本申請(qǐng)實(shí)施例涉及核輻射安全防護(hù)，尤其涉及一種透明耐高溫的中子γ射線輻射屏蔽板的制作方法。

背景技術(shù)：

1、眾所周知，輻射屏蔽材料是用于衰減核反應(yīng)堆芯和大科學(xué)裝置產(chǎn)生射線的材料。例如，反應(yīng)堆產(chǎn)生的輻射中，危害最大的是穿透力大的中子和γ射線。中子和γ射線是最主要的輻射源項(xiàng)，反應(yīng)堆屏蔽防護(hù)材料不僅長期受到高通量射線的轟擊，且工作于高溫、高熱、高氣壓、高腐蝕等突出場所。防護(hù)材料需滿足核安全和輻射防護(hù)的雙重要求，即堆用中子防護(hù)屏蔽材料不僅要求中子減速、慢化以便于被吸收，且要有效衰減屏蔽產(chǎn)生于次級(jí)反應(yīng)過程中(如：非彈性散射γ、中子俘獲γ等)的γ射線等，同時(shí)耐受苛刻工作環(huán)境。不僅如此，某些特殊輻射場景，還亟需能夠提供人工裸視或特定波長可直接觀測的透明屏蔽材料。

2、傳統(tǒng)的中子防護(hù)屏蔽材料有混凝土、水、含硼聚乙烯、硼砂等?；炷潦嵌喾N元素的混合物，對(duì)中子和γ射線具有一定的屏蔽作用。水或石蠟中含有大量氫，是一種較好的中子慢化體，但以水或石蠟作為屏蔽層，對(duì)結(jié)構(gòu)的整體機(jī)械力學(xué)性能影響很大。聚乙烯含氫量高，中子慢化比高，是目前使用最廣泛的中子防護(hù)屏蔽材料。

3、傳統(tǒng)中子防護(hù)屏蔽材料的缺點(diǎn)主要包括：1)混凝土?；炷脸煞种泻邢喈?dāng)量的水，一般認(rèn)為可有效慢化吸收中子。但材料防護(hù)屏蔽性能與結(jié)構(gòu)性能(抗壓、抗折性能等)的關(guān)系是一對(duì)矛盾體，防護(hù)建筑用c30普通混凝土，抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為30mpa/mm2的概率為95％，抗折強(qiáng)度僅為2.1-3.2mpa，混凝土工程材料的可靠性不高。中子轟擊混凝土，易導(dǎo)致水合水組分分解，混凝土抗中子輻射能力不強(qiáng)，耐輻射能力差。2)水和石蠟。水遇熱即加速蒸發(fā)汽化，100度沸騰；石蠟遇熱則軟化分解，不宜作為工程材料。3)高密度聚乙烯。聚乙烯不耐高溫，軟化溫度約為110℃左右，抗輻照能力差，在很多環(huán)境下使用受到限制。4)硼砂。硼對(duì)熱中子有較高截面，對(duì)快中子慢化效果有限，硼砂中硼含量不高，作為工程材料，笨重且空間利用率低。5)以上材料均不是透明材質(zhì)，無法實(shí)現(xiàn)人工裸眼直視觀察。

4、隨著技術(shù)的發(fā)展，逐漸出現(xiàn)了透明防護(hù)材料，該透明防護(hù)材料主要是指摻雜功能金屬粒子的無機(jī)玻璃或有機(jī)高分子材料，常用做中子/γ射線的防護(hù)材料，主要包括無機(jī)防護(hù)玻璃或有機(jī)防護(hù)玻璃2類，例如：鉛玻璃已應(yīng)用于γ射線的防護(hù)領(lǐng)域，日本電氣硝子株式會(huì)社公布了一種氧化鉛含量高的輻射屏蔽玻璃，可屏蔽能量為0.511mev的γ射線；美歐等國家或者地區(qū)采用硼硅酸鹽玻璃固化高放廢液；經(jīng)常采用含氧化硼的玻璃，含硼聚乙烯等用作中子防護(hù)材料。

