[發明專利]一種能屏蔽核輻射的柔性復合材料

在審

• 申請號: 201310070343.0
• 申請日: 2013-03-06
• 公開（公告）號: CN103137228A
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發明（設計）人: 魏昭榮
• 申請（專利權）人: 魏昭榮
• 主分類號: G21F1/10
• 分類號: G21F1/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.技術領域

本發明涉及一種能屏蔽核輻射的柔性復合材料。

2.背景技術

當今，核能已廣泛用于工業、農業、醫學、軍事等，如：保鮮育種、材料改性、無損探傷、在線測量、X光、CT檢查、放療化療、γ刀、考古及刑事偵察等，特別是近年來世界范圍內對新能源的需求，發展核電已經成為大勢所趨，為此，我國在2007年10月發布了《國家核電中長期發展規劃(2005-2020年)》，標志著我國核電發展進入了新的階段。但核能也是一把雙刃劍，1986年4月26日，蘇聯切爾諾貝利核電站發生人類史上最嚴重的核泄漏事故，造成了此后10萬人死亡和27萬人罹患癌癥的大災難。2011年3月12日，因為發生里氏9.0級的特大地震導致福島縣第一和第二核電站發生核泄漏，大量放射性物質排出，且隨風飄逸，對環境和人體健康產生了極大危害。核輻射的放射性物質以波或微粒形式發射出，它分α、β、γ三種輻射形式。α輻射只要用一張紙就能擋住，但吸入體內危害大；β輻射是高速電子，皮膚沾上后燒傷明顯；γ輻射和X射線相似，能穿透人體和建筑物，危害距離遠。γ輻射可穿透一定距離被有機體吸收，使人員受到外輻射傷害。核爆炸或核事故泄漏的放射性物質能大范圍地對人員造成傷亡。放射性物質可通過呼吸吸入，皮膚傷口及消化道吸收進入體內，引起內輻射，內外輻射將導致人疲勞、頭昏、失眠、皮膚發紅、潰瘍、出血、脫發、白血病、嘔吐、腹瀉等，有時還會增加癌癥、畸變、遺傳性病變發生率，影響幾代人的健康。一般講，身體接受的輻射能量越多，其放射病癥狀越嚴重，致癌、致畸風險越大。

目前對低能X射線的屏蔽一般采用含鉛玻璃、有機玻璃及橡膠等制品。特制重混凝土作為常用的屏蔽材料，由水泥中摻入鐵礦石、重晶石、鑄鐵、硼等填充料所構成，因其中含有重元素鐵和輕元素結晶水氫，因此對中子和γ射線有較強的吸收能力，這種屏蔽材料常被固定式反應堆采用。核輻射屏蔽材料中，重金屬如鉛、鐵、鎳等都是有效的γ射線減弱體，對快中子也有很好的慢化效果。而硼、石墨、富氫化合物如水、重水及高分子材料則對中子的減弱或吸收更為有效，這些材料及其復合材料已大量應用于各種核反應堆屏蔽系統并發揮相當重要的作用。作為核輻射屏蔽材料，金屬鉛具有優異的抗輻射性能，不銹鋼和鐵也是大量應用的屏蔽材料，此外，金屬作為核輻射屏蔽材料還具有優良的物理力學性能，如高強度和良好的韌性，特別是加入硼元素形成的合金材料，對中子和γ射線良好具有綜合屏蔽性能。但這些金屬常以板材形式出現，但笨重、剛性、成型困難，有一定毒性、價格高等缺點限制了其適用范圍；混凝土具有不可移動性；硼鋼屏蔽效果不太理想；PVC-PE復合材料具有柔性、價格低廉等優點，但屏蔽效果不太理想且力學性能、抗輻照性能等難以兼顧。鋁一碳化硼復合屏蔽材料，密度低，硬度高、強度高，韌性好，可以作為核屏蔽材料填充反應堆密封倉，但柔性差，應用范圍不廣。聚乙烯是碳氫化合物，含氫量高，對快中子有良好的減弱能力，硼吸收熱中子、鉛對γ輻射的屏蔽特別有效，在20世紀70年代中期，用聚乙烯作基體，將碳化硼粉和鉛粉均勻地彌散在其中，通過高速攪拌、捏合、塑化、層壓而成的鉛硼聚乙烯板，是一種新型的復合屏蔽材料，柔性好，尺寸穩定性好，具有較滿意的耐γ輻射性能。日本研究人員在氯丁橡膠里混入10％的鎢、鉍、氧化鉍等3種添加料而獲得了橡膠復合屏蔽材料，具有薄、輕等特性，屏蔽輻射效果較好。但這種橡膠復合屏蔽材料與鉛硼聚乙烯復合屏蔽材料一樣，鉛硼無機物的顆粒彌散其中，顆粒之間有縫隙存在，許多輻射線將穿過復合材料，造成核輻射屏蔽效果不理想。

隨著核技術應用的進一步發展，輻射防護對屏蔽材料的綜合理化性能要求越來越高，傳統、單一的屏蔽材料已難以滿足所有防護要求，特別是發生核事故時，為屏蔽輻射源的輻射，防止放射性物質的進一步擴散，為搶險急救創造安全環境，根據輻射防護的特點和各種應急需要，特別需要一些具有核輻射屏蔽性能的墊或毯對現場進行遮蓋，應用柔性屏蔽材料于平時及應急時刻的核輻射防護，是非常有必要的。

3.發明內容

本發明的目的是要解決目前核輻射屏蔽材料性能、應用范圍不能兼顧的問題，滿足盡可能多的防護要求。本發明方法具體工藝描述如下：

(1)增強材料的準備。

A.選取鉛纖維布，清除表面灰塵，再將鉛纖維布浸泡于液體偶聯劑中1-7天，然后將鉛纖維布從液體偶聯劑取出干燥。備用。

B.定量稱取碳化硼粉、鉛粉、鎢粉等，混合均勻；混合過程中添加液體偶聯劑，降低表面張力。

(2)顆粒基體材料與抗核輻射粉的復合。將上述經過處理過碳化硼粉、鉛粉、鎢粉等通過高速攪拌均勻彌散于高分子材料中。