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硼-10同位素技術(shù)突破:生產(chǎn)工藝革新與應(yīng)用前景廣闊
時(shí)間:2025-04-08 查看:298

【導(dǎo)語(yǔ)】

近日,中國(guó)科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所聯(lián)合多家高校及企業(yè),在硼-10同位素(1?B)的高 效提純與規(guī)模化生產(chǎn)領(lǐng)域取得重大突破。這一進(jìn)展不僅推動(dòng)了核能、醫(yī)療等傳統(tǒng)領(lǐng)域的技術(shù)升級(jí),還為半導(dǎo)體、新能源等新興產(chǎn)業(yè)提供了關(guān)鍵材料支持。硼-10技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化浪潮正在全球掀起。




一、技術(shù)工藝:從實(shí)驗(yàn)室走向規(guī)模化

-10是天然硼元素中豐度僅約20%的稀有同位素,因其獨(dú)特的中子吸收能力,成為核反應(yīng)堆控制棒、輻射屏蔽材料的核心成分。然而,傳統(tǒng)提純工藝成本高昂且效率低下,長(zhǎng)期制約其大規(guī)模應(yīng)用。

1. 氣體離心法升級(jí)

研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)優(yōu)化三氟化硼(BF3)氣體離心分離工藝,采用新型復(fù)合材料轉(zhuǎn)筒,將單次分離效率提升30%,同時(shí)降低能耗。據(jù)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人王華教授介紹:“新工藝可使硼-10同位素的豐度達(dá)到99.9%以上,純度滿足核級(jí)應(yīng)用需求?!?/span>

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圖為嘉遠(yuǎn)工廠實(shí)拍,禁止轉(zhuǎn)載

2. 綠色工藝探索

為減少化學(xué)廢棄物,電解還原法、激光同位素分離等新技術(shù)進(jìn)入試驗(yàn)階段。清華大學(xué)團(tuán)隊(duì)利用離子液體電解硼酸鹽,初步實(shí)現(xiàn)低能耗提純,未來(lái)或顛覆現(xiàn)有生產(chǎn)模式。




二、應(yīng)用場(chǎng)景:從“核能基石”到“抗癌利器”

隨著提純技術(shù)的成熟,硼-10的應(yīng)用邊界不斷拓展,成為多領(lǐng)域交叉創(chuàng)新的“明星材料”。

1. 核能安全與第 四 代反應(yīng)堆

在高溫氣冷堆、熔鹽堆等第 四 代核能系統(tǒng)中,含硼-10的碳化硼陶瓷被用作控制棒核心材料。中國(guó)某核電企業(yè)透露,國(guó)產(chǎn)化硼-10組件的使用使反應(yīng)堆中子經(jīng)濟(jì)性提升15%,年運(yùn)維成本減少數(shù)億元。

2. 癌癥精準(zhǔn)治療(BNCT技術(shù))

硼中子俘獲療法(BNCT)利用硼-10靶向聚集腫瘤細(xì)胞,通過(guò)中子照射釋放高能粒子精準(zhǔn)殺癌。2023年,中國(guó)首 個(gè)BNCT臨床中心在廈門(mén)建成,治療膠質(zhì)瘤、黑色素瘤等療效顯著。專家預(yù)測(cè),隨著國(guó)產(chǎn)硼-10藥物獲批,治療費(fèi)用有望從30萬(wàn)元/療程降至10萬(wàn)元以內(nèi)。

3. 半導(dǎo)體與中子探測(cè)

在半導(dǎo)體領(lǐng)域,硼-10摻雜可提升碳化硅功率器件的耐輻射性能;其高靈敏度中子響應(yīng)特性,還被用于核電站輻射監(jiān)測(cè)、海關(guān)反恐探測(cè)設(shè)備。

4. 深空探索與儲(chǔ)能材料

-10基復(fù)合材料因其輕質(zhì)和高抗輻射性,被納入中國(guó)深空探測(cè)器的屏蔽層設(shè)計(jì)方案;此外,其在新型硼氫化物儲(chǔ)氫材料中的潛力也引發(fā)學(xué)界關(guān)注。




三、挑戰(zhàn)與未來(lái):成本、標(biāo)準(zhǔn)與全球競(jìng)合

盡管前景廣闊,硼-10技術(shù)仍面臨挑戰(zhàn):

