一种高效屏蔽中子伽玛辐射的复合颗粒材料及辐射板的制作方法

本发明涉及屏蔽辐射板技术领域，特别是涉及一种高效屏蔽中子伽玛辐射的复合颗粒材料及辐射板。

背景技术：

国际国内核科学与技术事业的发展给人类带来了巨大的利益，但随之也对人类及其赖以生存的环境带来直接或间接的中子伽玛辐射危害，辐射防护在如何减少甚至消除这样的危害进而促进核科学与技术事业的发展起着至关重要的作用，屏蔽防护作为最彻底的防护措施无疑担当着重要的角色，而中子伽玛辐射屏蔽板则是实施辐射屏蔽的最重要物资保障，因此，研制、开发出高性能的核辐射屏蔽板对辐射防护的成功实施意义重大。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是如何制作高性能的中子伽玛辐射屏蔽板，克服现有技术的缺点，提供一种高效屏蔽中子伽玛辐射的复合颗粒材料及辐射板。

为了解决以上技术问题，本发明提供一种高效屏蔽中子伽玛辐射的复合颗粒材料，其特征在于：其化学成分及质量百分比含量为：碳化硼：1.2-2.1％，铅砂：10-12％，氧化硼：2.2-3.1％，ni：2.1-2.5％，偶联剂：1.7-2.3％，pb：0.6-1.2％，氢氧化镁：1.1-1.4％，碳纤维：1.0-1.2％，顺丁烯二酸酐：2.1-2.3％，胺类固化剂：1.1-1.7％，铝粉：1.6-1.8％，余量为高密度聚乙烯。

本发明进一步限定的技术方案是：

进一步的，其化学成分及质量百分比含量为：碳化硼：1.2％，铅砂：10％，氧化硼：2.2％，ni：2.1％，偶联剂：1.7％，pb：0.6％，氢氧化镁：1.1％，碳纤维：1.0％，顺丁烯二酸酐：2.1％，胺类固化剂：1.1％，铝粉：1.6％，余量为高密度聚乙烯。

前所述的一种高效屏蔽中子伽玛辐射的复合颗粒材料，其化学成分及质量百分比含量为：碳化硼：1.6％，铅砂：11％，氧化硼：2.7％，ni：2.3％，偶联剂：2.0％，pb：0.9％，氢氧化镁：1.25％，碳纤维：1.1％，顺丁烯二酸酐：2.2％，胺类固化剂：1.4％，铝粉：1.7％，余量为高密度聚乙烯。

前所述的一种高效屏蔽中子伽玛辐射的复合颗粒材料，其化学成分及质量百分比含量为：碳化硼：2.1％，铅砂：12％，氧化硼：3.1％，ni：2.5％，偶联剂：2.3％，pb：1.2％，氢氧化镁：1.4％，碳纤维：1.2％，顺丁烯二酸酐：2.3％，胺类固化剂：1.7％，铝粉：1.8％，余量为高密度聚乙烯。

一种高效屏蔽中子伽玛辐射的复合颗粒材料的制备方法，包括以下步骤：

a、采用基于遗传算法和蒙特卡罗软件相结合的方法，建立屏蔽材料计算物理模型，选择剂量当量率作为优化设计目标，并选取一定的密度范围，使用遗传算法程序进行组分配比的自动计算，对屏蔽材料各组分含量进行优化计算，得到最终成分配比，并通过蒙特卡罗软件对计算结果进行有效验证；

b、按步骤a中计算的配比称取高密度聚乙烯，熔化，然后加入顺丁烯二酸酐和偶联剂搅拌均匀；

c、按配比称取碳化硼、铅砂、氧化硼、ni、pb、氢氧化镁、碳纤维和铝粉加入到高混机中预混合，然后加入胺类固化剂混合均匀；

d、通过对混合物实施超声波处理，从而利用胺类固化剂对粉末表面进行包覆，同时使得粉末粒子分散在胺类固化剂中，将包含经超声波处理并分散的粉末粒子的胺类固化剂与步骤b中的溶液混合，然后使其分散，在130°恒温下固化，持续3小时；

