【《中子屏蔽材料发展概述》1900字】

中子屏蔽材料发展概述1.1中子屏蔽原理核辐射类型有许多，但中子辐射是主要的类型之一[5]。中子是一种不带电粒子，极具穿透性。依据中子能量大小的不同，可以分成六大类：一是快中子（≥0.1MeV）；二是中能中子（1~100keV）；三是慢中子（100~1000eV）；四是共振中子（0.5~100eV）；五是热中子（0.005~0.5eV）；六是冷中子（≤0.005eV）[8]。中子屏蔽除了有快中子慢化之外，还有慢中子吸收。大致可以分为以下几个步骤[9]：（1）高能中子与慢化材料碰撞，发生非弹性散射，损失能量，阻碍了中子的激发;（2）采用含氢量较高的材料与其进一步发生相互作用，使之能量降低，变为热中子;（3）热中子被中子吸收截面较高的材料（即吸收材料）吸收，发生热中子俘获反应。具体的入射中子的历程图[10]如图1.1所示。图1.1入射中子的历程图1.2中子屏蔽研究进展中子的质量与质子很接近，除了石蜡是优秀的中子屏蔽材料外，还有硼、聚丙烯和聚乙烯等含氢量较高的物质。石墨不但是一种优秀的中子慢化剂和中子反射剂，而且能够在高温环境下保持良好的化学、物理和力学等性能，这也是为什么它能够被选中成为反应堆材料和屏蔽材料的原因。硼的热中子吸收截面极大（约为3840靶恩），常被用来做热中子吸收体。选用碳化硼为控制材料，是因为B4C具有较高的中子吸收能力，国内外许多研究者尝试研发Ｂ4Ｃ／金属基复合材料用作热中子的吸收材料。相较于铁而言，不锈钢可以很好地屏蔽γ射线和中子，这主要是因为不锈钢比铁拥有更大非弹性散射截面，可以快速屏蔽中子。但不好的一面是不锈钢比铁含有更多的铬元素、镍元素和锰元素，在受到中子辐照后需要活化，停反应堆后不允许人员靠近[10]。以往所使用的传中子屏蔽材料除了包含水泥基中子屏蔽材料之外，还有B4C/Al复合材料以及硼钢材料。据callan表示将质量分数为１％的硼元素加入混凝土后，可以瞬间提升混凝土的吸收热中子能力，数值一度高达百倍[11]。自十九世纪六十年代起，B4C/Al和硼钢材料就已经作为核电站乏燃料水池和运输容器，以吸收乏燃料中子[11]。改进型中子屏蔽材料主要是以聚乙烯等有机聚合物为基体，在聚合物中添加中子的吸收材料。目前国内核动力研究设计院成功研制出几种新型铅硼聚乙烯材料，详细信息请参考见表1.1[12]。表1.1铅硼聚乙烯材料的成分［％（wt，质量分数）］材料代号B201202B203PB202P202P204P206碳化硼粉5.010.020.01.0铅粉80.030.050.076.5聚乙烯95.090.080.019.070.050.023.5新型中子屏蔽材料主要以硼基或Pb基聚乙烯屏蔽材料为主体。吴鹏[11]等教授经过反复试验研制出一种新型材料，即柔性硼基苯基硅橡胶中子屏蔽材料。据悉，这一新型中子屏蔽材料含氢量高，能够慢化快中子。此外，材料内含的硼元素具有较大的中子吸收截面，能够快速吸收热中子，屏蔽性极好。SMANN等[13]以氨基聚合物树脂为基体，添加碳化硼(B4C)粉末制备出具有可反复折叠的柔性中子屏蔽材料。ZALI等[14]以不同含量B4C为填料与热塑性的天然橡胶(TPNR)共混制备了中子屏蔽材料。参考文献[1]徐彬桓.高性能碳化硼陶瓷的制备及性能研究[D].上海工程技术大学,2017.[2]杜程,闫琪,魏智才.用于烧结碳化硼陶瓷的低温快速直流烧结设备[J].真空科学与技术学报,2021,41(04):385-390.[3]李少峰.液相烧结法制备B4C-SiC复合陶瓷材料的研究[J].佛山陶瓷,2019,29(05):10-13.[4]孟凡然,王琨,冯荣.无压烧结碳化硼材料研究进展[J].中国陶瓷工业,2020,27(06):15-18.[5]李奎江，邹树梁,唐德文.核辐射屏蔽材料的研究进展及发展趋势[J].现代制造技术与装备,2017(8):178-183.[6]何建洪,孙勇,段永华,方东升.射线与中子辐射屏蔽材料的研究进展[J].材料导报,2011,25(S2):347-351.[7]史秀梅,崔红,曹剑武,李志鹏,张丛,唐纬虹,邢文芳,王志强.Al2O3/Y2O3复合助剂对常压烧结B4C陶瓷性能的影响[J].兵器材料科学与工程,2017,40(01):62-66.[8]杨文锋,伍晓勇,刘颖.屏蔽复合材料对快中子减弱效果的计算及实验验证[J].核动力工程,2015,36(02):58-61.[9]BUNYAMINAygun,ERDEMŞakar,TURGAYKorkut,etal.Newhightemperatureresistantheavyconcretesforfastneutronandgammaradiationshielding[J].RadiochimicaActa,2019,107(4):359-367.[10]何建洪,孙勇,段永华,方东升.射线与中子辐射屏蔽材料的研究进展[J].材料导报,2011,25(S2):347-351.[11]吴鹏,刘淼,邓建国,付俊杰,邓志华,宋远强.中子屏蔽材料的研究进展[J].化工新型材料,2017,45(09):4-5+8.[12]刘显坤，刘颖，唐杰等．高能射线及其屏蔽材料［Ｊ］．金属功能材料，2006，13（1）：36-40[13]MANNKS,SIDHUGS.Verificationofsomelow-Zsilicatesasgamma-rayshieldingmaterials[J].AnnalsofNuclearEnergy,2012,40(1）：241-252[14]ZALINM,YAZIDH,AHMADM.Neutronshieldingbehaviorofthermoplasticnaturalrubber/boroncarbidecomposites[J].MaterialsScienceAndEngineering,2018,298(12):18-21.［15］CASFLEDINETJ．Useoffiltermaterialsingatingsystems［J］．FoundryTradeJ，1985(6):15－21．[16]徐勇,邹国荣.泡沫陶瓷制备工艺研究进展[J].耐火材料,2017,51(05):358-365.[17]杨秋婷,史阳.泡沫陶瓷的研究现状和发展前景[J].佛山陶瓷,2009,19(04):40-43.[18]王玲，赵浩峰等金属基复合材料及其浸渗制备的理论与实践北京：冶金工业出版社，2005:1-3[19]程科恺,常启兵,汪永清,等.以纳米氧化铝为助烧结剂制备α-Al2O3陶瓷膜支撑体[J].中国陶瓷,2013,49(10):9-12+16.[20]KOROKHODV,VLAJICMD,KRSTICVD.MechanicalpropertiesofpressurelesssinteredboroncarbidecontainingTiBphase[J].JournalofMaterialsScienceLetters,1996(8):13