防中子辐射材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及防中子辐射领域，尤其涉及一种防中子辐射材料及其制备方法和应 用。
【背景技术】
[0002] 核电对突破我国能源匮乏发展瓶颈具有重大战略意义；但是2011年福岛核电站 事故，使我国必须再次全面审视核安全问题；而核能安全利用高度依赖于性能可靠的防辐 射材料；因此防辐射材料性能的基础技术是改善我国能源供应结构、保障能源安全和经济 安全的根本问题！防辐射所要屏蔽的是α、β、γ、Χ射线及中子流，中子具有电中性，穿 透力极强，放射性危害威胁最大。
[0003] 目前，屏蔽中子辐射材料主要包括两类：⑴合成材料，含碳硼聚乙烯、含硼环氧 树脂、碳化硼、氢化锆等，这些材料成本高、不易成型；(2)天然材料，重晶石、褐铁矿、毒重 石等大比重矿物，采用这种材料要引入钢锻造成防护体自重过大，导致易离析、易开裂、耐 久性差等诸多问题，采用石灰石、硬硼钙石、浮石等作为矿物掺合料，但是防中子辐射效果 差。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种具有良好力学性能，阻滞中子性质优异的防中子辐射材 料及其制备方法和应用。
[0005] 为了达到上述目的，本发明一方面提供了一种防中子辐射材料，其组分包括：累托 石、二水石膏及硅酸盐水泥熟料。
[0006] 第二方面，本发明提供了所述的防中子辐射材料的制备方法，其包括以下步骤：
[0007] 步骤一，按比例提供累托石、二水石膏和硅酸盐水泥熟料；
[0008] 步骤二，将步骤一来料分别研磨成粉，并混合，压制成型。
[0009] 本发明的有益效果是：本发明公开的防中子辐射材料通过添加累托石，具有固化 核素、不易絮凝、防开裂性，是理想的防辐射材料，其对核素Th、Cs(VI)、Sr(II)、Eu(III)、 U(VI)的固化效果优越，此外，具有防中子、防X射线、γ射线功能；通过添加硅酸盐水泥熟 料，可以增强抗压、抗折强度，提高耐久性、实用性；通过添加二水石膏，可以调节凝结时间， 便于施工；本发明公布的防中子辐射材料制备方法工艺简单，成本低廉，易于施工，不影响 普通硅酸盐水泥性能，可广泛用作民用建筑中的防射线建筑材料。
【具体实施方式】
[0010] 本发明本发明一方面提供了一种防中子辐射材料，其组分包括：累托石、二水石膏 及硅酸盐水泥熟料。
[0011] 优选的，所述累托石层间水含量为5~10wt%。
[0012] 优选的，所述防中子辐射材料各组分含量如下：
[0013] 累托石 10 ~90wt%
[0014] 二水石膏1~5wt%
[0015] 硅酸盐水泥熟料9~89wt %。
[0016] 优选的，所述各组分原料粉体颗粒度分布如下：
[0017] 累托石，中值粒径为0. 5~1 μπι，其中，粒径彡2 μπι的颗粒含量占70%以上；
[0018] 二水石膏，中值粒径彡45 μπι，其中，粒径彡2 μπι的颗粒含量占80%以上；
[0019] 硅酸盐水泥熟料，中值粒径< 38 μπι，其中，粒径< 2 μπι的颗粒含量占80%以上。
[0020] 优选的，所述防中子辐射材料的颗粒密度2~3g/cm3,孔体积0· 01~0· lm3/g，平 均孔径6~8nm，极性分子吸附法测得的比表面积200~300m2/g。
[0021 ] 本发明第二方面提供了第一方面的防中子辐射材料的制备方法，其包括以下步 骤：
[0022] 步骤一，按比例提供累托石、二水石膏和硅酸盐水泥熟料；
[0023] 步骤二，将步骤一来料分别研磨成粉，并混合，压制成型。
[0024] 以下结合具体实施例介绍本发明的防中子辐射材料及其制备方法
[0025] 首先，选择原料和试验器材
[0026] 本试验累托石来自湖北钟祥名流公司所产，是经过累托石与黄铁矿分离的精选 矿。其中累托石彡7〇wt%，水云母< 15wt%，绿泥石< 3wt%，叶腊石< 2wt%，黄铁矿 < I. 5wt%，石膏< I. 5wt%，长石、石英< 10wt%。所得累托石精矿的矿物组成见表1 :
[0027] 表1累托石精矿的矿物组成
[0029] 本试验使用天然石膏基α型高强石膏，使用岛津生产的型号为XRF 1700的X线 荧光光谱分析仪分析原料的化学组成，见表2。
[0030] 表2天然石膏基α型高强石膏化学成分
[0032] 本试验使用的硅酸盐水泥熟料采用普通硅酸盐水泥，来自华新水泥股份有限公 司。
[0033] 此外，本试验采用的电子天平型号和性能参数如下：
[0034] 型号 I :ΗΖΤ-Α2000 ;规格：Max = 2000g，e = 0· lg，d = 0· Olg ;电源：DC9V ;监制： 美国康州电子科技有限公司；厂商：福州华志科学仪器有限公司。型号2 :AR2140 ;准确度等 级：1 ;最大量程（Max) :210g ;实际分度（d) :0.0 OOlg ;标定分度值（e) :0.0 Olg ;电源输入： 交流（8-14. 5) V50Hz或直流（9. 5-20) V 6W ;是有梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司制 造。