e、然后利用双螺杆挤出机对步骤d中的物质熔融共混、挤出、造粒、干燥；

一种高效屏蔽中子伽玛辐射板，包括复合吸收层，所述复合吸收层的两侧分别设有第一铅板和第二铅板，所述第一铅板和第二铅板与复合吸收层之间均设有卡合部；

所述复合吸收层包括若干双层复合管，所述双层复合管的长度方向与复合吸收层的长度方向平行，所述双层复合管外层填充有铜颗粒，所述双层复合管内层均填充有所述高效屏蔽中子伽玛辐射的复合颗粒材料。

进一步的，所述双层复合管外侧壁开设有若干散热孔。

进一步的，所述双层复合管横截面为圆形，且相邻的所述双层复合管之间形成散热通道，所述复合吸收层两端设有与散热通道连通的散热口。

进一步的，所述卡合部包括多条凹陷于复合吸收层表面的凹槽，且所述凹槽底部横向尺寸大于凹槽开口部横向尺寸，所述第一铅板和第二铅板上均设有与凹槽配合的凸肋。

进一步的，所述双层复合管由铅制成。

本发明的有益效果是：

(1)本发明中设置的散热孔，可以有效将外层铜颗粒传到的热量散出；

(2)本发明中的双层复合管之间行程的散热通道可以收集散热孔内散出的热量，然后通过辐射板的两端的散热口排出，另外，双层复合管由铅制成，可以屏蔽一定量的辐射；

(3)本发明中利用卡合部将第一铅板、第二铅板和复合吸收板结合起来，避免使用胶黏剂，且结合的比较稳定；

(4)本发明中添加的偶联剂可以使混合物混合的比较充分，提高混合物的相容性，pb为高密度金属粉末，可以有效的阻挡伽玛辐射，氢氧化镁为阻燃剂，碳纤维可以提高颗粒的韧性，且本发明通过根据本发明实施方案使用直接超声波分散法，可以将纳米级粉末粒子均匀并有效地分散在环氧树脂基体中，并可以促进高密度聚乙烯与粉末粒子之间的强结合，从而使得可以在不使用任何其他化学处理且不含杂质的情况下使用粉末获得对射线如中子和伽玛射线的优异射线屏蔽，另外，可以提高屏蔽材料的化学和物理特性；

(5)第一铅板和第二铅板用于屏蔽部分中子伽玛辐射，而复合吸收层用于吸收部分辐射，高效屏蔽中子伽玛辐射的复合颗粒材料填充在双层复合管内层，起到吸收部分辐射的作用，而高效屏蔽中子伽玛辐射的复合颗粒材料在吸收辐射时，会产生热量，因此在双层复合管的外层设有铜颗粒，铜颗粒具有高效热传导的作用，可以将内层的中子热传递至双层复合管外，以降低内层温度，保证高效屏蔽中子伽玛辐射的复合颗粒材料的稳定性，因此，本发明通过第一铅板和第二铅板对辐射进行阻挡，结合复合吸收层对辐射进行吸收，可以较高效的屏蔽辐射，另外，本发明的复合吸收层在高效吸收辐射的情况下可以比较稳定。

附图说明

图1为本实施例用于体现散热通道的结构示意图；

图2为本实施例用于体现散热口的结构示意图；

图3为本实施例用于体现双层复合管的结构示意图。

其中：1、第一铅板；2、复合吸收层；3、第二铅板；4、双层复合管；41、外层；42、内层；43、散热通道；44、散热口；5、散热孔；6、凹槽；61、凸肋。

具体实施方式

实施例1：本实施例提供的一种高效屏蔽中子伽玛辐射板，结构如图1-3所示，包括复合吸收层2，其用于吸收部分辐射，复合吸收层2的两侧分别设有第一铅板1和第二铅板3，均用于屏蔽辐射，第一铅板1和第二铅板3与复合吸收层2之间均设有卡合部，即第一铅板1、第二铅板3和复合吸收层2之间通过卡合部连接。

