一种辐射屏蔽玻璃及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种辐射屏蔽玻璃，按质量百分比表示，其化学组分为SiO2：10~30%、PbO：25~60%、Al2O3：0~20%、B2O3：0~20%、Li2O：0~20%、Re2O3(Re=Gd、Eu、Dy)：0~15%、In2O3：0~15%、CeO2：0~1.5%，并提供一种相同组分屏蔽玻璃的制备方法，该屏蔽玻璃γ射线吸收系数分别在0.5cm‑1（0.511MeV）和0.3cm‑1（1.25MeV）以上，厚度为6mm时其可见光透过率大于80%，慢、中能、快中子屏蔽率分别在97%、40%和20%以上，可用于核工业用γ射线和中子辐射、医疗用超热中子辐射场或PET检查用γ射线的屏蔽防护窗（板）。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及辐射屏蔽玻璃及其制备方法，尤其涉及用于γ射线和中子辐射用屏蔽防护玻璃，该辐射屏蔽玻璃适用于核工业及医疗中γ射线和（或）中子辐射屏蔽防护窗或屏蔽防护板。
技术介绍
核材料是核技术的基础，随着科学技术的不断发展，核技术在国防、医学和科研等领域的应用日益广泛。然而不管是在核材料制备领域还是在核技术应用领域，各种核辐射如γ射线和中子辐射对人体、仪器、环境等有很大的辐射危害，并引起国际辐射防护领域的极大关注。因此对各种辐射进行良好的辐射屏蔽是核技术应用和发展的重要保障。目前屏蔽γ射线的常用材料为铅或含铅玻璃，屏蔽中子辐射的常用材料为水、混凝土以及石蜡或聚乙烯等高含氢材料。在核材料的研制和生产过程中，工作人员要对化学反应进行实时观察；在采用超热中子辐射场的医用治疗系统中或PET（正电子发射断层显像）检查中，操作人员要实时观察和指导被检查者。在此种情况下操作室或检查室等需安装辐射屏蔽透明玻璃窗口以方便各项工作顺利进行。应用于上述操作室或检查的窗口玻璃需具备一定特殊性能：首先，具有良好的辐射屏蔽性能，最大限度降低操作人员所受的辐照剂量；其次，具有较高的强度和耐热性，确保窗口玻璃安全可靠；最后，具备良好的透视效果，方便操作人员对室内实时观察。目前核工业用透明玻璃窗口多为含铅玻璃，其对γ射线的防护能力较好但对中子的防护能力较差。日本电气硝子株式会社公布的一种PbO含量高的辐射屏蔽玻璃（参见：中国专利申请号200680038112. X），该屏蔽玻璃可屏蔽能量为0.511MeV的γ射线，但是对中子的防护未见报道。另一类辐射屏蔽透明材料为硼或稀土等掺杂的有机玻璃，如掺硼聚乙烯通过10B的（n，α）反应吸收热中子，但易受到辐照损伤，并且当中子通量大时，屏蔽体因吸收α射线而产生氦气并发热（参见：何建洪等，材料导报，2011，25：347）；铅硼聚乙烯、含硼聚丙烯虽然具有良好的工程性能、尺寸稳定性和耐γ射线辐照性能，但其使用温度仅为80~100℃（参见：马涛等，高分子通报，2011，9：81）；由于某些稀土元素对热中子的吸收截面比B和Cd等元素高出十几倍，稀土掺杂的高分子复合材料是目前较为理想的中子辐射屏蔽材料，但稀土粒子对高聚物的降解作用会影响其机械性能（参见：刘力等，中国稀土学报，2001，19（3）：193）。目前某些屏蔽材料已经广泛应用于核反应堆屏蔽系统，随着科学技术的发展，人们更加注重辐射危险人群的防护，因此对辐射屏蔽防护窗提出了更高的要求。上述几种材料仍有以下不足：辐射屏蔽效果不良，耐热性能和机械性能差，抗辐照能力较弱等。无机透明玻璃由于具有良好的耐热性和机械性能而广泛应用于建筑、医疗、科研等各个领域，如铅玻璃已应用于γ射线的防护领域，含B2O3的玻璃被用作吸收慢中子的玻璃。由于无机玻璃组分的选择范围非常大，并且各组分可在一定范围内连续变化，因此通过玻璃中不同功能氧化物的相互配合可以实现对γ射线、快中子、中能中子以及慢中子辐射的综合防护，但是目前尚未检索到能够同时实现对γ射线和中子（包括快、中能和慢中子）辐射屏蔽的无机透明玻璃。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种能够屏蔽γ射线和中子辐射的屏蔽玻璃，并提供其制备方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是: 一种辐射屏蔽玻璃，按质量百分比表示，其化学组分为SiO2：10~30%、PbO：25~60%、Al2O3：0~20%、B2O3：0~20%、Li2O：0~20%、Re2O3(Re=Gd、Eu、Dy)：0~15%、In2O3：0~15%、CeO2：0~1.5%。SiO2是形成玻璃网络结构的成分，可以提高玻璃热稳定性，PbO是屏蔽γ射线辐射的主要成分，Al2O3是慢化中子的成分，并且是提高玻璃热稳定性的成分，B2O3是吸收慢中子的成分，同时能够加速玻璃的澄清，降低玻璃的析晶能力，Li2O是吸收慢中子的成分，是强助熔剂，Re2O3(Re=Gd、Eu、Dy)是慢化中子和吸收慢中子的成分，In2O3是慢化中子和俘获快中子的成分，CeO2是提高玻璃耐辐照性能的成分。