[發(fā)明專利]一種中子和γ射線綜合屏蔽填料及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710423117.4
• 申請日: 2017-06-07
• 公開（公告）號: CN107215879A
• 公開（公告）日: 2017-09-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 何林;李強;雷洪波;蔡永軍;劉向東;龍亮;甘杰;楊華;晏朝暉
• 申請（專利權(quán)）人: 中國工程物理研究院材料研究所
• 主分類號: C01B35/04
• 分類號: C01B35/04;C08K3/38;G21F1/10
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司51214
• 代理人: 沈強

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及材料領(lǐng)域，尤其是屏蔽材料制備領(lǐng)域，具體為一種中子和γ射線綜合屏蔽填料及其制備方法。本發(fā)明的屏蔽填料兼具優(yōu)異的熱中子和γ射線綜合屏蔽效果，并能有效避免屏蔽組元之間的密度差異問題，具有顯著的進步意義。

背景技術(shù)

近年來，隨著核能的廣泛應(yīng)用，人們接觸放射性射線的幾率空前增大。為了保證工作人員的安全健康，必須對核反應(yīng)產(chǎn)生的各種射線進行有效的防護。目前，常用的核反應(yīng)堆屏蔽材料為聚合物基屏蔽復(fù)合材料。以鉛硼聚乙烯為例，其以聚乙烯為基體，將B₄C和Pb均勻地彌散在其中，通過高速攪拌、捏合、塑化、層壓而成。鉛硼聚乙烯屏蔽復(fù)合材料中，聚乙烯基體中氫元素對中子具有良好的慢化作用，B₄C中的B能有效地吸收熱中子，Pb能有效地減弱γ射線。因此，鉛硼聚乙烯具有屏蔽快中子、熱中子和γ射線的綜合屏蔽效果，其應(yīng)用有助于簡化屏蔽結(jié)構(gòu)，減輕屏蔽體重量，縮小屏蔽體體積。然而，鉛硼聚乙烯也存在如下缺點：其采用了B₄C和Pb混合填料，其熱中子屏蔽組元（B₄C）和γ射線屏蔽組元（Pb）密度差異大，粒徑也相差較大，難以實現(xiàn)在基體中的完全均勻分布，始終存在微觀尺度下的鉛或碳化硼的富集區(qū)，影響材料綜合屏蔽性能的提高。另外，鉛本身是一種毒性元素，環(huán)境友好性差，特別是在制備和使用過程中，會對環(huán)境及人員的身體健康產(chǎn)生不利影響。針對上述問題，人們迫切需要研制一種新型中子和γ射線綜合屏蔽填料。

從防止公害、保護環(huán)境的角度出發(fā)，國內(nèi)外許多機構(gòu)采用其它物質(zhì)替代鉛，相繼開發(fā)了無鉛的聚合物基屏蔽材料。如日本東京都立產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究所、日本原子能研究所、日本海上安全技術(shù)研究所、美國密歇根大學(xué)、埃及原子能管理局、國內(nèi)東北大學(xué)、中國工程物理研究院和四川大學(xué)等分別利用鉍粉、氧化鉍粉、鈦鐵粉、含硼鐵精礦粉、鋯粉、鉿粉、鎳粉、鎢粉、碳化鎢粉等取代鉛及其化合物，均有效的改善了此類材料的環(huán)境友好性。但上述研究中，仍然采用密度較小的硼化物來實現(xiàn)熱中子的屏蔽，由于熱中子屏蔽組元與γ射線屏蔽組元密度差異依然存在，使得這些材料也存在微觀成分偏析問題。

為解決材料微觀成分偏析的問題，國內(nèi)外相關(guān)機構(gòu)（如美國國家中子截面中心、日本京都大學(xué)、國內(nèi)西安交通大學(xué)、蘭州大學(xué)、北京化工大學(xué)和四川大學(xué)等）采用熱中子吸收截面較大且密度較高的稀土元素及其化合物作為熱中子屏蔽組元，以代替密度較低的B₄C。然而，稀土元素主要作為熱中子吸收材料使用時，二次γ射線產(chǎn)額相當(dāng)大，只能用在以吸收熱中子為主要目標(biāo)的屏蔽系統(tǒng)，或配合γ射線屏蔽材料使用。同時，上述研究依然無法從根本上解決屏蔽組元間的密度差異問題，影響了材料綜合屏蔽性能的提高，尤其是材料的γ射線屏蔽性能較差。

為此，迫切需要一種新的材料，以解決上述問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于：針對現(xiàn)有的中子和γ射線綜合屏蔽材料，無法從根本上解決屏蔽組元間的密度差異問題，影響材料綜合屏蔽性能的提高的問題，提供一種中子和γ射線綜合屏蔽填料及其制備方法。本發(fā)明提供的一種中子和γ射線綜合屏蔽填料——W₂B，為γ射線減弱元素W和熱中子吸收元素B形成的二元化合物，W原子和B原子以特定比例均勻分布，克服了熱中子吸收組分和γ射線減弱組分分離的問題，以其作為屏蔽填料，可以顯著改善屏蔽材料的綜合屏蔽性能。本發(fā)明提供一種新的制備方法，通過對反應(yīng)條件的控制，使得所制備屏蔽填料的密度均一性好，能夠顯著提升屏蔽填料的屏蔽性能，具有重要的進步意義。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種中子和γ射線綜合屏蔽填料，該填料由W和B組成，W和B的原子計量比為2︰1，其物相組成為W₂B。

前述中子和γ射線綜合屏蔽填料的制備方法，依次包括如下步驟：

（1）配料

按原子計量比，分別稱取硼粉、鎢粉，混合均勻，得到第一混合物；

（2）反應(yīng)燒結(jié)

將步驟（1）制備的第一混合物進行反應(yīng)燒結(jié)，使W和B充分進行物相反應(yīng)，獲得W₂B燒結(jié)體；

（3）破碎

將所得W₂B燒結(jié)體進行破碎，即得產(chǎn)品。

所述步驟（1）中，硼粉的純度≥99.9%；鎢粉的純度≥99.5%。

所述步驟（1）中，混合方式采用干法混合或濕法混合；進行濕法混合時，混合介質(zhì)為丙酮或無水乙醇的一種或多種。

所述步驟（2）中，將步驟（1）制備的第一混合物直接真空燒結(jié)或保護氣氛燒結(jié)；