Сплав для поглощения тепловых нейтронов на основе алюминия

Авторы патента:

G21F1/00 - Состав материалов для защиты от излучений

C22C21/00 - Сплавы на основе алюминия

Владельцы патента RU 2697675:

Общество с ограниченной ответственностью "Сталь-Дон-Титан" (RU)

Изобретение относится к области металлургии, в частности к разработке новых нерадиоактивных материалов, и может быть использовано в атомной энергетической промышленности, в частности, для изготовления специального оборудования для влажного и сухого хранения отработанного ядерного топлива и его транспортировки. Сплав на основе алюминия для поглощения тепловых нейтронов содержит, мас. %: алюминий не менее 96,5, самарий 0,5-2,5, а в качестве примесей: медь не более 0,05; магний не более 0,05; марганец не более 0,025; цинк не более 0,10; железо не более 0,30; кремний не более 0,30. Изобретение направлено на разработку сплава, имеющего высокий уровень поглощения тепловых нейтронов с сохранением высокого уровня эксплуатационных свойств.

Изобретение относится к области металлургии, к разработке новых нерадиоактивных материалов и может быть использовано в атомной энергетической промышленности. В частности, для изготовления специального оборудования для влажного и сухого хранения отработанного ядерного топлива и его транспортировки.

На сегодня, в отечественной промышленности для этих целей применяется сталь ЧС82 (04Х14Т3Р1Ф), (см. а.с. СССР №1122009, 1983 г., а также описание к патенту РФ №2483132, 2013 г.). За рубежом, сталь «БОРОН-304» (БССК, Англия). Все эти материалы обладают свойством поглощения тепловых нейтронов, за счет наличия в их составе в определенных пропорциях бора и его изотопа 10В.

Переход к новым типам ядерного топлива, более перспективным с точки зрения энергетики, предъявляет повышенные требования к материалу с поглощающими свойствами. Увеличение в процентном соотношении бора в названных металлах, существенно их охрупчивает, что делает их не пригодными в технологической переработке. Это общее свойство боридов, который бы имел не только высокий уровень поглощения тепловых нейтронов, но и обладал высокими эксплуатационными и пластическими свойствами, что в целом обеспечивает безопасность хранения отработанного ядерного топлива.

Известен сплав для поглощения тепловых нейтронов на основе титана (патент РФ №2519063, БИ №16, 2014 г.). Здесь для увеличения поглощающих свойств известного сплава титана ПТ7М, добавляют в состав редкоземельный элемент - самарий, обладающий большим сечением захвата тепловых нейтронов (для природных изотопов: 149Sm ~ 50000⋅10^-28м², 152Sm ~ 5600⋅10^-28м², 154Sm ~ 5600⋅10^-28м²). Соответственно для бора: 10В ~ 3838⋅10^-2м², 11B ~ 757⋅10^-28м² (см. Справочник: свойства элементов / По ред. Дница М.Е. - М.: Издательский дом. «Руда и Металлы», 2005).

Недостатком этого сплава является способность титановой основы - матрицы поглощать водород из воздуха, особенно интенсивно при повышении температуры окружающей среды. Что приводит к охрупчиванию металла, его к растрескиванию со временем его эксплуатации. Это не допустимо в изделиях при сухом хранении отработанного ядерного топлива.

Наиболее близкий к описываемому по технической сущности и достигаемому эффекту является алюминиевый сплав АД1 (ГОСТ 4784-74). Химический состав сплава АД1, вес. %:

алюминий (не менее) 96,5;

примеси (не более): медь 0,05; магний 0,05; марганец 0,025; цинк 0,10; железо 0,30; кремний 0,30.

Поставленная цель достигается тем, что в известный сплав АД1 на основе алюминия, добавляют редкоземельный элемент - самарий, в объеме, вес. %: (0,5-2,5), оставляя содержание примесей без изменений.

Диапазон содержания в сплаве самария обусловлен оптимальным уровнем поглощения тепловых нейтронов и экономической целесообразностью. Ниже 0,5% - сплав не обеспечивает необходимый уровень поглощения, более 2,5% - повышается себестоимость сплава. Отметим, при выплавке алюминиевого сплава с самарием, допускается добавление в его состав не только технически чистого самария, изготовленного по ТУ48-4-207-72, но и оксиды Sm₂O₃, гидриды SmH₂, SmH₃. При сплавлении самария с алюминием, образуется интерметаллическое соединение с высокими эксплуатационными свойствами. При этом, в отличие от бора, самарий не охрупчивает сплав, сохраняя его эксплуатационные и технологические свойства: предел прочности не менее 100 МПа, относительное удлинение не менее 20%.

К достоинствам заявленного алюминиевого сплава с самарием (AlSm), можно отнести не только высокую поглощающую способность тепловых нейтронов, но и неспособность к искрообразованию, отсутствие воздействия на жизнедеятельность микроорганизмов. Хорошая корозионностойкость алюминиевых сплавов в средах - теплоносителях позволяют их использовать в атомном реакторостроении.

