[發(fā)明專利]中子屏蔽材料及制備工藝

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210156866.2
• 申請日: 2012-05-18
• 公開（公告）號: CN103426492A
• 公開（公告）日: 2013-12-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 柯于斌;陶舉洲;周健榮;王凌倩
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院高能物理研究所
• 主分類號: G21F1/02
• 分類號: G21F1/02
• 代理公司: 北京市惠誠律師事務(wù)所 11353
• 代理人: 雷志剛;潘士霖

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于原子能技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種中子屏蔽材料，特別是涉及含有硼元素和硬脂酸鹽的復(fù)合材料，該材料可用作中子慢化吸收的屏蔽防護(hù)材料。本發(fā)明還涉及所述材料的制備方法。

背景技術(shù)

目前，在原子能利用包括運(yùn)用中子散射進(jìn)行測試分析時(shí)，均需對中子輻射進(jìn)行有效的屏蔽防護(hù)，或慢化或吸收，一方面保護(hù)人體免受中子的輻射損害，另一方面降低雜散中子產(chǎn)生的探測器本底和減少其對儀器的輻照損壞。通常，屏蔽材料的選擇需要綜合考慮其屏蔽效率，材料特性包括機(jī)械性能，和生產(chǎn)工藝成本三方面。

對于中子的屏蔽吸收，一般選擇中子吸收截面較大的元素，例如，氦(He)、鋰(Li)、釓(Gd)、鎘(Cd)和硼(B)等，常見吸收元素中吸收截面高于¹⁰B的只有Gd（釓），Sm（釤），Eu（銪）。但Sm（釤），Eu（銪）的制備工藝復(fù)雜，價(jià)格十分昂貴，而Gd（釓）的使用壽命很短。此外，除B以外，其它元素都會(huì)在吸收中子后放出穿透性很強(qiáng)的γ射線，增加廢料處理的困難。因此，工藝相對簡單而且價(jià)廉的¹⁰B元素?zé)o疑成為中子的屏蔽吸收的最佳選擇。另外，含氫量高的物質(zhì)如-CH₂、CH₄或H₂O等，是有效的中子慢化材料，可使入射中子的吸收截面顯著增加從而在慢化和吸收雙重作用下被有效屏蔽。

現(xiàn)行的中子屏蔽材料多是將重金屬與聚乙烯及B₄C等復(fù)合組成，同時(shí)需添加一系列耦聯(lián)劑，不但工藝過程復(fù)雜，而且成本太高。由于B₄C的價(jià)格是硼酐或硼砂的10倍以上，所得制品也因工業(yè)上用作磨料的B₄C的硬度極高（硬度僅次于金剛石）而較硬，加工時(shí)機(jī)床刀具磨損非常嚴(yán)重，幾次后刀具就會(huì)報(bào)廢，同時(shí)也不易于加工成所需形狀，無法滿足實(shí)際需要。另一類制備屏蔽防護(hù)材料的方法，是將中子慢化劑與吸收材料做成“三明治”型夾層結(jié)構(gòu)，雖然工藝相對簡單，但由于兩種材料在復(fù)合體中的分布不均，明顯影響屏蔽效果，達(dá)不到理想的中子屏蔽目的。

因此，本領(lǐng)域仍然需要有一種新的中子屏蔽材料。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種新的中子屏蔽材料，期望其具有至少一個(gè)以下方面的效果：成本低廉、制備簡單、成型性好、產(chǎn)品優(yōu)良率高、中子屏蔽效果好等。本發(fā)明以超高分子量聚乙烯為基材，添加含硼化合物可以有效地增大屏蔽材料的密度，從而使屏蔽效率呈指數(shù)的提高，令人滿意地實(shí)現(xiàn)了上述效果,尤其是屏蔽材料的成品率、斷裂強(qiáng)度和延伸率(塑性)有了很大的提高,從而提高了材料的使用壽命,且能更方便和易于加工成型成所需不同形狀和結(jié)構(gòu)的制品。

為此，本發(fā)明第一方面提供了一種中子屏蔽材料，其包含：超高分子量聚乙烯、至少一種硼化合物、和至少一種硬脂酸或其鹽。

在本發(fā)明中子屏蔽材料的一個(gè)實(shí)施方案中，其中所述硼化合物選自硼酐、硼砂、無水硼砂或其組合。

在本發(fā)明中子屏蔽材料的一個(gè)實(shí)施方案中，其中所述硬脂酸鹽是ⅡB、Ⅱa族元素與硬脂酸形成的鹽。

在本發(fā)明中子屏蔽材料的一個(gè)實(shí)施方案中，其中所述硬脂酸或其鹽選自硬脂酸、硬脂酸鎂、硬脂酸鈣、硬脂酸鋅、或其組合。

在本發(fā)明中子屏蔽材料的一個(gè)實(shí)施方案中，以每100重量份的超高分子量聚乙烯計(jì)，該中子屏蔽材料中包含硼化合物的量為1-50重量份、5-50重量份、12-50重量份、20-50重量份、26-37重量份、37-50重量份。

在本發(fā)明中子屏蔽材料的一個(gè)實(shí)施方案中，以每100重量份的超高分子量聚乙烯計(jì)，該中子屏蔽材料中包含硬脂酸或其鹽的量為0.1-10重量份、0.1-3重量份、0.5-10重量份、1-10重量份、0.5-5重量份、3-5重量份。

在本發(fā)明中子屏蔽材料的一個(gè)實(shí)施方案中，其中所述中子屏蔽材料包含：

高密度聚乙烯????100重量份、

硼化合物????????1-200重量份、和

硬脂酸或其鹽????0.1-20重量份。

在本發(fā)明中子屏蔽材料的一個(gè)實(shí)施方案中，其中所述中子屏蔽材料包含：

超高分子量聚乙烯????100重量份、

硼化合物????????????1-50重量份、和

硬脂酸或其鹽????????0.1-10重量份。

在本發(fā)明中子屏蔽材料的一個(gè)實(shí)施方案中，其中所述中子屏蔽材料包含：

超高分子量聚乙烯????100重量份、

硼化合物????????????5-50重量份、和