隨著核科學(xué)與技術(shù)的快速發(fā)展,涉核活動(dòng)及操作日趨頻繁,需要采取有效措施防護(hù)輻射環(huán)境中的高能射線,尤其是同時(shí)含有中子與伽馬射線的混合輻射場(chǎng),確保作業(yè)人員生命安全及設(shè)備正常運(yùn)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(jī)功能材料能夠同時(shí)有效地防護(hù)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(hù)功能的新型無機(jī)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(shí)具有防護(hù)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(jìn)一步生長(zhǎng)。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(duì)Pb_3B_(10)0 O_(16)[OH]_4晶體進(jìn)行射線屏蔽性能測(cè)試。結(jié)果表明所合成的化合物對(duì)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(duì)于射線的屏蔽能力增加。對(duì)比不同尺度和形貌的Pb_3B_(10)0 O_(16)[OH]_4晶體對(duì)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(shí)納米結(jié)構(gòu)材料展現(xiàn)出對(duì)中子及伽馬射線更好的吸收效果。其次,為了適應(yīng)復(fù)雜輻射環(huán)境(如中子占主導(dǎo))的防護(hù)需要,合成了BN/Pb WO_4復(fù)合材料和BN@Pb WO_4核殼結(jié)構(gòu),可以通過控制功能結(jié)構(gòu)中B含量調(diào)控材料的輻射防護(hù)性能。通過水熱法制備出BN/Pb WO_4復(fù)合材料,材料的形貌和大小與BN添加量有關(guān)。BN的相對(duì)質(zhì)量為3wt%時(shí),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(gòu)材料。對(duì)所合成的材料進(jìn)行中子及伽馬射線屏蔽性能測(cè)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(hù)能力。樣品對(duì)于高能伽馬射線的吸收不如低能伽馬射線;對(duì)能量為105.3Ke V的伽馬射線衰減能力最好,屏蔽率達(dá)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(xué)位單位】：西南科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TB34
【部分圖文】：

圖 1-1 光電效應(yīng)示意圖Figure 1-1 The schematic diagram of photoelectric effect2）康普頓效應(yīng)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(duì)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(dāng)動(dòng)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(yīng)和光電效應(yīng)。最終被介質(zhì)部分逃逸出去。當(dāng)能量約為 1Mev 的伽馬射線輻射材料時(shí)康普頓效應(yīng)，如圖 1-2 所示。

圖 1-2 康普頓效應(yīng)示意圖Figure 1-2 The schematic diagram of Compton Effect子對(duì)效應(yīng)材料被能量大于 1.02Mev 的伽馬射線輻照時(shí)，庫(kù)倫作用下，伽馬光子消失并轉(zhuǎn)化為一對(duì)正負(fù)電子對(duì)效應(yīng)，如圖 1-3 所示。其中消失的伽馬光子子對(duì)的靜態(tài)能量，剩余部分能量轉(zhuǎn)化為電子對(duì)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(yīng)示意圖Figure 1-2 The schematic diagram of Compton Effect3）電子對(duì)效應(yīng)屏蔽材料被能量大于 1.02Mev 的伽馬射線輻照時(shí)，伽馬子的庫(kù)倫作用下，伽馬光子消失并轉(zhuǎn)化為一對(duì)正負(fù)電子，為電子對(duì)效應(yīng)，如圖 1-3 所示。其中消失的伽馬光子能量負(fù)電子對(duì)的靜態(tài)能量，剩余部分能量轉(zhuǎn)化為電子對(duì)的動(dòng)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(xiàn)】

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本文編號(hào)：2822854