生產(chǎn)成本高99%純度硼-10價(jià)格上漲,需進(jìn)一步降本;

標(biāo)準(zhǔn)缺失:醫(yī)療、核能等領(lǐng)域缺乏統(tǒng)一純度標(biāo)準(zhǔn),制約市場(chǎng)推廣;

國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)加劇:美、俄、日等國(guó)加速布局,中國(guó)需加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同創(chuàng)新。

對(duì)此,國(guó)家同位素工程技術(shù)研究中心提出“三步走”戰(zhàn)略:2025年前實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵設(shè)備國(guó)產(chǎn)化,2030年建成萬(wàn)噸級(jí)硼產(chǎn)品深加工基地,并牽頭制定國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。




【結(jié)語(yǔ)】
從核電站到手術(shù)臺(tái),從太空到實(shí)驗(yàn)室,硼-10技術(shù)的革新正悄然改變多個(gè)產(chǎn)業(yè)圖景。隨著中國(guó)在提純工藝、應(yīng)用研發(fā)上的持續(xù)突破,這一“小元素”或?qū)⒊蔀椤按髧?guó)重器”背后的關(guān)鍵推手。未來(lái),如何平衡技術(shù)自主性與全球化合作,將決定中國(guó)在這場(chǎng)高精尖競(jìng)賽中的最終站位。



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[稀有氣體月評(píng)]:國(guó)產(chǎn)氦氣價(jià)格上行 氪氙市場(chǎng)壓力仍存 (2025年4月)

1.市場(chǎng)簡(jiǎn)析4月瓶裝氦氣市場(chǎng)價(jià)格下調(diào)。據(jù)統(tǒng)計(jì),截至到 4月30日,批量瓶裝(40L,13.5± 0.5Mpa)高純氦氣月均價(jià)降環(huán)比-0.4%,同比-18.1%。4月瓶裝氦氣市場(chǎng)高價(jià)出貨承壓下,部分地區(qū)價(jià)格出現(xiàn)下調(diào)走勢(shì)。目前瓶裝氦氣批量成交重心下移,球氦出口需求有所恢復(fù),疊加國(guó)內(nèi)主力生產(chǎn)企業(yè)檢修支撐市場(chǎng)。西南地區(qū)表現(xiàn)相對(duì)平淡。據(jù)統(tǒng)計(jì),4月管束高純氦氣市場(chǎng)價(jià)格整體下行,但內(nèi)蒙氦氣價(jià)格上漲。截至到4月30日,管束高純氦氣月均價(jià)環(huán)比-1.1%,同比-7.2%。進(jìn)口貨源充足下,進(jìn)口企業(yè)分銷(xiāo)出貨多有壓力,成交重心下移。4月部分主力國(guó)產(chǎn)氦氣工廠檢修下,支撐國(guó)產(chǎn)氦氣價(jià)格上行,國(guó)產(chǎn)高純氦氣招標(biāo)價(jià)逐步小漲。目前來(lái)看,國(guó)產(chǎn)氦氣企業(yè)維穩(wěn)心態(tài)較濃,進(jìn)口氦氣企業(yè)在成本線壓力下,亦維穩(wěn)為主。4月氙氣市場(chǎng)月均價(jià)格持穩(wěn)為主,月均價(jià)環(huán)比持平,同比-29.4%。目前氙氣下游需求支撐有限下,價(jià)格呈現(xiàn)陰跌狀態(tài)。4月氪氣市場(chǎng)價(jià)格持穩(wěn)。截至到4月30日,隆眾資訊氪氣主流出廠月均價(jià)環(huán)比持平,同比-36.7%。4月市場(chǎng)交投氛圍欠佳,主力企業(yè)出貨壓力仍存,成交重心下移。4月氖氣市場(chǎng)價(jià)格持穩(wěn)。截至4月30日,氖氣月均環(huán)比持平,同比-17.9%。4月市場(chǎng)終端采購(gòu)偏少,企業(yè)低價(jià)持穩(wěn)出貨為主。2.后市展望2025年5月中國(guó)氦氣市場(chǎng)價(jià)格整體預(yù)計(jì)下調(diào)。據(jù)預(yù)計(jì),5月中國(guó)管束氦氣批量中間商拿貨月均價(jià)將小幅降。供應(yīng)方面,5月卡塔爾檢修結(jié)束下,全球供應(yīng)逐步恢復(fù),進(jìn)口貨源充裕下,市場(chǎng)整體承壓。需求方面,下游半導(dǎo)體、低溫應(yīng)用等行業(yè)需求形成支撐。小編認(rèn)為,5月中國(guó)氦氣市場(chǎng)供應(yīng)偏緊狀態(tài)預(yù)期緩解,需求尚無(wú)明顯支撐下,整體價(jià)格預(yù)計(jì)小幅下滑。5月氙氣市場(chǎng)價(jià)格預(yù)計(jì)下調(diào)。據(jù)預(yù)測(cè),5月中國(guó)氙氣市場(chǎng)企業(yè)出貨月均價(jià)調(diào)整。供需失衡局面短線難有改觀,高價(jià)貨源預(yù)計(jì)有下調(diào)空間。5月中國(guó)氪氣市場(chǎng)價(jià)格預(yù)計(jì)延續(xù)下調(diào)走勢(shì)。據(jù)預(yù)測(cè),5月中國(guó)氪氣市場(chǎng)月均價(jià)下降。短期來(lái)看,主力企業(yè)出貨壓力下,價(jià)格仍有下調(diào)空間。5月氖氣市場(chǎng)價(jià)格預(yù)計(jì)持穩(wěn)。據(jù)預(yù)測(cè),5月中國(guó)氖氣市場(chǎng)均價(jià)平穩(wěn)。短線來(lái)看,需求增長(zhǎng)有限,市場(chǎng)價(jià)格在成本線支撐下,市場(chǎng)價(jià)格預(yù)期底部盤(pán)整為主。  來(lái)源:隆眾資訊

