[發(fā)明專利]一種基于石墨烯納米材料的高性能核輻射屏蔽裝置及技術(shù)

有效

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• 申請日: 2019-03-26
• 公開（公告）號: CN109903871B
• 公開（公告）日: 2021-04-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳培源;程金生;鐘聲
• 申請（專利權(quán)）人: 廣東國源環(huán)保機(jī)電設(shè)備工程有限公司
• 主分類號: G21F1/02
• 分類號: G21F1/02;G21F1/10;G21F3/025;G21F3/035
• 代理公司: 深圳市千納專利代理有限公司 44218
• 代理人: 徐慶蓮

本發(fā)明公開了一種基于石墨烯納米材料的高性能核輻射屏蔽裝置，包括服裝本體、耐磨防輻射多層石墨烯納米復(fù)合材料的鞋底、防輻射襪、柔性防輻射石墨烯納米復(fù)合材料的手套、腕部柔性防輻射石墨烯納米復(fù)合材料和面部防輻射多層石墨烯納米復(fù)合材料；本發(fā)明還公開了一種基于石墨烯納米材料的高性能核輻射屏蔽裝置的屏蔽方法；利用石墨烯及其各類功能化納米復(fù)合材料在核輻射屏蔽領(lǐng)域的優(yōu)異特性，充分考慮不同核輻射源的特點，以開發(fā)新型高性能核輻射屏蔽技術(shù)及相關(guān)屏蔽服飾，可較好地屏蔽ɑ、β、γ、X射線及放射性核素，并能較好地慢化、吸收中子輻射；適用于核電站，核輻射站，核原料生產(chǎn)廠，核乏燃料處理站、外太空、外星球應(yīng)用場景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于核輻射屏蔽技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于石墨烯納米材料的高性能核輻射屏蔽裝置及技術(shù)。

背景技術(shù)

核輻射防護(hù)材料的開發(fā)與應(yīng)用，是民用健康防護(hù)工作的一大重點，也是核能開發(fā)、軍事防護(hù)等領(lǐng)域的重要組成部分。近年來，圍繞核能和各類射線應(yīng)用而展開的各種基礎(chǔ)研究或工業(yè)應(yīng)用很多(如核電站)，對個人核輻射屏蔽防護(hù)提出了更高要求。在航天領(lǐng)域，各種探月以及火星、土衛(wèi)二等其它星球探索、登月航天探測器，宇航員艙內(nèi)服及太空行走艙外服均需要進(jìn)行高效的射線防護(hù)。很有必要開發(fā)一類輕便、高效的核輻射屏蔽服飾及相關(guān)屏蔽技術(shù)。

核輻射主要是α、β、γ三種射線，中子以及各類放射性核素：α射線是氦核，外照射穿透能力很弱，但吸入體內(nèi)危害大；β射線是電子流，帶一個單位的負(fù)電荷，照射皮膚后燒傷明顯。這兩種射線由于穿透力小，影響距離比較近只要輻射源不進(jìn)入體內(nèi)，影響不會太大；但γ射線作為一種波長很短的電磁波，和X射線相似，穿透力很強(qiáng)，能穿透人體和建筑物，危害距離遠(yuǎn)。各類放射性核素包括氚、鈷60、鎳63、硒75、銻124、碘131、銫137、鐳226、钚238等，對人體危害也很大。

核輻射對人體的危害極大，核事故和原子彈爆炸的核輻射都會造成人員的立即死亡或重度損傷。還會引發(fā)癌癥、不育、怪胎等。

在輻射防護(hù)中，根據(jù)中子能量的高低，可以把中子分為能量小于5keV的慢中子、能量范圍為5～100keV的中能中子和能量為0.1～500MeV的快中子三大類，其中慢中子中能量小于1eV(一般為0.025eV)的也稱為熱中子。中子通過物質(zhì)時具有很強(qiáng)的穿透力，對人體產(chǎn)生的危險比相同劑量的X射線、γ射線更為嚴(yán)重。人體受中子輻射后，腸胃和雄性性腺會嚴(yán)重?fù)p傷、誘導(dǎo)腫瘤的生物效應(yīng)高、并易導(dǎo)致早期死亡，同時受損傷的機(jī)體易感染且程度重，所致眼晶體混濁的相對生物效應(yīng)為γ或X射線的2～14倍。造成造血器官衰竭，消化系統(tǒng)損傷，中樞神經(jīng)損傷。還可以造成惡性腫瘤、白血病、白內(nèi)障等。中子輻射還會產(chǎn)生遺傳效應(yīng)，影響受輻射者后代發(fā)育。

減少受到核輻射有三個要點：距離、時間和屏蔽，即1)遠(yuǎn)離輻射源，人員所受的輻射劑量與他和輻射源的距離的平方成反比；2)減少暴露時間，輻射劑量是有累加效果的，暴露在輻射中的時間越長，所受的劑量越大；3)對輻射進(jìn)行屏蔽，有效的屏蔽能夠極大的減少人員所受的輻射。

目前，屏蔽γ射線最佳的方法是使用高密度高原子序數(shù)的材料，常用的有鐵、鉛及混凝土材料等。同時，能量越高的伽瑪射線需要越厚的屏蔽。研究者也采用乳液共混和原位還原法制備了天然橡膠(NR)/還原氧化石墨烯(RGO)納米復(fù)合材料,并研究了γ射線輻照對復(fù)合材料力學(xué)性能和熱穩(wěn)定性的影響。研究結(jié)果表明,RGO以少數(shù)幾層堆疊片層結(jié)構(gòu)均勻分散于NR基體中，RGO的加入可顯著提高NR的力學(xué)性能和熱穩(wěn)定性,經(jīng)200kGy的γ射線輻射后,純NR的拉伸強(qiáng)度和T50分別下降了75％和4.5℃,而NR/RGO-0.6％復(fù)合體系僅分別下降了56％和1.2℃，揭示了RGO提高材料耐輻射性能的機(jī)理,由于RGO可捕捉猝滅因輻射產(chǎn)生的自由基,從而減弱了輻射老化降解和交聯(lián)反應(yīng)的發(fā)生。

本發(fā)明充分利用“新材料之王”石墨烯及其各類功能化納米復(fù)合材料在核輻射屏蔽領(lǐng)域優(yōu)異特性，針對核電站、星際探索等不同應(yīng)用場景，充分考慮不同核輻射源的特點，開發(fā)新型高性能核輻射屏蔽技術(shù)及相關(guān)技術(shù)，為人們身體健康提供一道綠色屏障。

發(fā)明內(nèi)容