一种辐射屏蔽玻璃，其制备方法，包括以下步骤： （1）玻璃熔制工艺：按配定比例称取原料，将温度升至950~1100℃后分多次加料，然后将温度升至1100~1300℃进行原料熔化。玻璃原料在熔化过程中，定时搅拌使熔体均化，澄清温度高于化料温度约100℃。（2）玻璃浇注成形工艺：在完成玻璃化料、均化和澄清后，将玻璃液降温冷却至950~1200℃之间，模具温度控制在460~650℃之间，直接将玻璃熔体浇注成形。（3）玻璃退火工艺：将浇注成形的玻璃在410~620℃的温度下进行退火，以消除玻璃内应力，满足后期切割、研磨、抛光等冷加工的要求，最终得到能够屏蔽γ射线和中子辐射的屏蔽玻璃成品。由于上述技术方案运用，本专利技术与现有技术相比具有下列优点：（1）本专利技术所述的辐射屏蔽玻璃对γ射线和中子辐射有良好的屏蔽能力：该辐射屏蔽玻璃中含有相当量的PbO，故对γ射线有良好的屏蔽能力；该辐射屏蔽玻璃中含有多种中子慢化组分，如Al2O3、Re2O3(Re=Gd、Eu、Dy)或In2O3，同时中重核元素氧化物对快中子的俘获能力也较强，在此基础上辐射屏蔽玻璃中含有多种慢中子吸收成分，如B2O3、Li2O或Re2O3(Re=Gd、Eu、Dy)；因此该辐射屏蔽玻璃对中子有良好的屏蔽能力。经实验验证，仅6mm厚辐射屏蔽玻璃对252Cf快中子屏蔽率在20%以上，中能中子屏蔽率在40%以上，热中子的屏蔽率在97%以上，辐射屏蔽玻璃对能量为0.511MeV的γ射线吸收系数在0.50cm-1以上，对平均能量为1.25MeV的γ射线吸收系数在0.28cm-1以上。（2）本专利技术所论述的辐射屏蔽玻璃耐热温度高，且机械性能良好，其软化点在460℃以上，努氏硬度在400以上，均优于有机屏蔽玻璃。具体实施方式下面结合下而结合具体实施例进一步详细描述本专利技术。实施案例1一种辐射屏蔽玻璃，其化学组分含量为：SiO2：10%、PbO：35%、Al2O3：20%、B2O3：10%、Li2O：5%、In2O3：10%、Gd2O3：10%、CeO2：0.5%。以上化合物中各组分用量单位以质量百分比计。上述所述辐射屏蔽玻璃的制备方法如下， 其工艺步骤为:（1）按配定比例称取原料，将温度升至950~1100℃后分多次加料，然后将温度升至1100~1250℃进行原料熔化。玻璃原料在熔化过程中，定时搅拌使熔体均化，澄清温度高于化料温度约100℃；（2）在完成玻璃化料、均化和澄清后，将玻璃液降温冷却至950~1100℃之间，模具温度控制在460~550℃之间，直接将玻璃熔体浇注成形；（3）将浇注成形的玻璃在410~500℃的温度下进行退火，以消除玻璃内应力。实施案例2一种辐射屏蔽玻璃，其化学组分含量为：SiO2：20%、PbO：45%、Al2O3：15%、In2O3：10%、Dy2O3：10%、CeO2：0.2%。以上化合物中各组分用量单位以质量百分比计。上述所述辐射屏蔽玻璃的制备方法如下：（1）按配定比例称取原料，将温度升至950~1100℃后分多次加料，然后将温度升至1200~1300℃进行原料熔化；玻璃原料在熔化过程中，定时搅拌使熔体均化，澄清温度高于化料温度约100本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种辐射屏蔽玻璃，其特征在于，按质量百分比表示，玻璃化学组分为：SiO2：10~30%、PbO：25~60%、Al2O3：0~20%、B2O3：0~20%、Li2O：0~20%、Re2O3(Re=Gd、Eu、Dy)：0~15%、In2O3：0~15%、CeO2：0~1.5%。

【技术特征摘要】
1.一种辐射屏蔽玻璃，其特征在于，按质量百分比表示，玻璃化学组分为：SiO2：10~30%、PbO：25~60%、Al2O3：0~20%、B2O3：0~20%、Li2O：0~20%、Re2O3(Re=Gd、Eu、Dy)：0~15%、In2O3：0~15%、CeO2：0~1.5%。2.一种辐射屏蔽玻璃，其特征在于，按质量百分比表示，玻璃化学组分为：SiO2：10~30%、PbO：25~60%、Al2O3：0~20%、B2O3：0~20%、Li2O：0~20%、Re2O3(Re=Gd、Eu、Dy)：0~15%、In2O3：0~15%、CeO2：0~1.5%，可用于核工业用γ射线和中子辐射、医疗用超热中子辐射场或PET检查用γ射线辐射的屏蔽玻璃窗（板）。3.如权利要求书1~2中任何一项所述的辐射屏蔽玻璃，其特征在于，所述辐射屏蔽玻璃形状为板状，该板状体的厚度在6mm以上。4.如权利要求1~3所述的辐射屏蔽玻璃，其特征在于，用于γ射线和（或）中子辐射屏蔽的屏蔽防护窗或屏蔽防护板。5.如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭永解，范大恩，杭利军，隋宁菠，
申请(专利权)人：北京玻璃研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11