5、其中，無機(jī)防護(hù)玻璃是指以硅酸鹽玻璃粉末為基底，摻入氧化鉛等，高溫熔融混合物并澆注定型，冷卻制成玻璃非晶態(tài)相的輻射防護(hù)產(chǎn)品。產(chǎn)品射線衰減效果取決于功能金屬或非金屬的材料組分占比，高摻入量可以在一定程度上，提高功能粒子單位體積密度且提升屏蔽性能，但引入的各種粒子不可避免地交錯(cuò)、布嵌入原有材料玻璃相結(jié)構(gòu)，不但引起材料機(jī)械加工性能和力學(xué)性能的嚴(yán)重下降，且長時(shí)間照射則顯著降低透光度。其中的有機(jī)防護(hù)玻璃是指以酚醛樹脂，環(huán)氧樹脂等有機(jī)高分子材料為基底，利用有機(jī)聚合、縮合反應(yīng)接枝功能金屬離子而形成的輻射屏蔽材料，透光度高且質(zhì)量較輕，但有機(jī)材料不耐高溫(高于200度時(shí)軟化變形)。同時(shí)，有機(jī)材料不耐高通量輻射，易于分解，不適宜長期工作于反應(yīng)堆的惡劣工作環(huán)境，且生產(chǎn)、加工、使用成本較高。因此說，傳統(tǒng)中子防護(hù)屏蔽材料一般存儲(chǔ)諸如耐輻照能力差、不耐高溫或機(jī)械加工性能不良，非透明材料等缺陷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、第一方面，本申請(qǐng)實(shí)施例提供了一種透明耐高溫的中子γ射線輻射屏蔽板的制造方法，包括如下操作步驟：

2、s1：按照預(yù)設(shè)晶相組分要求，將s?io2、gd2o3、bi2o3、sn2o3、b2o3和l?i2o原料進(jìn)行配料；

3、s2：將各類所述原料研磨至80目，并攪拌均勻形成混合料；

4、s3：將所述混合料置于石墨坩堝中，將盛放有所述混合料的石墨坩堝放置在硅鉬棒電阻爐中執(zhí)行加熱熔融處理，在硅鉬棒電阻爐中以3-5℃/min的速率升溫至第一預(yù)設(shè)溫度并保溫2小時(shí)，將所述混合料制備形成熔融液；

5、s4：將所述熔融液迅速傾入預(yù)熱至第二預(yù)設(shè)溫度的不銹鋼模具中，隨后放入烘箱中退火2小時(shí)并控制烘箱冷卻至室溫形成得到冷卻處理后的基礎(chǔ)玻璃(即基礎(chǔ)玻璃體，簡稱基礎(chǔ)玻璃，實(shí)現(xiàn)退火處理操作以消除基礎(chǔ)玻璃內(nèi)應(yīng)力)

6、s5：將所述基礎(chǔ)玻璃粉碎至200目；

7、s6：利用高能球磨機(jī)對(duì)粉碎后的基礎(chǔ)玻璃進(jìn)行球磨，制得粉末的基礎(chǔ)玻璃的粉料；

8、s7：在所述基礎(chǔ)玻璃的粉料中加入8％的膠黏劑，進(jìn)行滾輥式造粒，制得粒徑約為0.1mm的顆粒；

9、s8：在高壓300mpa/cm2下將所述顆粒定型，壓制成預(yù)設(shè)尺寸板材形成屏蔽板。

10、優(yōu)選的，作為一種可實(shí)施方式；在實(shí)現(xiàn)形成屏蔽板之后，還包括如下制作步驟：

11、s9：對(duì)獲得的屏蔽板進(jìn)行差熱分析，通過溫度控制程序，測量物質(zhì)和參比物溫度差，獲得熱差曲線；所述熱差曲線為dta熱差分析譜圖；根據(jù)所述熱差曲線確定熔料熱處理優(yōu)化條件；所述熔料熱處理優(yōu)化條件包括最佳核化溫度及核化保溫時(shí)長，最佳晶化溫度及晶化保溫時(shí)長；

12、s10：根據(jù)熔料熱處理優(yōu)化條件進(jìn)行熱處理，以控制析晶過程，獲得由所述熔料熱處理優(yōu)化條件加熱控制輸出得到的高結(jié)晶度高透明度的微晶玻璃成品。

13、優(yōu)選的，作為一種可實(shí)施方式；所述第一預(yù)設(shè)溫度為1550℃。所述第二預(yù)設(shè)溫度為600℃。；所述膠黏劑為石蠟。所述預(yù)設(shè)尺寸為長度尺寸為5cm，寬度尺寸為5cm以及厚度尺寸為1cm。

