一种核辐射屏蔽材料的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种核辐射屏蔽材料的制备方法，在选定好材料样品基础上，根据优化设计方法所计算出的各组分含量，通过多次复合材料的制备，针对研究的屏蔽复合材料的特点，确定了具体的制备流程，按照时间的先后顺序可分为四个阶段：材料准备、固化前处理、材料固化、脱模。能够满足屏蔽不同能量、不同通量中子-γ混合场的屏蔽材料屏蔽效果最好、力热性能优异、抗辐照性能好的要求。本工艺方法在常温下实现材料的固化成型，易于大规模生产，屏蔽效果最优，运输工程实施方便，经济实用。
【专利说明】一种核辐射屏蔽材料的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于核辐射屏蔽材料【技术领域】，涉及一种核辐射屏蔽材料的制备方法。
【背景技术】
[0002]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，而核辐射屏蔽材料则是实施辐射屏蔽的最重要物资保障，因此，研制、开发出高性能的核福射屏蔽材料对福射防护的成功实施意义重大。
[0003]高性能核辐射屏蔽材料可广泛应用于核科学技术事业的诸多方面。作为特种结构材料，对核电站、水下与水面核动力装置、高能粒子加速器、航天器、核医学诊断与治疗设备、特种辐射测量装置的减重、紧凑化和延寿等将发挥着重要作用。
[0004]国内外学者对核辐射屏蔽材料进行了大量研究，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，其材料配比通过枚举方法得到，这导致每种材料效用没有发挥到极致，同时加工周期长，需要进行大量试验考核和相应试验考核材料样品，这会大量耗费人力和原材料资源，包括一些稀土资源。故而，会造成严重的人力与原材料资源的浪费。
[0005]表1多种设计材料样本与参考材料主要性能比较
[0006]
【权利要求】
1.一种核辐射屏蔽材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)按以下质量配比选取基体材料、固化剂及增强相粒子: 环氧树脂:1%-80% ； 聚酰胺树脂:1%_60% ； 环氧丙烷丁基醚:1%_10% ； 碳化砸:1%_10% ； 三氧化二钆:1%-15% ； 纳米二氧化钛:1%-5% ； 碳化钨:1%_30% ； 铅粉:1%_30% ； 2)在选定基体材料、固化剂、增强相材料基础上，根据中子、Y射线与物质相互作用基本原理，采用遗传算法结合MCNP软件建立不同中子- Y混合场下的屏蔽材料组分优化模型，对屏蔽材料各组分含量进行优化计算，根据计算的组分结果进行材料样品制造: 根据设计计算的组分含量称量各个组分，将环氧树脂与聚酰胺树脂混合搅拌均匀；加入纳米二氧化钛和环氧丙烷丁基醚 ，充分搅拌均匀；并加入碳化硼、三氧化二钆、碳化钨、铁粉、铅粉增强相粒子，做成聚酰胺复合材料； 3)固化前处理:将各组分原料充分混匀，并抽气至真空度不再变化； 4)材料固化:将固化前处理后的原料放入成型容器中，在常温条件下进行固化，固化20小时； 5)脱模:固化完毕后，脱模处理，得到辐射屏蔽材料。
2.如权利要求1所述的核辐射屏蔽材料的制备方法，其特征在于，所述的聚酰胺复合屏蔽材料元素配比为:
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.如权利要求1所述的核辐射屏蔽材料的制备方法，其特征在于，所述的聚酰胺复合屏蔽材料元素配比为:
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%。
4.一种核辐射屏蔽材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)按以下质量配比选取基体材料、固化剂及增强相粒子: 环氧树脂:1%_80% ； 聚酰胺树脂:1%_60% ； 环氧丙烷丁基醚:1%_10% ； 碳化砸:1%_10% ； 三氧化二钆:1%-15% ； 纳米二氧化钛:1%-5% ； 碳化钨:1%_30% ； 铅粉:1%_30% ； 2)在选定基体材料、固化剂、增强相材料基础上，根据中子、Y射线与物质相互作用基本原理，采用遗传算法结合MCNP软件建立不同中子- Y混合场下的屏蔽材料组分优化模型，对屏蔽材料各组分含量进行优化计算，根据计算的组分结果进行材料样品制造: 根据设计计算的组分含量称量各个组分，将环氧树脂与聚酰胺树脂混合搅拌均匀；加入纳米二氧化钛和环氧丙烷丁基醚，充分搅拌均匀；并加入碳化硼、三氧化二钆增强相粒子，做成聚合物夹心材料；将如上所述的增强相粒子加入混合溶液中，搅拌均匀； 3)固化前处理:将各组分原料充分混匀，并抽气至真空度不再变化； 4)材料固化:将固化前处理后的原料放入成型容器中，在常温条件下进行固化，固化20小时； 5)脱模:固化完毕后，脱模处理，得到辐射屏蔽材料。
5.如权利要求4所述的核辐射屏蔽材料的制备方法，其特征在于，所述的聚合物夹心材料夹在铁层和铅层中间，按厚度配比起到屏蔽效果。
6.如权利要求5所述的核辐射屏蔽材料的制备方法，其特征在于，包括以下三种比例的屏蔽体: cake I是:铁-聚合物夹心材料(Interlayer)-铅2.5:6:1.5的厚度组合； cake2是:铁-聚合物夹心材料-铅1.5:7:1.5的厚度组合； cake3是:铁-聚合物夹心材料-铅2:7:1的厚度组合。
7.如权利要求4所述的核辐射屏蔽材料的制备方法，其特征在于，所述的组成聚合物夹心材料的各元素质量百分比为:
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%。
【文档编号】C08L77/00GK104130546SQ201410136187
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年4月4日 优先权日:2014年4月4日
【发明者】胡华四, 胡光, 刘斌, 贾清刚, 吴岳雷, 郑向阳 申请人:西安交通大学