[發明專利]梯度式高分子基中子吸收柵板材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201410406078.3
• 申請日: 2014-08-19
• 公開（公告）號: CN104228268A
• 公開（公告）日: 2014-12-24
• 發明（設計）人: 仇云龍;汪濤;湯曉斌
• 申請（專利權）人: 中興能源裝備有限公司
• 主分類號: B32B27/18
• 分類號: B32B27/18;B32B27/06;B32B27/38;B32B37/02;C08L79/08;C08L63/00;C08K13/06;C08K9/00;C08K9/06;C08K7/06;C08K3/22
• 代理公司: 南京正聯知識產權代理有限公司 32243
• 代理人: 盧海洋

技術領域

本發明涉及一種梯度式高分子基中子吸收柵板材料。

本發明還涉及一種梯度式高分子基中子吸收柵板材料的制備方法。主要應用在乏燃料柵板材料與中子防護的領域內。

背景技術

我國是目前世界上擁有在建核電機組最多的國家，按2007年頒布的《核電中長期發展規劃》，到2020年，我國核電裝機容量將達到4000萬千瓦（后經調整，目標為8000萬千瓦）。國際原子能機構數據顯示，一座裝機容量1000兆瓦的反應堆，每年將產生大約33噸核廢料。由此預計我國每年都將卸下近千噸的乏燃料。乏燃料的貯存與處理，是直接關系著國家核工業能否持續、健康發展的關鍵大事。

日本福島核電站事故發生以后，乏燃料濕法貯存暴露出慢化水體易泄漏的巨大安全隱患，因此各國均把干法貯存視為未來乏燃料貯存的更可靠方案。與濕法貯存相比，缺少了慢化水環境的干法貯存對中子吸收能力不足，僅靠貯存器中格架、柵板以及桶壁材料的屏蔽吸收作用，貯存器罐體將承受更多的放射性粒子轟擊，無法有效保障貯存容器在幾十年、上百年的存放期不發生放射性泄漏，因此存在著一定安全隱患。目前采取的辦法是減少乏燃料的貯存容量，這也導致了容器內乏燃料的貯存密度較低。

貯存容器存儲安全性的提升，依賴于新一代高性能中子屏蔽材料選材及結構設計理念的創新，并尋求在制備技術上的突破。為了克服目前干法貯存用格架、柵板材料存在對高能中子吸收能力不足，加之功能結構難以實現一體化的技術難題，從物質與中子的相互作用機理出發，基于全能譜協同/梯度吸收的設計理念，研發一種新型聚酰亞胺或環氧基碳纖維中子屏蔽復合材料。

發明內容

為了避免中子吸收體作用發揮不足與中子能譜吸收范圍較窄的問題，本發明提供一種梯度式高分子基中子吸收柵板材料。采用高分子基中子屏蔽材料，并設計成梯度結構，全面提高中子屏蔽材料的屏蔽性能。

本發明還提供一種梯度式高分子基中子吸收柵板材料的制備方法。

本發明采用的技術方案：

梯度式高分子基中子吸收柵板材料，該材料包括快中子慢化吸收層、中能中子吸收層和熱中子吸收層，三種吸收層梯度層壓而成；所述快中子慢化吸收層所摻雜的中子吸收體材料是氟化鋰、氫化鋰或碳化硼的吸收體材料；所述中能中子吸收層所摻雜的中子吸收體材料是氧化釤的中子吸收體材料；所述熱中子吸收層所摻雜的中子吸收體材料是氧化釓或氧化鎘的中子吸收體材料。

所述快中子慢化吸收層、中能中子吸收層和熱中子吸收層所用的高分子基體一致，所用高分子基體采用丙酮可溶性聚酰亞胺樹脂或雙酚A型環氧樹脂；所用的增強纖維為連續玻璃纖維或碳纖維。

梯度式高分子基中子吸收柵板材料的制備方法，包括以下步驟：

a、通過在熱固性高分子樹脂中加入有機溶劑丙酮，根據熱固性高分子樹脂粘度大小，對熱固性高分子樹脂進行稀釋；

b、然后在稀釋后的熱固性膠液中分別加入三種中子吸收體，制備混合膠液；

c、對所用的增強纖維進行偶聯處理或輻照處理，提高纖維表面與樹脂基體的結合強度；

d、將處理后的增強纖維浸漬含有不同的吸收體膠液后，先鋪放快中子慢化吸收層，到達一定厚度時，再鋪放中能中子吸收層，最后鋪放熱中子吸收層；

e、將得到預制體在相應的樹脂固化工藝下進行固化，最終冷卻脫模后，得到梯度中子輻射屏蔽復合材料。

上述熱固性高分子樹脂為丙酮可溶性聚酰亞胺樹脂或雙酚-A環氧樹脂。

本發明中所述梯度式高分子基中子吸收柵板材料，其工作原理為：

能量較高的中子在通過快中子慢化吸收層時不僅能夠將快中子進行吸收，還能通過材料中含有的氫元素將中子慢化，提高后續過程的吸收效率，當中子通過中能中子吸收層時，能夠將中能中子進行針對性吸收，當中子通過慢化中子吸收層時，能夠對熱中子進行針對性吸收，屏蔽材料通過提高每步中子吸收過程的材料屏蔽效率，實現高效屏蔽的目的。

相比現有技術，本發明具有以下有益效果：

一、本發明中所述梯度式高分子基中子吸收柵板材料，既能起到中子吸收的目的，又有一定的光子吸收作用，使衰變產生中子與γ光子能夠被有效地吸收，保證人員與貯存燃料的安全；

二、本發明所述梯度式高分子基中子吸收柵板材料，采用吸收體材料呈梯度分布，最大限度的保證了中子的吸收效率；

三、本發明所述梯度式高分子基中子吸收柵板材料，采用纖維增強樹脂基復合材料，大幅度提高中子屏蔽材料的力學性能，保證中子屏蔽材料在應用過程中的安全性；