Сплав на основе алюминия для поглощения тепловых нейтронов, содержащий алюминий и примеси, включающие медь, магний, марганец, цинк, железо и кремний, отличающийся тем, что он дополнительно содержит самарий при следующем содержании компонентов, мас. %:

алюминий	не менее 96,5
самарий	0,5-2,5

примеси: медь не более 0,05, магний не более 0,05, марганец не более 0,025, цинк не более 0,10, железо не более 0,30 и кремний не более 0,30.

Изобретение относится к строительству, в частности к составам бетонных смесей, и может быть использовано для возведения ограждающих конструкций защитных сооружений.

Защитный экран от ионизирующего излучения для бортового комплекса оборудования // 2664715

Изобретение относится к области радиационной защиты объектов. Защитный экран от ионизирующего излучения для бортового комплекса оборудования представляет собой двухслойную структуру, помещенную на наружную поверхность приборной рамы, располагающейся в приборном отсеке.

Противорадиационное разборное укрытие // 2664581

Противорадиационное разборное укрытие (его варианты) относится к средствам защиты личного состава аварийно-спасательных служб от внешнего облучения радионуклидами, вышедшими из-под контроля в результате аварии на объекте атомной энергетики или в результате ядерного терроризма.

Гибкий защитный слой для подвижных и деформирующихся элементов конструкций // 2660656

Изобретение относится к области машиностроения. Защитный экран содержит слой поглощения рентгеновского излучения.

Электропроводная композиция для защиты от техногенных излучений // 2648253

Изобретение относится к области создания материалов для защиты от различных видов излучений, обеспечивающих максимально возможное снижение воздействий излучений на обслуживающий персонал и эксплуатируемое электрооборудование.

Модифицированный карбонизированный красный шлам // 2645511

Изобретение может быть использовано в производстве наполнителей, добавок к почве для выращивания растений, для утяжеления буровых растворов, защиты от радиоактивного и электромагнитного излучения.

Способ защиты от радиации радиоэлектронной аппаратуры // 2643353

Изобретение относится к области защиты от ионизирующего излучения и может быть использовано в радиоэлектронной промышленности. Способ защиты от радиации радиоэлектронной аппаратуры заключается в том, что радиоэлектронную аппаратуру, критичную к радиации и работающую в составе объекта, располагают внутри топливной емкости объекта, преимущественно в резервной части, на стенке, прилегающей к объекту.

Свинцовоглицератный цемент // 2633919

Изобретение относится к составу свинцовоглицератного цемента и может найти применение в промышленности строительных материалов. В состав цемента входят следующие компоненты, мас.

Полимерный композит для нейтронной защиты и способ его получения // 2633532

Изобретение относится к области ядерной техники, к разработкам материалов для защиты от нейтронного излучения, используемых в качестве биологической защиты ядерного энергетического реактора.

Многослойный материал для радиационной защиты типа сэндвич-структуры // 2606233

Изобретение относится к многослойному материалу для радиационной защиты типа сэндвич-структуры. Защитный материал содержит слой сцинтилляционного материала, обеспечивающий при поглощении ионизирующего излучения преобразование ионизирующего излучения в множество фотонов сцинтилляции или фотонов низкой энергии на 1 МэВ поданной энергии ионизирующего излучения и равномерное излучение фотонов низкой энергии во всех направлениях.

Алюминиево-циркониевый сплав // 2696797

Изобретение относится к области металлургии, в частности к алюминиевым сплавам, используемым в качестве электротехнической катанки и проводов для линий электропередач.

Способ получения катанки из термостойкого алюминиевого сплава // 2696794

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам получения изделий электротехнического назначения на основе алюминия, применяемых для изготовления электротехнической катанки и проводов высоковольтных линий электропередач.

Способ получения нейтронопоглощающего материала на основе алюминия, содержащего слои с карбидом бора // 2693669

Изобретение относится к металлургии, а именно к получению слоистого материала на основе алюминия и его сплавов, содержащего слои с карбидом бора, и может использоваться в качестве конструкционных материалов для авиации и в атомной промышленности, которые сочетают низкую удельную массу с эффективным поглощением нейтронного излучения.

Способ получения нейтронно-поглощающего материала на основе алюминия, содержащего слои с диборидом титана // 2693580

Изобретение относится к металлургии, а именно к получению слоистого материала на основе алюминия и его сплавов, содержащего слои с диборидом титана, и может использоваться в качестве конструкционных материалов в авиации и в атомной промышленности, которые сочетают низкую удельную массу с эффективным поглощением нейтронного излучения.

Способ получения слитков из деформируемых алюминиевых сплавов // 2692149

Изобретение относится к металлургии, а именно к обработке кристаллизующегося металла давлением, в частности к получению слитков из деформируемых алюминиевых сплавов.

