Ef þér væri sagt að steinefni sem hægt er að slípa í töfrandi gimstein þjónar einnig sem ósungin hetja sem heldur kjarnorkuverum í gangi á öruggan hátt, myndir þú eiga erfitt með að trúa því? Sirkon, frumefni nr. 40 á lotukerfinu, er einmitt slíkur „tvískiptur-hlutverkaleikmaður“ sem þverar um heim skartgripaborða og kjarnakljúfa.
Frá "Hyacinth Stone" til Chemical Element
Sagan um sirkon byrjar á fallegum steini. Náttúrulega silíkatsteinefnið sem inniheldur sirkon kallast sirkon, sem hefur verið metið sem hálf-dýrmætur gimsteinn frá fornu fari. Það sýnir ríkulega litavalmynd, allt frá appelsínugulum-rauðum og gullnum-gulum til litlausum og brúnleitum-grænum, og hefur einkum verið unnið á eyjunni Sri Lanka í hinu forna Indlandshafi. Sagt er að orðið „sirkon“ sé dregið af persnesku „Zargun,“ sem þýðir „gyllt“ - tilvísun í töfrandi ljóma tiltekinna sirkongimsteina. Litlaust sirkon, þegar það er skorið, getur ljómað af gljáa sem minnir á demanta, og í langan tíma var það jafnvel rangt fyrir tegund af "mjúkum demant".
Það var ekki fyrr en 1789 sem sirkon var hækkað úr gimsteini í frumefni, þökk sé tilraun þýska efnafræðingsins Martin Heinrich Klaproth. Með því að sameina sirkon við natríumhýdroxíð og meðhöndla það með saltsýru, uppgötvaði hann að lokum áður óþekkt oxíð, sem hann nefndi "sirconia." Síðar, árið 1824, framleiddi sænski efnafræðingurinn Jöns Jacob Berzelius fyrst málmsirkon, en það var ekki fyrr en árið 1925 sem hreint, sveigjanlegt málmsirkon fékkst sannarlega.
Silfur-grái „all-rounder“
Hreint málmsirkon er gljáandi silfur-grátt fast efni sem líkist stáli í útliti. Bræðslumark þess er allt að 1.855 gráður og suðumark nær 4.409 gráður - sem þýðir að við hitastig þar sem flestir málmar hafa löngu bráðnað, er sirkon ósveigjanlegt.
Sirkon státar af þremur ótrúlegum hæfileikum:
Í fyrsta lagi, "ósæranleg" tæringarþol þess. Sirkon er einstaklega ónæmt fyrir flestum sýrum, basum og sjó, þar sem venjulegar sýru- og basavatnslausnir geta varla tært það. Þessi eiginleiki gerir það að kjörnu efni fyrir efnabúnað - kjarnaofna, sýru-þolnar dælur, varmaskiptarör, lokar - hvar sem tæringarþols er þörf, sirkon finnst oft.
Í öðru lagi, „gegnsog“ gas-gleypni. Þegar það er hitað getur sirkon tekið í sig mikið magn af súrefni, vetni, köfnunarefni og öðrum lofttegundum. Aðeins 100 grömm af sirkon úr málmi geta tekið í sig 817 lítra af vetni við 200 gráður. Þessi eiginleiki er snjall notaður í rafmagns tómarúmsiðnaðinum - sirkon er húðað á rafskaut rafeindaröra til að gleypa leifar af lofttegundum og mynda há- lofttæmisrör.
Í þriðja lagi, "Midas snerting" þess í málmblöndu. Sirkon er lofað sem "vítamín" málmvinnsluiðnaðarins - ef aðeins örlítið er bætt við það getur það bætt efniseiginleika verulega. Að bæta einum-þúsundasta af sirkoni við stál eykur styrk þess og hörku til muna, sem gerir brynjastál sem inniheldur sirkon- að mikilvægt efni til að framleiða skriðdreka og skotheldar plötur. Með því að bæta smá sirkon í kopar getur það hækkað bræðslumark hans án þess að skerða rafleiðni, sem gerir það mjög hentugur fyrir háspennulínur.
„Númer eitt málmur“ kjarnorkualdarinnar
Ef ofangreint er aðeins "hliðarlína" sirkon, þá er "aðalstarf" þess umbreytandi fyrir landslag mannlegrar orku.
Það sem gerir sirkon málmblöndur að kjarna byggingarefnis kjarnakljúfa er að því er virðist þversagnakenndur en samt mikilvægur eiginleiki - þverskurður- frásogs af varma nifteinda. Í einföldu máli eru nifteindin sem myndast við kjarnaklofnun „neistarnir“ sem halda uppi keðjuverkuninni, en samt gleypa flestir málmar nifteindir eins og svampur sem dregur í sig vatn og trufla þar með efnahvarfið. Sirkon er hins vegar undantekning - það gleypir mjög fáar nifteindir, en þolir samtímis tæringu frá háum-hita, háum-þrýstingi vatns við 300–400 gráður og viðheldur góðri samhæfni við kjarnorkueldsneyti.
Það er einmitt þessi samsetning af kostum sem gerir það að verkum að hægt er að búa til sirkon málmblöndur í langar, þunna -veggða rör, sem umvefja úraníumdíoxíð eldsneytisköggla og þjóna sem fyrsta öryggishindrun kjarnaofns. Áætlað er að allt að 90% af heimsframleiddu sirkoni sé notað í kjarnorkugeiranum. Frá kjarnorkukafbátum til „Hualong One“ kjarnaofnsins, eru sirkon álfelgur klæðningarrör ómissandi „kjarnorkueldsneytisbrynju“.