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2025-05-07

【嘉遠(yuǎn)化工】五一勞動(dòng)節(jié)放假通知

尊敬的各位客戶:您們好!        感謝您一直以來(lái)對(duì)嘉遠(yuǎn)的信任。勞動(dòng)假期將至,根據(jù)國(guó)家節(jié)假日放假規(guī)定,并結(jié)合實(shí)際情況,現(xiàn)將節(jié)假期事宜做如下安排: 2025年5月1日-5月5日放假,共5天,5月6日(星期二)上班。為確保不影響您的正常生產(chǎn)計(jì)劃,請(qǐng)您根據(jù)以上時(shí)間和自身需要,提前做好節(jié)日前后備貨,不便之處、敬請(qǐng)諒解。祝大家度過(guò)一個(gè)快樂(lè)、平安的節(jié)日假期常州市嘉遠(yuǎn)化工有限公司行政部2025年4月 30 日

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2025-04-30

六氟系列產(chǎn)品科普:多領(lǐng)域應(yīng)用的關(guān)鍵化合物

引言六氟化合物因氟原子獨(dú)特的電負(fù)性和化學(xué)穩(wěn)定性,在工業(yè)、電子、醫(yī)藥等領(lǐng)域具有不可替代的作用。本文聚焦七種重要的六氟產(chǎn)品——六氟丙烯、六氟丁二烯、六氟環(huán)氧丙烷、六氟異丙醇、六氟化硫、六氟化鉬、六氟銻酸鈉,解析它們的特性、應(yīng)用及安全性。一、六氟丙烯(C?F?)1. 基本性質(zhì)·無(wú)色氣體,化學(xué)性質(zhì)活潑,是合成含氟高分子材料的重要單體?!つ透邷?、耐腐蝕、低表面能。2. 核心應(yīng)用·氟橡膠與氟塑料:用于汽車(chē)密封圈、航空燃油管等耐高溫部件?!ぶ评鋭禾娲茐某粞鯇拥膫鹘y(tǒng)氟利昂(如HFCs)。·含氟表面活性劑:用于消防泡沫、防水涂料。3. 注意事項(xiàng)·低毒性,但需避免吸入高濃度氣體。二、六氟丁二烯(C?F?)1. 基本性質(zhì)·無(wú)色氣體,化學(xué)結(jié)構(gòu)含共軛雙鍵,反應(yīng)活性高?!じ唠娮佑H和力,適合作為蝕刻氣體。2. 核心應(yīng)用·半導(dǎo)體制造:用于先進(jìn)制程(如7nm以下)的等離子體蝕刻,精準(zhǔn)控制電路圖形?!ず酆衔锖铣桑褐苽涓咝阅芊鷺?shù)脂。3. 環(huán)保優(yōu)勢(shì)全球變暖潛能(GWP)低于傳統(tǒng)蝕刻氣體(如CF?),助力綠色芯片生產(chǎn)。三、六氟環(huán)氧丙烷(C?F?O)1. 基本性質(zhì)·無(wú)色液體,含環(huán)氧基團(tuán)和六氟結(jié)構(gòu),兼具高反應(yīng)性與穩(wěn)定性。2. 核心應(yīng)用·全氟聚醚(PFPE)合成:用于航空航天潤(rùn)滑劑、真空泵油等極端環(huán)境?!