Шоковая термическая обработка изделий из алюминиевых сплавов // 2691814

Изобретение относится к алюминиевым сплавам, используемым в промышленности автотранспортных средств. Способ получения изделия из алюминиевого сплава включает формование листа из дисперсионно-твердеющего термически обрабатываемого алюминиевого сплава для получения из алюминиевого сплава формованного изделия, имеющего одну или более частей; нагревание по меньшей мере одной части формованного изделия из алюминиевого сплава, имеющего одну или более частей, два или более раз до температуры термообработки от 250 до 300°С при скорости нагревания от 10 до 220°С/с и поддерживание температуры каждой термообработки в течение 60 с или менее, причем по меньшей мере одна часть формованного изделия из алюминиевого сплава содержит дисперсионно-твердеющий термически обрабатываемый алюминиевый сплав.

Лист из алюминиевого сплава для конструкции автомобильного кузова // 2690253

Изобретение относится к получению и применению листа из алюминиевого сплава для изготовления штампованной конструкции кузова или конструкционной детали кузова автомобиля, называемой еще «неокрашенный кузов», причем лист имеет предел текучести Rp0i2 не ниже чем 60 МПа, и удлинение при одноосном растяжении Ag0, не ниже чем 34%.Способ получения листа из алюминиевого сплава для изготовления штампованной конструкции кузова или конструкционной детали кузова автомобиля, включает вертикальную непрерывную или полунепрерывную разливку сляба, имеющего состав, в мас.%: Si: 0,15-0,50; Fe: 0,3-0,7; Cu: 0,05-0,10; Mn: 1,0-1,5; другие элементы <0,05 каждый и <0,15 в общем, остальное алюминий, и обдирку сляба, гомогенизацию при температуре, по меньшей мере, 600°С в течение, по меньшей мере, 5 часов с последующим регулируемым охлаждением до температуры 550°С-450°С за по меньшей мере 7 часов, затем охлаждением до комнатной температуры за по меньшей мере 24 часа, нагрев до температуры 480°С-530°С с подъемом температуры за, по меньшей мере, 8 часов, горячую прокатку, охлаждение, холодную прокатку и отжиг при температуре, по меньшей мере, 350°С ,упрочняющую обработку, со степенью деформации между 1% и 10%,химическое травление механически нарушенного слоя.

Микроструктура алюминия для изделий очень сложной формы и связанные с ней способы // 2688968

Изобретение относится к алюминиевым сплавам, предназначенным для изготовления изделий сложной формы, в частности банок и бутылок. Алюминиевый сплав представляет собой сплав с кристаллографической структурой, содержащей: меньшее или равное 10 об.% количество взятых вместе компонентов текстуры Госса и перевернутой текстуры Госса; меньшее или равное 20 об.% количество компонентов текстуры латуни; большее или равное 10 об.% количество взятых вместе компонентов S-текстуры и текстуры меди; микроструктуры алюминия в виде случайных или второстепенных ориентаций - остальное, при этом отношение плотности α-волокон низкого уровня к плотности α-волокон высокого уровня меньше или равно 0,40; а отношение плотности α-волокон низкого уровня к плотности β-волокон меньше или равно 0,15.

Сплав на основе алюминия и изделие из него // 2688314

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к термически неупрочняемым коррозионностойким алюминиевым сплавам, применяемым в качестве конструкционных материалов для элементов конструкций, в том числе сварных, работающих в контакте с агрессивными средами.

Алюминиевые сплавы для упаковочной продукции сложной формы и способы их получения // 2687791

Изобретение относится к формуемым и прочным алюминиевым сплавам для изготовления упаковочной продукции, такой как бутылки и банки. Алюминиевый сплав содержит, мас.%: 0,1-1,6 Mn, 0,1-0,6 Mg, 0,45-1,0 Cu, 0,2-0,7 Fe, 0,10-0,6 Si, до 0,3 Cr, до 0,6 Zn, до 0,2 Ti, <0,05 для каждого элемента-примеси, <0,15 для всех элементов-примесей, остальное - Al.

Способ получения слитков из алюмоматричного композиционного сплава // 2697683

Изобретение относится к области металлургии легких сплавов, в частности сплавов на основе алюминия, и может быть использовано при получении слитков различными методами литья, в частности методом полунепрерывного вертикального литья. Способ получения слитков из алюминиевых сплавов, содержащих более 15 об. % армирующих частиц, включает приготовление расплава на основе алюминия, введение в него кремния и железа, получение цилиндрического слитка с использованием метода непрерывного литья, при этом в расплав дополнительно вводят кальций, цирконий и скандий, а после кристаллизации слиток подвергают термической обработке, обеспечивающей формирование структуры, включающей кальцийсодержащие частицы эвтектического происхождения в количестве не менее 16 об. % и наночастицы фазы Al3(Zr,Sc) размером не более 20 нм в количестве не менее 0,4 об. %. Техническим результатом является создание способа получения слитков с композитной эвтектической структурой, получение которых возможно с использованием стандартных для промышленного производства технологий плавки и литья, а формируемая таким образом структура слитка позволяет проводить деформационную обработку при средних и высоких температурах и степенях деформации для получения различных полуфабрикатов. 1 з.п. ф-лы, 2 пр., 2 табл., 4 ил.