卡合部包括多条凹陷于复合吸收层2表面的凹槽6，且凹槽6底部横向尺寸大于凹槽6开口部横向尺寸，第一铅板1和第二铅板3上均设有与凹槽6配合的凸肋61，当需要将第一铅板1、第二铅板3和复合吸收层2结合到一起时，将凸肋61嵌设到对应的凹槽6内，由于凹槽6底部横向尺寸大于凹槽6开口部横向尺寸，且凸肋61与凹槽6相配合，则凸肋61会被凹槽6限位，因此将第一铅板1、第二铅板3和复合吸收层2稳定的连接到一起。

复合吸收层2包括若干双层复合管4，双层复合管4由铅制成，可以起到一定的屏蔽辐射作用，双层复合管4的长度方向与复合吸收层2的长度方向平行。

双层复合管4外层41填充有铜颗粒，铜颗粒的热传导效果较强，双层复合管4内层42均填充有高效屏蔽中子伽玛辐射的复合颗粒材料，双层复合管4外侧壁开设有若干散热孔5。

双层复合管4横截面为圆形，且相邻的双层复合管4之间形成散热通道43，复合吸收层2两端设有与散热通道43连通的散热口44。

热量传递过程：

高效屏蔽中子伽玛辐射的复合颗粒材料吸收和减速辐射时，会在双层复合管4的内层42产生热量，经由外层41的高效热传导铜颗粒，将内层42的热量经由散热孔5传出至双层复合管4外，热量进入散热通道43内，然后经由散热口44排出，可以使双层复合管4内层42的温度不会过高，使高效屏蔽中子伽玛辐射的复合颗粒材料处于稳定状态。

高效屏蔽中子伽玛辐射的复合颗粒材料的化学成分及质量百分比含量为：碳化硼：1.2，铅砂：10％，氧化硼：2.2％，ni：2.1％，偶联剂：1.7％，pb：0.6％，氢氧化镁：1.1％，碳纤维：1.0％，顺丁烯二酸酐：2.1％，胺类固化剂：1.1％，铝粉：1.6％，余量为高密度聚乙烯。

高效屏蔽中子伽玛辐射的复合颗粒材料的制备方法如下：

a、采用基于遗传算法和蒙特卡罗软件相结合的方法，建立屏蔽材料计算物理模型，选择剂量当量率作为优化设计目标，并选取一定的密度范围，使用遗传算法程序进行组分配比的自动计算，对屏蔽材料各组分含量进行优化计算，得到最终成分配比，并通过蒙特卡罗软件对计算结果进行有效验证；

b、按步骤a中计算的配比称取高密度聚乙烯，熔化，然后加入顺丁烯二酸酐和偶联剂搅拌均匀；

c、按配比称取碳化硼、铅砂、氧化硼、ni、pb、氢氧化镁、碳纤维和铝粉加入到高混机中预混合，然后加入胺类固化剂混合均匀；

d、通过对混合物实施超声波处理，从而利用胺类固化剂对粉末表面进行包覆，同时使得粉末粒子分散在胺类固化剂中，将包含经超声波处理并分散的粉末粒子的胺类固化剂与步骤b中的溶液混合，然后使其分散，在130°恒温下固化，持续3小时；

e、然后利用双螺杆挤出机对步骤d中的物质熔融共混、挤出、造粒、干燥。

实施例2：本实施例提供的一种高效屏蔽中子伽玛辐射的复合颗粒材料及辐射板，结构如图1-3所示，包括复合吸收层2，其用于吸收部分辐射，复合吸收层2的两侧分别设有第一铅板1和第二铅板3，均用于屏蔽辐射，第一铅板1和第二铅板3与复合吸收层2之间均设有卡合部，即第一铅板1、第二铅板3和复合吸收层2之间通过卡合部连接。

