[发明专利]一种超薄防中子辐射复合屏蔽材料及其制备方法

说明书

所属技术领域

本发明涉及核辐射屏蔽材料制备技术领域，具体涉及到一种超薄防中子辐射复合屏蔽材料及其制备方法。

背景技术

随着核技术的发展，中子及中子源技术已广泛应用于核能、核武器、材料探伤、测井、农业育种、医疗诊断等领域中，在国防、工业生产中都占有重要的地位。但由于中子不带电荷，在与物质发生相互作用时不受原子电场的影响，而直接与原子核发生相互作用，故具有很强的穿透性，使其对人体、仪器设备、环境等产生很严重的辐射损伤，威胁人员的生命安全和仪器的正常工作，所以，对中子进行良好地屏蔽防护是推广中子技术应用的重要保障。对中子的屏蔽实际上是将快中子减速和慢中子吸收。就屏蔽快中子原理而言，基于弹性碰撞理论，由于中子质量和氢原子质量相近，因此，当快中子与屏蔽体中的氢原子核发生弹性碰撞时，最容易将能量传递给氢原子而损失能量，从而将快中子慢化为慢中子和热中子。屏蔽体中含氢量越多，则慢化作用越强。在常见的聚合物中，聚乙烯含氢量最高，所以，聚乙烯是屏蔽快中子最好的慢化剂。快中子被慢化成热中子后，需用对热中子吸收截面大、不易产生γ辐射的屏蔽材料作为吸收介质，由于元素硼(主要是同位素¹⁰B)有很大的热中子吸收截面，并且俘获热中子后，产生辐射能量低，很容易被阻止；并且半衰期短，材料退役处理方便、安全，所以，硼以及含硼量高的聚乙烯材料是一种优良的中子屏蔽材料。

目前，常用的防中子屏蔽材料以水泥基屏蔽材料和含硼或铅硼复合材料为主。其中，水泥基屏蔽材料屏蔽中子的类型比较单一且多用于大型防护装置，材料成型过程及施工条件有很高的要求，应用领域有一定的局限性；除此之外，用得比较多的就是含硼或铅硼化合物，此类化合物成型工艺较为简单，成型后的材料有较好的加工性能，但成品多为较大规格的板材或制品。随着中子技术的应用发展，不同场合对中子屏蔽材料也提出了不同的要求，产品尺寸、体积的多样化可以为屏蔽材料带来更宽的应用范围，由于同位素¹⁰B的天然丰度只有19.9％，如果要保证高效的中子吸收，只能尽量提高种子吸收剂(硼及其化合物)的添加量，中子吸收剂含量的增加可提升材料的屏蔽性能，满足更多领域的需求，但无机填料达到一定比例之后，会给成型工艺上带来很大困难，因此制备一种超高填充、超薄防护中子辐射的屏蔽材料，是当前本技术领域中急需研究解决的课题。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有厚度薄、含硼量高、屏蔽性能良好的超薄防中子辐射复合屏蔽材料，同时也提供其制备方法。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种超薄防中子辐射复合屏蔽材料，以富氢化合物作为基材、含硼化合物作为中子吸收剂、添加少量的功能助剂，在一定的温度或压力条件下，经定量称取、加热混炼和高温模压定型等加工工艺制备而成，其中，混合物中各组分的含量为：

富氢化合物：19-30％，

含硼化合物：50-80％，

功能助剂：  1-5％，

以上混合物中各组分含量为重量百分比。

上述所述的富氢化合物包括：聚乙烯(PE)粉末热熔胶、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)粉末热熔胶或其混合物。

上述所述的含硼化合物为：单体硼、碳化硼或氧化硼。

上述所述的功能助剂为：硅烷偶联剂550(KH-550)、硅烷偶联剂570(KH-570)、硬脂酸钙、硬脂酸锌、抗氧剂1010或抗氧剂7910。

超薄防中子辐射复合屏蔽材料的制备工艺步骤为：按配比定量称取富氢化合物、单体硼或含硼化合物和功能助剂，在温度为120-140℃下，先将富氢化合物塑炼5min，然后加入单体硼或含硼化合物和功能助剂，再混炼20-25min，将混合的熔融态物料放入模具中，在140-170℃条件下逐渐加压，至10-15MPa下恒温保压15-20min，而后在1-3MPa力下自然冷却，待模具温度降至40℃以下时出模，制成超薄防中子辐射复合屏蔽材料。