先進核能作為新質(zhì)生產(chǎn)力之一，在推動實現(xiàn)“雙碳”戰(zhàn)略目標中扮演著關(guān)鍵角色。我國已將先進核能作為能源供應(yīng)安全的“壓艙石”，對核電的安全穩(wěn)定發(fā)展提出了更高的要求。核安全是核能發(fā)展的關(guān)鍵，新一代核反應(yīng)堆對于核材料在高溫、強輻照條件下的穩(wěn)定長時服役的要求日益增加。新興的高熵材料具有較高的混合熵和遲滯擴散效應(yīng)，可以有效提高材料的耐輻照性能和高容錯性能。這其中，稀土核安材料具有耐高溫、耐輻照的優(yōu)勢，備受矚目。
基于此，中國科學(xué)院海西研究院廈門稀土材料研究中心楊帆課題組（福建省清潔核能燃料系統(tǒng)與材料聯(lián)合創(chuàng)新重點實驗室）率先開發(fā)了一系列核用稀土高熵新材料（Mater & Design.2021,205,109722; J. Mater. Sci. Technol.2023,155,1-9）[1-2]。近期，基于先進核能系統(tǒng)對堆用中子吸收控制材料高溫尺寸穩(wěn)定性和長時服役的新需求，新開發(fā)了高熵稀土鎢酸陶瓷的堆用中子吸收控制材料。本文選擇鑭系中半徑差相對較大的稀土元素組合，以高熵固溶的設(shè)計理念，新合成的(Sm0.2Eu0.2Gd0.2Dy0.2Y0.2)2W3O12在提高材料耐輻照性的同時，成功實現(xiàn)了單斜結(jié)構(gòu)稀土鎢酸鹽熱膨脹系數(shù)的調(diào)節(jié)。和單一組分鎢酸釓對比，新設(shè)計的高熵稀土鎢酸鹽熱膨脹系數(shù)降低15.7%，達到中熱膨脹水平。在4.58×1016?ions/cm2高劑量的Kr+離子輻照后，高熵稀土鎢酸鹽的體積膨脹僅為0.71%，遠低于單組分鎢酸釓，表現(xiàn)出優(yōu)良的抗輻照腫脹能力。作為可替代碳化硼、銀銦鎘等傳統(tǒng)中子吸收控制材料，新型耐高溫、耐輻照、可長時服役的稀土鎢酸/鉿酸高熵陶瓷體系的堆用中子吸收控制材料將為我國先進核能發(fā)展注入新質(zhì)生產(chǎn)力。
該成果以“High-temperature dimensional stability and radiation behavior of high-entropy rare earth tungstate ceramics”為題發(fā)表在陶瓷領(lǐng)域TOP期刊《Ceramics International》上（10.1016/j.ceramint.2024.05.134）發(fā)表[3]，張金成碩士研究生為第一作者，楊帆研究員、黃民忠助理研究員為通訊作者。本研究獲中核領(lǐng)創(chuàng)、福建省自然基金、中國科協(xié)青年精英科學(xué)家資助計劃項目、廈門科技專項的資助。
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參考文獻：
[3]Zhang J, Xue L, Zhang W, Pan Y, Wang H, Wang K, Chen H, Huang M*, Yang F *. High-temperature dimensional stability and radiation behavior of high-entropy rare earth tungstate ceramics.?Ceramics International.
（https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2024.05.134）
來源：中國科學(xué)院海西研究院廈門稀土材料研究中心
原文始發(fā)于微信公眾號（稀土科學(xué)）：福建省清潔核能燃料系統(tǒng)與材料聯(lián)合創(chuàng)新重點實驗室核用稀土高熵陶瓷開發(fā)取得新進展
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