一種核輻射屏蔽材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種核輻射屏蔽材料的制備方法，在選定好材料樣品基礎(chǔ)上，根據(jù)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法所計(jì)算出的各組分含量，通過多次復(fù)合材料的制備，針對(duì)研究的屏蔽復(fù)合材料的特點(diǎn)，確定了具體的制備流程，按照時(shí)間的先后順序可分為四個(gè)階段：材料準(zhǔn)備、固化前處理、材料固化、脫模。能夠滿足屏蔽不同能量、不同通量中子-γ混合場(chǎng)的屏蔽材料屏蔽效果最好、力熱性能優(yōu)異、抗輻照性能好的要求。本工藝方法在常溫下實(shí)現(xiàn)材料的固化成型，易于大規(guī)模生產(chǎn)，屏蔽效果最優(yōu)，運(yùn)輸工程實(shí)施方便，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。
【專利說明】一種核輻射屏蔽材料的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于核輻射屏蔽材料【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種核輻射屏蔽材料的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]國際國內(nèi)核科學(xué)與技術(shù)事業(yè)的發(fā)展給人類帶來了巨大的利益，但隨之也對(duì)人類及其賴以生存的環(huán)境帶來直接或間接的輻射危害。輻射防護(hù)在如何減少甚至消除這樣的危害進(jìn)而促進(jìn)核科學(xué)與技術(shù)事業(yè)的發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。屏蔽防護(hù)作為最徹底的防護(hù)措施無疑擔(dān)當(dāng)著重要的角色，而核輻射屏蔽材料則是實(shí)施輻射屏蔽的最重要物資保障，因此，研制、開發(fā)出高性能的核福射屏蔽材料對(duì)福射防護(hù)的成功實(shí)施意義重大。
[0003]高性能核輻射屏蔽材料可廣泛應(yīng)用于核科學(xué)技術(shù)事業(yè)的諸多方面。作為特種結(jié)構(gòu)材料，對(duì)核電站、水下與水面核動(dòng)力裝置、高能粒子加速器、航天器、核醫(yī)學(xué)診斷與治療設(shè)備、特種輻射測(cè)量裝置的減重、緊湊化和延壽等將發(fā)揮著重要作用。
[0004]國內(nèi)外學(xué)者對(duì)核輻射屏蔽材料進(jìn)行了大量研究，一些主要研究成果如表1所示。表1中的各屏蔽材料都有共同的局限性，其材料配比通過枚舉方法得到，這導(dǎo)致每種材料效用沒有發(fā)揮到極致，同時(shí)加工周期長，需要進(jìn)行大量試驗(yàn)考核和相應(yīng)試驗(yàn)考核材料樣品，這會(huì)大量耗費(fèi)人力和原材料資源，包括一些稀土資源。故而，會(huì)造成嚴(yán)重的人力與原材料資源的浪費(fèi)。
[0005]表1多種設(shè)計(jì)材料樣本與參考材料主要性能比較
[0006]

【權(quán)利要求】
1.一種核輻射屏蔽材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)按以下質(zhì)量配比選取基體材料、固化劑及增強(qiáng)相粒子: 環(huán)氧樹脂:1%-80% ； 聚酰胺樹脂:1%_60% ； 環(huán)氧丙烷丁基醚:1%_10% ； 碳化砸:1%_10% ； 三氧化二釓:1%-15% ； 納米二氧化鈦:1%-5% ； 碳化鎢:1%_30% ； 鉛粉:1%_30% ； 2)在選定基體材料、固化劑、增強(qiáng)相材料基礎(chǔ)上，根據(jù)中子、Y射線與物質(zhì)相互作用基本原理，采用遺傳算法結(jié)合MCNP軟件建立不同中子- Y混合場(chǎng)下的屏蔽材料組分優(yōu)化模型，對(duì)屏蔽材料各組分含量進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，根據(jù)計(jì)算的組分結(jié)果進(jìn)行材料樣品制造: 根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算的組分含量稱量各個(gè)組分，將環(huán)氧樹脂與聚酰胺樹脂混合攪拌均勻；加入納米二氧化鈦和環(huán)氧丙烷丁基醚 ，充分?jǐn)嚢杈鶆颍徊⒓尤胩蓟?、三氧化二釓、碳化鎢、鐵粉、鉛粉增強(qiáng)相粒子，做成聚酰胺復(fù)合材料； 3)固化前處理:將各組分原料充分混勻，并抽氣至真空度不再變化； 4)材料固化:將固化前處理后的原料放入成型容器中，在常溫條件下進(jìn)行固化，固化20小時(shí)； 5)脫模:固化完畢后，脫模處理，得到輻射屏蔽材料。
