2月24日从中国科学院合肥物质科学研究院了解到，该院固体所内耗与固体缺陷研究部同中国核动力研究设计院合作，研制出一种高性能钼合金，或可在先进核能系统和航空航天等领域应用。相关研究成果日前发表在金属材料期刊《Acta材料》上。

　　

　　空间核反应堆具有环境适应性好、功率覆盖范围广、结构紧凑以及大功率条件下质量功率比小等突出优点，在大功率地球轨道卫星、深空探测以及月球行星基地供电等方面具有广阔的应用前景。

　　

　　一、更安全、更稳定的核反应合金材料

　　

　　空间堆中的包壳及堆芯结构材料面临高温、中子辐照及液态碱金属腐蚀等苛刻服役环境，是制约空间堆技术发展的瓶颈之一。钼及其合金由于高熔点、高热导率、与碱金属相容性好等优点，是空间堆关键候选材料，但纯钼存在室温塑性低、高温强度不足、再结晶脆性和辐照脆化等问题。
 

 

　　研究团队提出通过纳米碳化物弥散、细晶强化和晶界净化来协同提升钼合金综合性能的研究思路。

　　

　　研究团队通过粉末冶金法和高温旋锻制备了室温及高温下均具有优异力学性能的纳米结构钼—一碳化锆合金。该纳米结构合金的室温抗拉强度达928兆帕、延伸率为34.4%，比工业中广泛应用的钼钛锆合金（TZM合金）分别提高26%和一倍以上；在1000℃时，钼—一碳化锆合金的抗拉强度达到562兆帕，比纯钼、其他纳米结构合金提高50%以上。在1200℃高温下，钼—一碳化锆合金的强度优势更为显著，其抗拉强度比氧化物弥散强化钼提高一倍以上，同时保持优良塑性。此外，该合金的再结晶温度比纯钼提高约400℃，具有优异的高温稳定性。

　　

　　研究结果表明，纳米结构钼—一碳化锆合金在室温及高温下均具有优异的强韧性，与已报道的同类材料相比具有明显优势。

　　

　　二、世界主要的钼矿分布

　　

　　美国地质调查局（USGS）矿产品概要2020年数据显示，截至2019年末，世界钼资源储量1800万吨。其中，中国钼储量830万吨，系世界最大钼资源国，秘鲁钼储量290万吨，位居第二，其次是美国270万吨，智利140万吨，俄罗斯100万吨。

　　

　　2019年世界钼产量29万吨：其中，中国钼产量13万吨，占比约44.83%，是世界最大钼生产国，智利钼产量5.4万吨，位居第二，其次是美国（4.4万吨）。

　　

　　三、中国的钼矿床都分布在哪呢？

 

　　中国的钼矿床可以划分为六大成矿带

　　

　　1. 东北钼成矿省-中国最北方的钼成矿带；

　　

　　2. 燕辽钼成矿带-华北陆块北缘；

　　

　　3. 秦岭钼成矿带-中国的南北方分界线；

　　

　　4. 长江中下游钼成矿区-位于江南地区；

　　

　　5. 华南钼成矿区-东南沿海；

　　

　　6. 三江钼成矿带-世界屋脊最高的钼成矿带。

　　

　　中国的钼矿床主要集中分布在上述的六大成矿带中，不同的成矿带都分布了大大小小不同规模的钼矿床。其中钼成矿的钼资源量以秦岭成矿带最多。

　　

　　钼资源量：秦岭>东北>燕辽>三江>华南>长江中下游。

　　

　　三、太空有哪些核电选择?

　　

　　一种选择是核热推进 (NTP)，即核裂变反应堆加热液体推进剂(如氢气)，将其转化为气体，通过喷嘴膨胀以提供推力并推动航天器。与传统的化学火箭相比，这可以将前往火星的旅行时间缩短多达 25%。
 

 

　　另一种选择是核电推进 (NEP)，其中反应堆的热能转化为电能。这种方法的推力较低但连续，燃料效率更高，速度更快，可以将传统化学火箭的火星旅行时间缩短 60%。

　　

　　未来可能的核聚变火箭的研究工作正在进行中，该火箭将具有直接聚变驱动器(DFD)，可将聚变反应中产生的带电粒子的能量直接转化为推进力。

　　

　　正在开发聚变火箭概念的普林斯顿卫星系统公司副总裁斯蒂芬妮·托马斯说：“DFD 可以产生比其他系统高几个数量级的特定功率，从而减少行程时间并增加有效载荷，从而使我们能够到达深空目的地要快得多。”

　　

　　四、核能在太空中的其他用途呢?

　　

　　除了为火箭提供推力外，船上还需要电力，核反应堆也可用于为宇航员提供电力，以进行扩展探索任务或在其他星球上的长期社区。

　　

　　宇航局的优先重点仍然是设计、建造和展示低浓缩铀裂变表面动力系统，该系统可广泛应用于月球表面计划以及我们最终与人类一起前往火星的任务，可扩展到 100 千瓦以上的功率水平，并且已经推进 NEP 系统需求的潜力。

　　

　　核技术长期以来一直在突出的太空任务中发挥着至关重要的作用，但未来的任务可能会依赖核动力系统进行更广泛的应用。

　　

　　来源：CINE核电展会,中科院地质地球所,科技日报