【摘要】：本文針對船用核反應堆輻射場特點、屏蔽防護需求和使用環(huán)境條件,開展了屏蔽膩子的優(yōu)化設計及應用研究。選用耐腐蝕防霉變優(yōu)異、粘結度強、無毒性的雙酚A環(huán)氧樹脂和脂環(huán)胺固化劑作為基體材料,添加粒徑約100μm的鉛、聚乙烯、碳化硼等屏蔽添加劑提高屏蔽膩子的輻射防護性能。采用蒙特卡羅方法對屏蔽膩子的主要成分配比進行了優(yōu)化設計。計算結果表明,碳化硼含量為5%~15%、鉛含量為80%時,中子的慢化與吸收達到平衡,較高的鉛含量大幅增強了其對γ射線及次級γ射線的屏蔽防護能力,使屏蔽膩子對235 U誘發(fā)裂變源的綜合輻射防護能力達到最佳水平。消泡劑、分散劑、流平劑、促進劑等加工助劑的添加對屏蔽膩子快速固化、氣泡排除、混合均勻、成型致密光滑起到了重要促進作用。通過樣品試制和試驗測試,證明了優(yōu)化設計的屏蔽膩子具有優(yōu)異的屏蔽性能、耐輻照老化性能、固化成型質量、粘結強度、混合澆灌施工便捷性能等,能有效滿足船用核反應堆等設施屏蔽縫隙處及不規(guī)則部位的輻射防護使用需求。
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圖１屏蔽膩子設計思路Ｆｉｇ．１Ｄｅｓｉｇｎｆｌｏｗｃｈａｒｔｏｆｓｈｉｅｌｄｉｎｇｐｕｔｔｙ有機硅樹脂對雙酚Ａ型環(huán)氧樹脂進行改性［６］，從而提高基體樹脂的整體性能。２）固化劑熱固性環(huán)氧樹脂是線型或帶支鏈結構，僅在與固化劑發(fā)生交聯反應生成具有三維網狀結構的聚合物后才具有應用價值。環(huán)氧樹脂的種類確定后，固化劑的選擇對屏蔽膩子工藝性能和固化產物的成型外觀、固化時間、收縮率、粘結強度等綜合性能起到了決定性作用［８］。常用的胺類固化劑存在毒性大、氣味較刺激、固化速度過快等缺點，導致其與環(huán)氧樹脂相容性較差。本文采用具有環(huán)狀結構的飽和脂肪族胺類化合物作為固化劑，并通過改性調整支鏈長度，以控制固化劑與環(huán)氧樹脂的相容性及固化速度，提高基體材料對屏蔽添加劑等的分散均勻程度、柔韌性、抗環(huán)境開裂性等整體性能，并極大地降低了胺類固化劑的刺激性氣味和毒性。３）屏蔽添加劑根據中子、γ射線與物質的相互作用［９－１０］可知，鉛、鐵、鎢等高原子序數元素能通過光電效應、康普頓效應和電子對效應等吸收和散射γ射線，同時通過非彈性散射將快中子慢化為慢中子。慢中子主要與氫含量大的物質通過彈性散射進一步慢化為熱中子，最后，添加含硼、釓、鎘等熱中子吸收截面大的化合物或單質，將熱中子吸收。基體樹脂氫含量較低（約５％～７％），其對中子的屏蔽性能大幅低于聚乙烯（氫含量約１４．３％）、含硼聚乙烯等常用的屏蔽板材，因此需在環(huán)氧樹脂基體材料中添加聚乙烯、碳化硼粉等屏蔽添加劑，提高其對中子的慢化吸收能力；同時，針對某些使用部位或場合對γ射線的防護需求，添加鉛粉等屏蔽添加劑增強屏蔽膩子對γ射線的防護能

２基于蒙特卡羅方法的屏蔽性能計算２．１計算工具簡介本文采用基于蒙特卡羅方法的ＭＣＮＰ程序［１１］，模擬計算不同成分配比屏蔽膩子對２３５Ｕ誘發(fā)裂變譜的屏蔽衰減能力，并與主要成分、密度類似的鉛硼聚乙烯板進行比較，從而設計出滿足屏蔽性能的屏蔽膩子。２．２計算模型建立本文建立的２３５Ｕ誘發(fā)裂變譜源項計算模型如圖２所示。該模型中將核動力裝置輻射源項簡化描述為一圓形面源，其能譜與半徑無關，實際計算時半徑�。担悖�。源發(fā)射方向垂直于待計算的屏蔽膩子表面，在６０ｃｍ×６０ｃｍ×（５～４０ｃｍ）尺寸的屏蔽膩子后采用點計數器統(tǒng)計該中心點處的注量率，再乘以注量率－劑量率轉換因子得到中子、γ的劑量當量率。２３５Ｕ誘發(fā)裂變能譜［１２－１３］（即每次裂變釋放２．４０７個中子和７．７７個γ光子）的中子和γ光子能譜分布分別為：Ｎ（Ｅｎ）＝０．７７０i幔牛睿澹牛睿保玻梗埃埃埃玻擔澹幀埽牛睢埽保矗停澹鄭ǎ保危ǎ紐茫劍叮叮埃保停澹幀埽紐茫跡埃叮停澹鄭玻埃玻澹保罰福紐茫埃叮停澹幀埽紐茫跡保擔停澹鄭罰玻澹保埃梗紐茫保擔停澹幀埽紐謾躳舙膒疲保埃擔停澹鄭ǎ玻玻臣撲愎碳敖峁治觶保┘撲愎癱疚鬧脅捎玫撓謝韙男曰費跏髦費踔滴埃矗浮埃擔�，改袌@防喙袒料嘍苑腫又柿課保罰�，会悅冣原奏]�，因此固化剂用量霸~劍ǎ常┙屑撲悖海祝劍停牛齲ǎ常┦街校海孜浚保埃埃緇費跏髦韞袒劣昧浚唬臀袒練腫恿浚，

本文編號：2545476