隨著核科學與技術的快速發(fā)展,涉核活動及操作日趨頻繁,需要采取有效措施防護輻射環(huán)境中的高能射線,尤其是同時含有中子與伽馬射線的混合輻射場,確保作業(yè)人員生命安全及設備正常運行。通常來說,輕元素(如H和B)能夠吸收中子;重元素能夠衰減伽馬射線。不過,目前還沒有一種無機功能材料能夠同時有效地防護中子和伽馬射線。為此,非常有必要將具有中子吸收能力的氫、硼元素和具有伽馬射線衰減功能的重元素結(jié)合起來,制備出具有中子/伽馬射線共同防護功能的新型無機功能材料。鑒于此,首先,利用水熱合成法將重元素鉛和輕元素硼和氫組裝成不同形貌和尺寸的Pb_3B_(10)0 O_(16)[OH]_4晶體,使其同時具有防護中子及伽馬射線的功能。在合成Pb_3B_(10)0 O_(16)[OH]_4晶體的過程中,吡啶通過與鉛離子配位產(chǎn)生弱作用,這使得晶體沿著特定方向的進一步生長。而隨著氨水使用量的改變,單體濃度越大,晶核的數(shù)量也越多,Pb_3B_(10)0 O_(16)[OH]_4晶體的尺寸可以由幾十微米轉(zhuǎn)變?yōu)榧{米尺度。通過對Pb_3B_(10)0 O_(16)[OH]_4晶體進行射線屏蔽性能測試。結(jié)果表明所合成的化合物對中子及伽馬射線都有良好的吸收能力。隨著Pb_3B_(10)0 O_(16)[OH]_4晶體使用量的增大,對于射線的屏蔽能力增加。對比不同尺度和形貌的Pb_3B_(10)0 O_(16)[OH]_4晶體對射線的吸收能力,結(jié)果表明片狀材料展現(xiàn)出最好的屏蔽性能,同時納米結(jié)構材料展現(xiàn)出對中子及伽馬射線更好的吸收效果。其次,為了適應復雜輻射環(huán)境(如中子占主導)的防護需要,合成了BN/Pb WO_4復合材料和BN@Pb WO_4核殼結(jié)構,可以通過控制功能結(jié)構中B含量調(diào)控材料的輻射防護性能。通過水熱法制備出BN/Pb WO_4復合材料,材料的形貌和大小與BN添加量有關。BN的相對質(zhì)量為3wt%時,形成了BN包裹棒狀Pb WO_4材料。而利用溶膠凝膠可以在Pb WO_4晶體表面原位合成BN,形成新型BN@Pb WO_4核殼結(jié)構材料。對所合成的材料進行中子及伽馬射線屏蔽性能測試,結(jié)果表明BN/Pb WO_4和BN@P b W O_4材料都具有良好的中子及伽馬射線共同防護能力。樣品對于高能伽馬射線的吸收不如低能伽馬射線;對能量為105.3Ke V的伽馬射線衰減能力最好,屏蔽率達到78.45%。硼元素含量增加是中子屏蔽率快速增加的主要原因,幾乎90%的熱中子被吸收。
【學位單位】：西南科技大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TB34
【部分圖文】：

圖 1-1 光電效應示意圖Figure 1-1 The schematic diagram of photoelectric effect2）康普頓效應入射的伽馬光子與介質(zhì)原子核外電子發(fā)生彈性碰撞，光子生改變，而電子得到伽馬光子部分能量從原子中逃逸出來，這種反沖電子被稱為康普頓電子。由于原子核外層電子較小，與具有相對極高能量的伽馬光子碰撞后，反沖電子基本就是入射伽馬光子與散射光子的能量差。具有相當動可以繼續(xù)在材料中產(chǎn)生電離和激發(fā)作用，而散射的光子也質(zhì)原子中的電子產(chǎn)生康普頓效應和光電效應。最終被介質(zhì)部分逃逸出去。當能量約為 1Mev 的伽馬射線輻射材料時康普頓效應，如圖 1-2 所示。

圖 1-2 康普頓效應示意圖Figure 1-2 The schematic diagram of Compton Effect子對效應材料被能量大于 1.02Mev 的伽馬射線輻照時，庫倫作用下，伽馬光子消失并轉(zhuǎn)化為一對正負電子對效應，如圖 1-3 所示。其中消失的伽馬光子子對的靜態(tài)能量，剩余部分能量轉(zhuǎn)化為電子對的料發(fā)生電離和激發(fā)作用，損失能量的正電子將于產(chǎn)生伽馬射線。

圖 1-2 康普頓效應示意圖Figure 1-2 The schematic diagram of Compton Effect3）電子對效應屏蔽材料被能量大于 1.02Mev 的伽馬射線輻照時，伽馬子的庫倫作用下，伽馬光子消失并轉(zhuǎn)化為一對正負電子，為電子對效應，如圖 1-3 所示。其中消失的伽馬光子能量負電子對的靜態(tài)能量，剩余部分能量轉(zhuǎn)化為電子對的動能質(zhì)材料發(fā)生電離和激發(fā)作用，損失能量的正電子將于材料湮沒產(chǎn)生伽馬射線。

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

1 M.Salimi;N.Ghal-Eh;E.Asadi Amirabadi;;Characterization of a new shielding rubber for use in neutron gamma mixed fields[J];Nuclear Science and Techniques;2018年03期

2 Yi-Chuan Liao;Dui-Gong Xu;Peng-Cheng Zhang;;B_4C/NRL flexible films for thermal neutron shielding[J];Nuclear Science and Techniques;2018年02期

3 吳鵬;劉淼;鄧建國;付俊杰;鄧志華;宋遠強;;中子屏蔽材料的研究進展[J];化工新型材料;2017年09期

4 孟憲芳;張龍;王士軍;孫超;馬慧玲;秦培中;;材料組合模式對中子屏蔽性能影響研究[J];核電子學與探測技術;2017年06期

5 V.P.Singh;N.M.Badiger;S.Kothan;S.Kaewjaeng;T.Korkut;H.J.Kim;J.Kaewkhao;;Gamma-ray and neutron shielding efficiency of Pb-free gadolinium-based glasses[J];Nuclear Science and Techniques;2016年04期

6 楊文鋒;劉穎;伍曉勇;;大氣等離子噴涂制備Fe-Ni-B合金涂層-321不銹鋼層狀復合材料的射線屏蔽性能研究[J];功能材料;2015年09期

7 戴春娟;劉希琴;劉子利;;高密度B_4C/Al中子屏蔽材料的蒙特卡羅模擬[J];核技術;2013年03期

8 萬俊生;楊永青;劉書煥;趙英;劉喃喃;;α射線致空氣電離的實驗研究[J];原子能科學技術;2008年S1期

9 張家驊;包伯榮;陳冠英;張孫曦;;展望可再生核電能源取代火電的前景[J];核技術;2008年04期

10 馮述虎;我國能源開發(fā)面臨的問題與對策[J];資源開發(fā)與市場;2004年03期

相關碩士學位論文 前2條

1 汪趁時;新型聚丙烯酸/金屬復合輻射屏蔽材料研究[D];東南大學;2015年

2 沈孝紅;聚合物/鉛輻射防護材料的制備及其輻射屏蔽性能研究[D];南京航空航天大學;2008年

本文編號：2822854