[發(fā)明專利]一種中子屏蔽防護材料

有效

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• 申請日: 2018-07-11
• 公開（公告）號: CN108877975B
• 公開（公告）日: 2022-03-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 齊福剛;王冰;劉利新;歐陽曉平;趙鎳;劉應(yīng)都;曹紅帥;李貝貝
• 申請（專利權(quán)）人: 湘潭大學(xué)
• 主分類號: G21F1/06
• 分類號: G21F1/06;G21F1/12;B82Y30/00;C04B35/563;C04B35/622
• 代理公司: 重慶博凱知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 50212
• 代理人: 李海華

本發(fā)明公開了一種中子屏蔽防護材料，包括由純粹碳化硼材料得到的基層，其特征在于，基層表面還結(jié)合形成有一層熱導(dǎo)率高于基層的表面層。本材料的基層由純粹碳化硼材料得到，能夠保證具備良好的中子吸收屏蔽效果，同時基層表面由于結(jié)合形成了一層高熱導(dǎo)率的表面層，故能夠依靠該高熱導(dǎo)率的表面層將基層的熱量向外傳導(dǎo)發(fā)散，進而防止基層由于溫度過高而導(dǎo)致性能下降。故本材料既具備良好的中子吸收屏蔽效果，又能夠具備良好的防高溫作用效果，采用熱量疏導(dǎo)的方式，提高材料自身散熱效果，進而避免由于材料使用溫度過高而導(dǎo)致的熱老化情況加劇，力學(xué)性能下降，強度降低產(chǎn)生裂紋等情況。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及核輻射材料屏蔽技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種中子屏蔽防護材料。

背景技術(shù)

核發(fā)電技術(shù)是通過核燃料，如鈾-235等，核裂變所產(chǎn)生的能量發(fā)來推動摩擦，從而發(fā)電的技術(shù)。目前由于傳統(tǒng)能源的日益枯竭，核電技術(shù)作為一種能清潔能源，越來越受到重視。而核電技術(shù)中，很重要的一個部分是，需要考慮采用屏蔽防護材料防止輻射污染的問題。

碳化硼（B4C）是一種各項性能都十分優(yōu)越的材料，通常為灰黑色微粉，碳化硼中C和B的原子半徑很接近，二者的電負性相差很小，形成很強的共價鍵，共價鍵比例高達93.94％是一種硬度僅次于金剛石和立方氮化硼的物質(zhì)。同時，碳化硼密度小僅2.52g/cm³、高溫硬度高，還有著優(yōu)良的慢中子吸收能力。因此，碳化硼在核能以及中子屏蔽材料等領(lǐng)域都有著重要的應(yīng)用。在目前傳統(tǒng)的核工業(yè)領(lǐng)域使用較多的中子吸收材料就是碳化硼，在世界上已公布的反應(yīng)堆中，相當大部分常選用碳化硼作為核反應(yīng)堆的調(diào)節(jié)棒、控制棒、屏蔽棒以及中子屏蔽材料，其中屏蔽棒的重要性僅次于燃料元件。

碳化硼屏蔽材料在高溫與輻照環(huán)境下使用時，隨著服役時間的增加材料內(nèi)部的溫度梯度將產(chǎn)生熱應(yīng)力，熱導(dǎo)率越低溫差越大，產(chǎn)生的熱應(yīng)力也會越大，當熱應(yīng)力大到超過材料的斷裂強度時，材料就會因為熱應(yīng)力而產(chǎn)生破壞而不能使用。目前核反應(yīng)技術(shù)中應(yīng)用的碳化硼屏蔽材料以及其他的屏蔽材料，在考慮怎樣解決耐高溫問題時，思考的方向都是考慮怎樣對材料配方自身進行改進，提高材料自身的耐高溫性能。碳化硼材料的中子屏蔽效果優(yōu)異，一般碳化硼制成的控制棒插入堆內(nèi)愈深，吸收的中子愈多，使反應(yīng)速率減慢，以至停止；而把棒從堆內(nèi)抽出時，吸收中子減少，可使反應(yīng)堆起動或使反應(yīng)加快。這種調(diào)節(jié)一般都通過自動裝置進行，但碳化硼屏蔽材料如果摻雜了其它的元素，則會降低其中子屏蔽效果。

故怎樣提供一種以碳化硼材料為主體，中子屏蔽效果優(yōu)異同時具有良好的防高溫作用效果的中子屏蔽材料，成為本領(lǐng)域有待考慮解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于：怎樣提供一種以碳化硼材料為主體，中子屏蔽效果優(yōu)異同時具有良好的防高溫作用效果的中子屏蔽防護材料。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案。

一種中子屏蔽防護材料，包括由純粹碳化硼材料得到的基層，其特征在于，基層表面還結(jié)合形成有一層熱導(dǎo)率高于基層的表面層。

這樣，本材料的基層由純粹碳化硼材料得到，能夠保證具備良好的中子屏蔽效果，同時基層表面由于結(jié)合形成了一層高熱導(dǎo)率的表面層，故能夠依靠該高熱導(dǎo)率的表面層將基層的熱量向外傳導(dǎo)發(fā)散，進而防止基層由于溫度過高而導(dǎo)致性能下降。故本材料既具備良好的中子屏蔽效果，又能夠具備良好的防高溫作用效果，采用熱量疏導(dǎo)的方式，提高材料自身散熱效果，進而避免由于材料使用溫度過高而導(dǎo)致的熱老化情況加劇，力學(xué)性能下降，強度降低產(chǎn)生裂紋等情況。

更加具體地說，和現(xiàn)有技術(shù)相比，本申請方案是轉(zhuǎn)變了解決問題的整個思考方向。由現(xiàn)有的考慮怎樣提高材料自身耐熱性能來防止材料受熱老化，轉(zhuǎn)變?yōu)橐揽刻岣卟牧媳韺拥纳嵝阅艿姆绞絹硗ㄟ^加速材料表層散熱來防止材料受熱老化，這樣就保證了內(nèi)層材料的純粹性，材料內(nèi)層由純粹的碳化硼得到，即可保證其中子屏蔽效果不會降低，極大地提高了防護和屏蔽效果。