卡合部包括多条凹陷于复合吸收层2表面的凹槽6，且凹槽6底部横向尺寸大于凹槽6开口部横向尺寸，第一铅板1和第二铅板3上均设有与凹槽6配合的凸肋61，当需要将第一铅板1、第二铅板3和复合吸收层2结合到一起时，将凸肋61嵌设到对应的凹槽6内，由于凹槽6底部横向尺寸大于凹槽6开口部横向尺寸，且凸肋61与凹槽6相配合，则凸肋61会被凹槽6限位，因此将第一铅板1、第二铅板3和复合吸收层2稳定的连接到一起。

复合吸收层2包括若干双层复合管4，双层复合管4由铅制成，可以起到一定的屏蔽辐射作用，双层复合管4的长度方向与复合吸收层2的长度方向平行。

双层复合管4外层41填充有铜颗粒，铜颗粒的热传导效果较强，双层复合管4内层42均填充有吸收辐射的高效屏蔽中子伽玛辐射的复合颗粒材料，双层复合管4外侧壁开设有若干散热孔5。

双层复合管4横截面为圆形，且相邻的双层复合管4之间形成散热通道43，复合吸收层2两端设有与散热通道43连通的散热口44。

热量传递过程：

高效屏蔽中子伽玛辐射的复合颗粒材料吸收和减速辐射时，会在双层复合管4的内层42产生热量，经由外层41的高效热传导铜颗粒，将内层42的热量经由散热孔5传出至双层复合管4外，热量进入散热通道43内，然后经由散热口44排出，可以使双层复合管4内层42的温度不会过高，使高效屏蔽中子伽玛辐射的复合颗粒材料处于稳定状态。

高效屏蔽中子伽玛辐射的复合颗粒材料化学成分及质量百分比含量包括：碳化硼：1.6％，铅砂：11％，氧化硼：2.7％，ni：2.3％，偶联剂：2.0％，pb：0.9％，氢氧化镁：1.25％，碳纤维：1.1％，顺丁烯二酸酐：2.2％，胺类固化剂：1.4％，铝粉：1.7％，余量为高密度聚乙烯。

高效屏蔽中子伽玛辐射的复合颗粒材料的制备方法如下：

a、采用基于遗传算法和蒙特卡罗软件相结合的方法，建立屏蔽材料计算物理模型，选择剂量当量率作为优化设计目标，并选取一定的密度范围，使用遗传算法程序进行组分配比的自动计算，对屏蔽材料各组分含量进行优化计算，得到最终成分配比，并通过蒙特卡罗软件对计算结果进行有效验证；

b、按步骤a中计算的配比称取高密度聚乙烯，熔化，然后加入顺丁烯二酸酐和偶联剂搅拌均匀；

c、按配比称取碳化硼、铅砂、氧化硼、ni、pb、氢氧化镁、碳纤维和铝粉加入到高混机中预混合，然后加入胺类固化剂混合均匀；

d、通过对混合物实施超声波处理，从而利用胺类固化剂对粉末表面进行包覆，同时使得粉末粒子分散在胺类固化剂中，将包含经超声波处理并分散的粉末粒子的胺类固化剂与步骤b中的溶液混合，然后使其分散，在130°恒温下固化，持续3小时；

e、然后利用双螺杆挤出机对步骤d中的物质熔融共混、挤出、造粒、干燥。

实施例3：本实施例提供的一种高效屏蔽中子伽玛辐射板，结构如图1-3所示，包括复合吸收层2，其用于吸收部分辐射，复合吸收层2的两侧分别设有第一铅板1和第二铅板3，均用于屏蔽辐射，第一铅板1和第二铅板3与复合吸收层2之间均设有卡合部，即第一铅板1、第二铅板3和复合吸收层2之间通过卡合部连接。

卡合部包括多条凹陷于复合吸收层2表面的凹槽6，且凹槽6底部横向尺寸大于凹槽6开口部横向尺寸，第一铅板1和第二铅板3上均设有与凹槽6配合的凸肋61，当需要将第一铅板1、第二铅板3和复合吸收层2结合到一起时，将凸肋61嵌设到对应的凹槽6内，由于凹槽6底部横向尺寸大于凹槽6开口部横向尺寸，且凸肋61与凹槽6相配合，则凸肋61会被凹槽6限位，因此将第一铅板1、第二铅板3和复合吸收层2稳定的连接到一起。