14、優(yōu)選的，作為一種可實(shí)施方式；所述微晶玻璃材料的主要成分為ga2o3-s?io3-b2o3體系，具有優(yōu)異的熱中子/γ射線防護(hù)性能。

15、優(yōu)選的，作為一種可實(shí)施方式；所述熱處理過程包括對(duì)基礎(chǔ)玻璃按照所述熔料熱處理優(yōu)化條件記載的最佳核化溫度及核化保溫時(shí)長，最佳晶化溫度及晶化保溫時(shí)長精確加熱控制以確保其晶體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化得到所述高結(jié)晶度高透明度的微晶玻璃成品。

16、本申請(qǐng)實(shí)施例提供的方法具有以下有益效果：

17、通過上述方式方法獲得的透明耐高溫的中子γ射線輻射屏蔽板，具有耐輻照能力強(qiáng)、耐高溫，兼具透明材料特性的功能，因此說本發(fā)明提供一種透明耐高溫的中子γ射線輻射屏蔽板，適用于反應(yīng)堆等高水平放射性場所工作，不但擁有良好的中子和次級(jí)γ射線屏蔽能力，且具有優(yōu)異機(jī)械力學(xué)性能的防護(hù)材料制造方法。

技術(shù)特征：

1.一種透明耐高溫的中子γ射線輻射屏蔽板的制作方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于，在實(shí)現(xiàn)形成屏蔽板之后，還包括如下制作步驟：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制造方法，其特征在于，所述第一預(yù)設(shè)溫度為1550℃。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制造方法，其特征在于，所述第二預(yù)設(shè)溫度為600℃。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制造方法，其特征在于，所述膠黏劑為石蠟。

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制造方法，其特征在于，所述預(yù)設(shè)尺寸為長度尺寸為5cm，寬度尺寸為5cm以及厚度尺寸為1cm。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述微晶玻璃材料的主要成分為gd2o3-sio3-b2o3體系，具有優(yōu)異的熱中子/γ射線防護(hù)性能。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述熱處理過程包括對(duì)基礎(chǔ)玻璃按照所述熔料熱處理優(yōu)化條件記載的最佳核化溫度及核化保溫時(shí)長，最佳晶化溫度及晶化保溫時(shí)長精確加熱控制以確保其晶體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化得到所述高結(jié)晶度高透明度的微晶玻璃成品。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述dta熱差分析譜圖是橫坐標(biāo)為溫度，縱坐標(biāo)為熱差值；所述熱差值表示樣品與參比物之間的溫差。

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N透明耐高溫的中子γ射線輻射屏蔽板的制作方法。其中，制作方法包括：按照預(yù)設(shè)晶相組分要求，將S?iO<subgt;2</subgt;、Gd<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;、Bi2O<subgt;3</subgt;、Sn<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;、B<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;和L?i<subgt;2</subgt;O原料進(jìn)行配料，其中，B<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;以H<subgt;2</subgt;BO<subgt;3</subgt;的形式引入，L?i<subgt;2</subgt;O以L?i<subgt;2</subgt;CO<subgt;3</subgt;的形式引入；將各類所述原料研磨至80目，并攪拌均勻形成混合料；將所述混合料置于石墨坩堝中，將盛放有所述混合料的石墨坩堝放置在硅鉬棒電阻爐中執(zhí)行加熱熔融處理，將混合料制備形成熔融液；將所述熔融液迅速傾入預(yù)熱至第二預(yù)設(shè)溫度的不銹鋼模具中，隨后放入烘箱中退火2小時(shí)并控制烘箱冷卻至室溫形成得到冷卻處理后的基礎(chǔ)玻璃；將所述基礎(chǔ)玻璃粉碎至200目，球磨，制得粉末的基礎(chǔ)玻璃的粉料；加入8％的膠黏劑，進(jìn)行滾輥式造粒；最后實(shí)現(xiàn)顆粒定型，壓制成屏蔽板。上述屏蔽板適用于反應(yīng)堆等高水平放射性場所工作，不但擁有良好的中子和次級(jí)γ射線屏蔽能力，且具有優(yōu)異機(jī)械力學(xué)性能的防護(hù)材料制造方法。

技術(shù)研發(fā)人員：曹磊,王璨,梁巧英,熊佩
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京瑞可力科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9