めt(yī)藥中間體:合成含氟藥物(如抗病毒、抗癌藥物)。3. 安全提示·對(duì)皮膚和眼睛有刺激性,需在通風(fēng)櫥中操作。四、六氟異丙醇(C?H?F?O)·無(wú)色液體,強(qiáng)極性溶劑,能與水和有機(jī)溶劑混溶?!ず鶊F(tuán)賦予其獨(dú)特溶解性和低表面張力。2. 核心應(yīng)用·高分子材料溶劑:溶解尼龍、聚酰亞胺等難溶聚合物,用于紡絲或涂層?!ず舜殴舱瘢∟MR):作為氘代試劑的替代溶劑,提升譜圖分辨率。·醫(yī)藥合成:參與含氟手性化合物的制備。3. 注意事項(xiàng)·具有刺激性氣味,長(zhǎng)期接觸需防護(hù)。五、六氟化硫(SF?)1. 基本性質(zhì)·無(wú)色無(wú)味氣體,絕緣性能極佳,化學(xué)惰性。2. 核心應(yīng)用·電力設(shè)備:高壓開(kāi)關(guān)、氣體絕緣開(kāi)關(guān)(GIS)的絕緣與滅弧介質(zhì)?!ぐ雽?dǎo)體:晶圓蝕刻與清洗?!めt(yī)療:眼科手術(shù)中的視網(wǎng)膜填充氣體。3. 環(huán)保挑戰(zhàn)·強(qiáng)效溫室氣體(GWP=23,500),需嚴(yán)格回收與替代技術(shù)(如C?氟酮)。六、六氟化鉬(MoF?)1. 基本性質(zhì)·無(wú)色晶體或氣體,強(qiáng)氧化性,易水解。2. 核心應(yīng)用·鉬沉積:化學(xué)氣相沉積(CVD)制備鉬薄膜,用于電子元件。·核燃料加工:鈾提純過(guò)程中的氟化劑。3. 安全風(fēng)險(xiǎn)·遇水釋放有毒HF氣體,需嚴(yán)格防潮。七、六氟銻酸鈉(NaSbF?)1. 基本性質(zhì)·白色晶體,強(qiáng)路易斯酸性,穩(wěn)定性高。2. 核心應(yīng)用·催化領(lǐng)域:作為超強(qiáng)酸(如“魔酸”HSbF?)的組成部分,用于烷烴異構(gòu)化反應(yīng)?!る娀瘜W(xué):鋰電池電解液添加劑,提升電極穩(wěn)定性。3. 注意事項(xiàng)·具腐蝕性,操作需穿戴耐酸防護(hù)裝備。安全與環(huán)??偨Y(jié)毒性管理:多數(shù)六氟化合物具刺激性或毒性,需密閉操作與個(gè)人防護(hù)。溫室氣體替代:推動(dòng)SF?回收、開(kāi)發(fā)低GWP蝕刻氣體(如C?F?)。廢棄物處理:含氟廢液需中和后處理,避免污染水源。結(jié)語(yǔ)從新能源電池到芯片制造,從航空航天到醫(yī)藥合成,六氟化合物憑借其“氟特性”成為現(xiàn)代工業(yè)的“隱形支柱”。未來(lái),隨著綠色化學(xué)與低碳技術(shù)的發(fā)展,高效、低毒的六氟材料將引領(lǐng)更多創(chuàng)新突破。

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2025-04-28

科普新聞:硼-10酸的豐度與純度——核能領(lǐng)域的“雙生密碼”

