[发明专利]一种能屏蔽核辐射的柔性复合材料

说明书

1.技术领域

本发明涉及一种能屏蔽核辐射的柔性复合材料。

2.背景技术

当今，核能已广泛用于工业、农业、医学、军事等，如：保鲜育种、材料改性、无损探伤、在线测量、X光、CT检查、放疗化疗、γ刀、考古及刑事侦察等，特别是近年来世界范围内对新能源的需求，发展核电已经成为大势所趋，为此，我国在2007年10月发布了《国家核电中长期发展规划(2005-2020年)》，标志着我国核电发展进入了新的阶段。但核能也是一把双刃剑，1986年4月26日，苏联切尔诺贝利核电站发生人类史上最严重的核泄漏事故，造成了此后10万人死亡和27万人罹患癌症的大灾难。2011年3月12日，因为发生里氏9.0级的特大地震导致福岛县第一和第二核电站发生核泄漏，大量放射性物质排出，且随风飘逸，对环境和人体健康产生了极大危害。核辐射的放射性物质以波或微粒形式发射出，它分α、β、γ三种辐射形式。α辐射只要用一张纸就能挡住，但吸入体内危害大；β辐射是高速电子，皮肤沾上后烧伤明显；γ辐射和X射线相似，能穿透人体和建筑物，危害距离远。γ辐射可穿透一定距离被有机体吸收，使人员受到外辐射伤害。核爆炸或核事故泄漏的放射性物质能大范围地对人员造成伤亡。放射性物质可通过呼吸吸入，皮肤伤口及消化道吸收进入体内，引起内辐射，内外辐射将导致人疲劳、头昏、失眠、皮肤发红、溃疡、出血、脱发、白血病、呕吐、腹泻等，有时还会增加癌症、畸变、遗传性病变发生率，影响几代人的健康。一般讲，身体接受的辐射能量越多，其放射病症状越严重，致癌、致畸风险越大。

目前对低能X射线的屏蔽一般采用含铅玻璃、有机玻璃及橡胶等制品。特制重混凝土作为常用的屏蔽材料，由水泥中掺入铁矿石、重晶石、铸铁、硼等填充料所构成，因其中含有重元素铁和轻元素结晶水氢，因此对中子和γ射线有较强的吸收能力，这种屏蔽材料常被固定式反应堆采用。核辐射屏蔽材料中，重金属如铅、铁、镍等都是有效的γ射线减弱体，对快中子也有很好的慢化效果。而硼、石墨、富氢化合物如水、重水及高分子材料则对中子的减弱或吸收更为有效，这些材料及其复合材料已大量应用于各种核反应堆屏蔽系统并发挥相当重要的作用。作为核辐射屏蔽材料，金属铅具有优异的抗辐射性能，不锈钢和铁也是大量应用的屏蔽材料，此外，金属作为核辐射屏蔽材料还具有优良的物理力学性能，如高强度和良好的韧性，特别是加入硼元素形成的合金材料，对中子和γ射线良好具有综合屏蔽性能。但这些金属常以板材形式出现，但笨重、刚性、成型困难，有一定毒性、价格高等缺点限制了其适用范围；混凝土具有不可移动性；硼钢屏蔽效果不太理想；PVC-PE复合材料具有柔性、价格低廉等优点，但屏蔽效果不太理想且力学性能、抗辐照性能等难以兼顾。铝一碳化硼复合屏蔽材料，密度低，硬度高、强度高，韧性好，可以作为核屏蔽材料填充反应堆密封仓，但柔性差，应用范围不广。聚乙烯是碳氢化合物，含氢量高，对快中子有良好的减弱能力，硼吸收热中子、铅对γ辐射的屏蔽特别有效，在20世纪70年代中期，用聚乙烯作基体，将碳化硼粉和铅粉均匀地弥散在其中，通过高速搅拌、捏合、塑化、层压而成的铅硼聚乙烯板，是一种新型的复合屏蔽材料，柔性好，尺寸稳定性好，具有较满意的耐γ辐射性能。日本研究人员在氯丁橡胶里混入10％的钨、铋、氧化铋等3种添加料而获得了橡胶复合屏蔽材料，具有薄、轻等特性，屏蔽辐射效果较好。但这种橡胶复合屏蔽材料与铅硼聚乙烯复合屏蔽材料一样，铅硼无机物的颗粒弥散其中，颗粒之间有缝隙存在，许多辐射线将穿过复合材料，造成核辐射屏蔽效果不理想。

随着核技术应用的进一步发展，辐射防护对屏蔽材料的综合理化性能要求越来越高，传统、单一的屏蔽材料已难以满足所有防护要求，特别是发生核事故时，为屏蔽辐射源的辐射，防止放射性物质的进一步扩散，为抢险急救创造安全环境，根据辐射防护的特点和各种应急需要，特别需要一些具有核辐射屏蔽性能的垫或毯对现场进行遮盖，应用柔性屏蔽材料于平时及应急时刻的核辐射防护，是非常有必要的。

3.发明内容

本发明的目的是要解决目前核辐射屏蔽材料性能、应用范围不能兼顾的问题，满足尽可能多的防护要求。本发明方法具体工艺描述如下：

(1)增强材料的准备。

A.选取铅纤维布，清除表面灰尘，再将铅纤维布浸泡于液体偶联剂中1-7天，然后将铅纤维布从液体偶联剂取出干燥。备用。

B.定量称取碳化硼粉、铅粉、钨粉等，混合均匀；混合过程中添加液体偶联剂，降低表面张力。

(2)颗粒基体材料与抗核辐射粉的复合。将上述经过处理过碳化硼粉、铅粉、钨粉等通过高速搅拌均匀弥散于高分子材料中。