость изготовления сплава.

Известно также применение материала для поглощения радиации и других видов излучения, в том числе нейтронов [2] Этот материал представляет собой дисперсию карбоната диспрозия, или его концентрата, выделенного из природного сырья, с другими редкоземельными, в тонко-измельченном свинце, строительном растворе, гипсе, которые используются в качестве связующего. Однако, указанный материал не может быть использован в качестве поглощающего нейтроны сердечника в стержнях СУЗ, ПЭЛ атомных реакторов.

Экономически целесообразно использовать для синтеза титаната диспрозиевый концентрат, получаемый при разделении редкоземельных элементов иттериевой группы. Этот концентрат не содержит элементов с большим сечением захвата нейтронов, помимо диспрозия (европий, самарий, гадолиний).

Типичный состав диспрозиевого концентрата дан в таблице.

В случае использования диспрозиевого концентрата для синтеза, отжиг получаемого титаната не переводит его в кубическую форму из-за стабилизации гексагональной модификации примесями иттрия и других редкоземельных элементов.

Для устранения указанного недостатка нами разработан материал, поглощающий нейтроны, на основе концентрата диспрозия, выключающий кроме оксида титана легирующие добавки оксидов ниобия и циркония. Синтезируемый материал имеет кубическую кристаллическую структуру во всем исследованном диапазоне температур и хорошую коррозионную стойкость при содержании следующих компонентов, мас. TiO₂ 5,0 15; ZrO₂ 0,5 20; Nb₂O₅ 0,5 15, остальное оксид дисрозя оксиды других РЗЭ концентрата.

Пример 1. Смесь оксидов в соотношении, 86 диспрозиевого концентрата, 5,3 оксида титана, 8,7 оксида ниобия плавят в высокочастотной печи "Кристалл 401" в холодном тигле с цирконием в качестве стартового металла из расчета 25 г стружки на 5 кг шихты. После плавки содержание оксида циркония в материале составляет 0,5 мас. Рентгеноструктурный контроль показывает, что материал является однофазным с периодом кристаллической решетки a 5,289 A. Измельченный в щековой дробилке материал рассеивают на фракции и применяют для снаряжения виброзасыпных элементов.

Пример 2. Приготовляется смесь оксидов в барабанном смесителе в соотношении, 82 диспрозиевого концентрата, 5 оксида титана, 10 оксида ниобия, 3 оксида циркония с контролем однородности шихты. Смесь подвергают брикетированию и спеканию на воздухе в печи СНВ при 1500 1550^oC в течение 3 6 ч. Полученный материал измельчают, рассеивают на фракции и применяют для снаряжения виброзасыпных элементов.

Пример 3. Смесь оксидов в соотношении, 79,5 диспрозиевого концентрата, 10 оксида титана, 10 оксида циркония плавят в индукционной печи "Кристалл - 401" с ниобиевой стружкой в качестве стартового металла из расчета 20 г на 5 кг шихты (0,5 мас.). Полученный материал измельчают, рассеивают на фракции и снаряжают виброзасыпные элементы.

Пример 4. Смесь оксидов состава, 70 диспрозиевого концентрата, 12 оксида титана, 10 оксида ниобия, 8 оксида циркония тщательно смешивают в футерованной резиной шаровой мельнице. Затем добавляют связующее 5% раствор поливинилового спирта до получения пластичной массы. Массу формуют выдавливанием через фильеры с одним или несколькими отверстиями, полученные стерженьки сушат и спекают на воздухе в тиглях из корунда или стабилизированного оксида циркония при 1500 1550^oC. Спеченные стержни измельчают до требуемых фракций порошка и загружают оболочки виброзасыпных элементов.

Пример 5. Смесь оксидов состава, мас. 50 диспрозиевого концентрата, 15 оксида титана, 20 оксида циркония, 15 оксида ниобия плавят в холодном тигле индукционной печи "Кристалл 401" с использованием титановой стружки для стартового нагрева. Полученный расплав гранулируют посредством донного сливного устройства в холодном тигле, измельчают гранулы, полученный материал рассеивают на фракции и загружают в оболочки вирозасыпных элементов.

Источники информации
1. EP Патент N 0055371, кл. B 1 G 21 F.

2. Патент GB N 1200926, кл. G 21 F, G6R.

3. Соединения редкоземельных элементов. Карбонаты, оксалаты, нитраты, титанаты. М. Наука, 1984.

Использование: в качестве материала, поглощающего нейтроны. Сущность изобретения: материал содержит диспрозиевый концентрат, оксид титана, оксид циркония и оксид ниобия. 1 табл.

Материал, поглощающий нейтроны, на основе диспрозиевого концентрата, отличающийся тем, что он дополнительно содержит оксид титана, оксид ниобия и оксид циркония при следующем соотношении компонентов, мас.

Диспрозиевый концентрат 50 86
Оксид титана 0,5 15,0
Оксид циркония 0,5 20,0
Оксид ниобия 0,5 15,0с