2.如權(quán)利要求1所述的核輻射屏蔽材料的制備方法，其特征在于，所述的聚酰胺復(fù)合屏蔽材料元素配比為:
H:2.2 ~2.4%, B:0.6 ~0.9%,C:17.5 ~18.0%, O:5.2 ~5.4%, Ti:0.04 ~0.1%, Gd:1.5 ~1.8%, W:5.0 ~5.5%, Pb:67 ~68%。
3.如權(quán)利要求1所述的核輻射屏蔽材料的制備方法，其特征在于，所述的聚酰胺復(fù)合屏蔽材料元素配比為:
H:2.4 ~2.5%, B:0.3 ~0.5%, C:18.0 ~19.0%,0:5.2 ~5.4%, Ti:0.04 ~0.1%, Gd:1.5 ~1.8%, W: 12.0 ~13.0%, Pb:57 ~58%。
4.一種核輻射屏蔽材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)按以下質(zhì)量配比選取基體材料、固化劑及增強(qiáng)相粒子: 環(huán)氧樹脂:1%_80% ； 聚酰胺樹脂:1%_60% ； 環(huán)氧丙烷丁基醚:1%_10% ； 碳化砸:1%_10% ； 三氧化二釓:1%-15% ； 納米二氧化鈦:1%-5% ； 碳化鎢:1%_30% ； 鉛粉:1%_30% ； 2)在選定基體材料、固化劑、增強(qiáng)相材料基礎(chǔ)上，根據(jù)中子、Y射線與物質(zhì)相互作用基本原理，采用遺傳算法結(jié)合MCNP軟件建立不同中子- Y混合場(chǎng)下的屏蔽材料組分優(yōu)化模型，對(duì)屏蔽材料各組分含量進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，根據(jù)計(jì)算的組分結(jié)果進(jìn)行材料樣品制造: 根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算的組分含量稱量各個(gè)組分，將環(huán)氧樹脂與聚酰胺樹脂混合攪拌均勻；加入納米二氧化鈦和環(huán)氧丙烷丁基醚，充分?jǐn)嚢杈鶆?；并加入碳化硼、三氧化二釓增?qiáng)相粒子，做成聚合物夾心材料；將如上所述的增強(qiáng)相粒子加入混合溶液中，攪拌均勻； 3)固化前處理:將各組分原料充分混勻，并抽氣至真空度不再變化； 4)材料固化:將固化前處理后的原料放入成型容器中，在常溫條件下進(jìn)行固化，固化20小時(shí)； 5)脫模:固化完畢后，脫模處理，得到輻射屏蔽材料。
5.如權(quán)利要求4所述的核輻射屏蔽材料的制備方法，其特征在于，所述的聚合物夾心材料夾在鐵層和鉛層中間，按厚度配比起到屏蔽效果。
6.如權(quán)利要求5所述的核輻射屏蔽材料的制備方法，其特征在于，包括以下三種比例的屏蔽體: cake I是:鐵-聚合物夾心材料(Interlayer)-鉛2.5:6:1.5的厚度組合； cake2是:鐵-聚合物夾心材料-鉛1.5:7:1.5的厚度組合； cake3是:鐵-聚合物夾心材料-鉛2:7:1的厚度組合。
7.如權(quán)利要求4所述的核輻射屏蔽材料的制備方法，其特征在于，所述的組成聚合物夾心材料的各元素質(zhì)量百分比為:
H:6 ~10%，10B:0. 1 ~0.5%, 11B:0.1 ~0.8%, C:50 ~75%，O:5 ~25%，T1:0.1 ~3%，Gd:1 ~10%，N:1 ~15%。
【文檔編號(hào)】C08L77/00GK104130546SQ201410136187
【公開日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2014年4月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月4日
【發(fā)明者】胡華四, 胡光, 劉斌, 賈清剛, 吳岳雷, 鄭向陽 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)