[0035] 本试验采用的搅拌器具采用GB/T17669. 4-1999建筑石膏净浆物理性能的测定中 的搅拌碗、拌和棒。
[0036] 根据防辐射要求，本试验制作了中空开口的圆柱体作为样品的成型模具，具体的， 采用铝制模具〇l〇〇X53mm，铝片底部厚度为0. 5mm。
[0037] 本试验采用的方孔筛，是由浙江省上虞市纱筛厂制造。
[0038] 此外，还用到了秒表、游标卡尺、料铲、料勺、锤子、烧杯、纸杯、量筒、滤纸、搅拌棒 等若干。
[0039] 其次，制备防中子辐射材料
[0040] 本试验设置了 1~7共七组实施例，各组实施例组分质量百分比如表3所。
[0041] 表3各组实施例组分质量百分比
[0043] 本试验实施例1~7防中子辐射材料制备步骤如下：
[0044] 根据表3,用天平称取各组实施例组分，放入碾钵中进行混碾，并全部过325目筛， 此后再进行机械混料，以保证混料的均匀性；将配好的物料在水泥净浆搅拌机上搅拌均匀， 搅拌方法参照"水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检测方法"（GBI346 - 2001)，倒入 成型模具，捣实后，将固化体表面刮平，在室温下固化7d，得到样品。每个样品的基本尺寸 Φ 100X53mm，质量为 330±20g，密度为 8. 39g/cm3。
[0045] 最后，进行测试
[0046] 鉴于长计数器对不同能量中子具有较好的"平响应"特性，本试验采用长计数器测 量系统。BF3正比计数管被放置在特定结构的石蜡桶内，即构成长计数器。BF3计数管长 中子探测器具有平响应、对中子能谱不敏感的特点，它对热中子到5MeV中子灵敏度几乎不 变。
[0047] 本次试验采用常用的252Cf自发裂变中子源，其能谱满足Watt谱分布，平均能量为 2. 28MeV。实验时该源的总中子发射率为9. 078 X IO3S 1C
[0048] 本次试验的试验布局如下：为了减少地面和墙面对中子的反、散射影响，将测量 系统布置在距地面I. 2m、距墙壁的最短距离为2. 8m、其他三面4m以上的钢结构平台上，将252Cf自发裂变中子源与长计数器前端面的距离控制在30cm，此时可以将源当成点源对待。 同时为了保证252Cf自发裂变中子源与长计数器中心的高度一致，对252Cf自发裂变中子源 采用适当的支架进行高度调节。当对样品进行测试时，样品紧贴252Cf自发裂变中子源布置， 且布放在靠近长计数器一侧。
[0049] 本次试验的测量步骤如下：
[0050] a)无源测量
[0051] b)裸源测量
[0052] c)实施例1样品测试
[0053] d)实施例7样品测试
[0054] 采用长计数器测量系统进行测量时，将前放输出信号接入主放大器后，直接接入 多道分析器中，通过软件在电脑上进行数据分析，实际的测试结果如表4所示。
[0055] 表4长计数器测试结果
[0057] 从表4可以看到，加载本发明的防中子辐射材料后，探测器的计数率明显减少，可 见，该样品对中子具有一定的屏蔽能力，10%累托石样品计数率下降了 10. 3%，90%样品计 数率下降了 23%。
【主权项】
1. 一种防中子辐射材料，其组分包括：累托石、二水石膏及硅酸盐水泥熟料。2. 如权利要求1所述的防中子辐射材料，其特征在于：所述累托石层间水含量为5~ IOwt % 〇3. 如权利要求1所述的防中子辐射材料，其特征在于：各组分含量如下： 累托石 10~90wt% 二水石膏 1~5wt% 硅酸盐水泥熟料9~89wt%。4. 如权利要求1所述的防中子辐射材料，其特征在于：所述各组分原料粉体颗粒度分 布如下： 累托石，中值粒径为〇. 5~I ym，其中，粒径彡2 ym的颗粒含量占70%以上； 二水石膏，中值粒径< 45 ym，其中，粒径< 2 ym的颗粒含量占80%以上； 硅酸盐水泥熟料，中值粒径< 38 ym，其中，粒径< 2 ym的颗粒含量占80%以上。5. 如权利要求1所述的防中子辐射材料，其特征在于：所述防中子辐射材料的颗粒密 度2~3g/cm3,孔体积0. 01~0. lm3/g，平均孔径6~8nm，极性分子吸附法测得的比表面 积 200 ~300m2/g。6. 如权利要求1所述的防中子辐射材料的制备方法，其包括以下步骤： 步骤一，按比例提供累托石、二水石膏和硅酸盐水泥熟料； 步骤二，将步骤一来料分别研磨成粉，并混合，压制成型。
【专利摘要】本发明提供了一种防中子辐射材料及其制备方法，通过添加累托石，具有固化核素、不易絮凝、防开裂性，是理想的防辐射材料，其对核素Th、Cs(VI)、Sr(II)、Eu(III)、U(VI)的固化效果优越，此外，具有防中子、防X射线、γ射线功能；通过添加硅酸盐水泥熟料，可以增强抗压、抗折强度，提高耐久性、实用性；通过添加二水石膏，可以调节凝结时间，便于施工；本发明公布的防中子辐射材料制备方法工艺简单，成本低廉，易于施工，不影响普通硅酸盐水泥性能，可广泛用作民用建筑中的防射线建筑材料。
【IPC分类】G21F1/04, C04B28/14
【公开号】CN105118539
【申请号】CN201510434061
【发明人】汪洋, 田键, 朱艳超, 吴晓娟
【申请人】湖北大学
【公开日】2015年12月2日
【申请日】2015年7月22日