在核反應(yīng)堆安全防護(hù)、癌癥治療等領(lǐng)域,一種名為“硼-10酸”的化合物正悄然扮演關(guān)鍵角色。然而,圍繞它的“豐度”與“純度”兩個(gè)指標(biāo),卻常令公眾困惑。這兩者究竟有何區(qū)別?為何科學(xué)家要像“雕琢鉆石”般嚴(yán)苛對(duì)待它們?本文將揭開(kāi)這一科學(xué)謎題。一、同位素豐度:硼-10的“稀有度”競(jìng)賽硼在自然界中并非“獨(dú)生子”,而是以兩種同位素形式共存:硼-10(1?B)和硼-11(11B),天然豐度分別為約19.1%和80.9%。兩者化學(xué)性質(zhì)幾乎相同,但核特性天差地別——硼-10對(duì)中子具有極強(qiáng)的“吞噬”能力,是核反應(yīng)堆控制棒、防輻射材料的核心成分。豐度(Isotopic Abundance)特指硼-10在總硼元素中的占比。例如,天然硼酸的硼-10豐度為19.1%,而核工業(yè)級(jí)硼-10酸需通過(guò)氣體離心法或化學(xué)交換法濃縮至96%以上。豐度每提升1%,其中子吸收效率可能呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng),堪稱“核能安全的第一道閘門(mén)”。二、化學(xué)純度:雜質(zhì)的“致命陷阱”如果說(shuō)豐度是“質(zhì)量”的比拼,化學(xué)純度(Chemical Purity)則是“潔凈度”的較量。它衡量的是硼酸(H?BO?)中非硼物質(zhì)(如金屬離子、有機(jī)物、其他酸類(lèi))的含量。例如,試劑級(jí)硼酸純度可達(dá)99.999%,而工業(yè)級(jí)可能僅為99%。在硼中子俘獲治療(BNCT)中,純度不足的硼酸若含重金屬雜質(zhì),可能毒害患者細(xì)胞;在半導(dǎo)體制造中,鈉離子超標(biāo)會(huì)直接導(dǎo)致芯片性能劣化。因此,高純度需依賴重結(jié)晶、離子交換等精細(xì)工藝實(shí)現(xiàn)。三、豐度與純度:為何缺一不可?1核電站控制棒* 高豐度:確??焖傥罩凶樱乐规?zhǔn)椒磻?yīng)失控。* 高純度:避免雜質(zhì)(如氯離子)腐蝕金屬包殼,釀成泄漏事故。2癌癥靶向治療(BNCT)* 高豐度:提升硼-10捕獲中子的概率,精準(zhǔn)殺死癌細(xì)胞。* 高純度:杜絕有毒雜質(zhì),保護(hù)健康組織。3半導(dǎo)體摻雜工藝* 特定豐度:調(diào)節(jié)硼-10/11比例可改變硅晶電導(dǎo)特性。* 超高純度:?jiǎn)晤w塵埃就能毀掉整片晶圓。四、突破瓶頸:中國(guó)技術(shù)的“雙重突圍”長(zhǎng)期以來(lái),高豐度硼-10酸被歐美壟斷,價(jià)格高達(dá)每克數(shù)百美元。近年來(lái),我國(guó)通過(guò)激光同位素分離技術(shù),將豐度提升至99%以上,同時(shí)采用超臨界流體提純,將雜質(zhì)控制在ppb(十億分之一)級(jí)。2023年,中核集團(tuán)宣布實(shí)現(xiàn)公斤級(jí)高豐度高純硼-10酸自主量產(chǎn),成本降低90%,為第四代核電站及BNCT設(shè)備國(guó)產(chǎn)化鋪平道路。結(jié)語(yǔ):微觀世界的“精準(zhǔn)戰(zhàn)爭(zhēng)”從同位素豐度到化學(xué)純度,硼-10酸的“雙標(biāo)挑戰(zhàn)”折射出人類(lèi)對(duì)物質(zhì)操控的極致追求。在原子與分子的尺度上,每0.1%的提升都可能改寫(xiě)一個(gè)產(chǎn)業(yè)的命運(yùn)。未來(lái),隨著量子計(jì)算、核聚變等領(lǐng)域的崛起,這場(chǎng)“精準(zhǔn)戰(zhàn)爭(zhēng)”只會(huì)愈演愈烈。而在這場(chǎng)戰(zhàn)爭(zhēng)中,科學(xué)家的每一克努力,都在為人類(lèi)文明點(diǎn)亮新的可能。

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2025-04-25