复合吸收层2包括若干双层复合管4，双层复合管4由铅制成，可以起到一定的屏蔽辐射作用，双层复合管4的长度方向与复合吸收层2的长度方向平行。

双层复合管4外层41填充有铜颗粒，铜颗粒的热传导效果较强，双层复合管4内层42均填充有吸收辐射的高效屏蔽中子伽玛辐射的复合颗粒材料，双层复合管4外侧壁开设有若干散热孔5。

双层复合管4横截面为圆形，且相邻的双层复合管4之间形成散热通道43，复合吸收层2两端设有与散热通道43连通的散热口44。

热量传递过程：

高效屏蔽中子伽玛辐射的复合颗粒材料吸收和减速辐射时，会在双层复合管4的内层42产生热量，经由外层41的高效热传导铜颗粒，将内层42的热量经由散热孔5传出至双层复合管4外，热量进入散热通道43内，然后经由散热口44排出，可以使双层复合管4内层42的温度不会过高，使高效屏蔽中子伽玛辐射的复合颗粒材料处于稳定状态。

高效屏蔽中子伽玛辐射的复合颗粒材料化学成分及质量百分比含量包括：碳化硼：2.1％，铅砂：12％，氧化硼：3.1％，ni：2.5％，偶联剂：2.3％，pb：1.2％，氢氧化镁：1.4％，碳纤维：1.2％，顺丁烯二酸酐：2.3％，胺类固化剂：1.7％，铝粉：1.8％，余量为高密度聚乙烯。

高效屏蔽中子伽玛辐射的复合颗粒材料的制备方法如下：

a、采用基于遗传算法和蒙特卡罗软件相结合的方法，建立屏蔽材料计算物理模型，选择剂量当量率作为优化设计目标，并选取一定的密度范围，使用遗传算法程序进行组分配比的自动计算，对屏蔽材料各组分含量进行优化计算，得到最终成分配比，并通过蒙特卡罗软件对计算结果进行有效验证；

b、按步骤a中计算的配比称取高密度聚乙烯，熔化，然后加入顺丁烯二酸酐和偶联剂搅拌均匀；

c、按配比称取碳化硼、铅砂、氧化硼、ni、pb、氢氧化镁、碳纤维和铝粉加入到高混机中预混合，然后加入胺类固化剂混合均匀；

d、通过对混合物实施超声波处理，从而利用胺类固化剂对粉末表面进行包覆，同时使得粉末粒子分散在胺类固化剂中，将包含经超声波处理并分散的粉末粒子的胺类固化剂与步骤b中的溶液混合，然后使其分散，在130°恒温下固化，持续3小时；

e、然后利用双螺杆挤出机对步骤d中的物质熔融共混、挤出、造粒、干燥。

试验结果如下：

对比例：对比例为山东鑫淼环保设备安装工程有限公司生产的防辐射颗粒；

将实施例1-实施例3与对比例进行使用对比试验，各项性能按照国家标准进行测定，试验条件与其他实验材料均相同，测试结果如表1所示：

表1

观察表1中的中子源透射率，在质量厚度相同的情况下，实施例1-3中的吸收辐射颗粒比对比例的中子源透射率较低，即本发明的高效屏蔽中子伽玛辐射的复合颗粒材料对辐射的吸收以及阻挡程度有所提高，由衰减系数可知，在相同的条件下，本发明的高效屏蔽中子伽玛辐射的复合颗粒材料对辐射的衰减系数较对比例明显提高，能够对辐射较充分的吸收，较大程度的降低了辐射的透射率，由屏蔽伽玛系数和屏蔽中子系数对比可明显得知，本发明的高效屏蔽中子伽玛辐射的复合颗粒材料在屏蔽辐射效果方面显著提高。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。