一种核辐射屏蔽结构及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种核辐射屏蔽结构及其制造方法，涉及防核辐射技术领域。该核辐射屏蔽结构包括依次交替层叠设置的多层中子屏蔽层和多层伽马射线屏蔽层。其中的中子屏蔽层利用聚合物树脂基体剂、增强材料剂、中子慢化剂、热中子吸收剂以及偶联剂通过合理配比制得，伽马射线屏蔽层利用聚合物树脂基体剂、增强材料剂以及伽马射线屏蔽剂通过合理配比制得。其具有体积小，质量轻，便于移动和运输，并且耐高温，能够适用于各种极端环境，内部缺陷少，辐射屏蔽效果好，便于加工和维护的优点。

A kind of nuclear radiation shielding structure and its manufacturing method

【技术实现步骤摘要】
一种核辐射屏蔽结构及其制造方法
本专利技术涉及防核辐射
，具体而言，涉及一种核辐射屏蔽结构及其制造方法。
技术介绍
核能作为一种重要的清洁能源，在保障能源供应、实现能源低碳清洁发展方面具有重要作用。随着核电、核动力船舶、辐照加工、无损检测、放射治疗等产业的快速发展，高能辐射射线已广泛应用于工业、医疗、科研等多个领域，射线对人体的伤害和对环境的破坏也逐渐被人类所认识。各类放射性射线(X射线、γ射线、中子、α射线等)中，中子和γ射线对人体的危害最大，因此辐射防护设计主要考虑屏蔽中子和γ射线。现在，传统、单一的屏蔽材料如混凝土、铅硼聚乙烯等已经不能满足现代防护设备的使用要求，其中混凝土多用于体积不受限制的固定堆屏蔽材料，体积大，质量重，移动和运输困难；而铅硼聚乙烯不耐高温，在110℃时就软化，且抗辐照效应差，导致在很多环境下使用受到限制。有鉴于此，设计出一种质量轻、耐高温的核辐射屏蔽结构及其制造方法特别是在工业生产中显得尤为重要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种核辐射屏蔽结构，体积小，质量轻，便于移动和运输，并且耐高温，能够适用于各种极端环境，内部缺陷少，辐射屏蔽效果好，便于加工和维护。本专利技术的另一目的在于提供一种核辐射屏蔽结构的制造方法，步骤简单，制造工艺合理，成本低，操作条件温和、易于实现，具有较大的工业应用前景。本专利技术解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。本专利技术提出一种核辐射屏蔽结构，包括依次交替层叠设置的多层中子屏蔽层和多层伽马射线屏蔽层；中子屏蔽层主要由以下重量份数计的原料制成：聚合物树脂基体剂40～90份、增强材料剂5～90份、中子慢化剂2～10份、热中子吸收剂2～25份、偶联剂1～5份；伽马射线屏蔽层主要由以下重量份数计的原料制成：聚合物树脂基体剂40-90份、增强材料剂5-90份、伽马射线屏蔽剂5-40份。本专利技术提出一种核辐射屏蔽结构的制造方法，用于制造上述的核辐射屏蔽结构，该核辐射屏蔽结构的制造方法包括：将中子慢化剂、热中子吸收剂和偶联剂混合后活化，再加入聚合物树脂基体剂，得到第一混合物；在伽马射线屏蔽剂中加入聚合物树脂基体剂，得到第二混合物；以第一混合物和增强材料剂为原料制备第一湿式预浸料，干燥后得到第一固体预浸料；以第二混合物和增强材料剂为原料制备第二湿式预浸料，干燥后得到第二固体预浸料；将多个第一固体预浸料和多个第二固体预浸料热压成型，得到核辐射屏蔽结构。本专利技术实施例的核辐射屏蔽结构及其制造方法的有益效果是：提供的核辐射屏蔽结构由多层中子屏蔽层和多层伽马射线屏蔽层交替层叠设置，其中的中子屏蔽层利用聚合物树脂基体剂、增强材料剂、中子慢化剂、热中子吸收剂以及偶联剂通过合理配比制得，伽马射线屏蔽层利用聚合物树脂基体剂、增强材料剂以及伽马射线屏蔽剂通过合理配比制得。其具有体积小，质量轻，便于移动和运输，并且耐高温，能够适用于各种极端环境，内部缺陷少，辐射屏蔽效果好，便于加工和维护的优点。聚合物树脂基体剂和增强材料剂复合，通过一定的物理和化学变化，形成具有特定形状的整体，聚合物树脂基体剂能够通过其与纤维件的界面以剪应力的形式向纤维传递载荷，保护纤维材料免受外界环境的化学作用和物理损伤，还能够阻止纤维断裂的裂纹传递，增强材料剂能够提高整体强度，中子慢化剂能够降低中子的能量，使得快中子慢化为热中子，热中子吸收剂能够对热中子进行吸收，从而实现中子屏蔽功能，偶联剂能够改善合成树脂与无机填充剂或增强材料的界面性能，伽马射线屏蔽剂能够对伽马射线进行吸收，从而实现伽马射线屏蔽功能。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为本专利技术实施例提供的核辐射屏蔽结构的结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的核辐射屏蔽结构的制造方法的步骤框图。图标：100-核辐射屏蔽结构；110-中子屏蔽层；120-伽马射线屏蔽层。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。下面对本专利技术实施例的核辐射屏蔽结构及其制造方法进行具体说明。请参照图1，本专利技术实施例提供的一种核辐射屏蔽结构100，包括依次交替层叠设置的多层中子屏蔽层110和多层伽马射线屏蔽层120，其中，中子屏蔽层110用于对中子进行屏蔽，伽马射线屏蔽层120用于对伽马射线进行屏蔽，中子屏蔽层110和伽马射线屏蔽层120共同作用，中子屏蔽率可达85％～95％，伽马射线屏蔽率可达75％～85％，体积小，质量轻，便于移动和运输，屏蔽效果好，并且核辐射屏蔽结构100的耐热温度为200℃～300℃，可适用于各种极端环境下的防辐射屏蔽。下面对中子屏蔽层110和伽马射线屏蔽层120进行详细描述。中子屏蔽层110主要由以下重量份数计的原料制成：聚合物树脂基体剂40～90份、增强材料剂5～90份、中子慢化剂2～10份、热中子吸收剂2～25份、偶联剂1～5份。伽马射线屏蔽层120主要由以下重量份数计的原料制成：聚合物树脂基体剂40-90份、增强材料剂5-90份、伽马射线屏蔽剂5-40份。值得注意的是，聚合物树脂基体对纤维有良好的粘结性，以使两者之间形成良好的界面，同时，聚合物树脂基体的弹性模量和断裂伸长率等指标与所用增强纤维相匹配，使中子屏蔽层110形成良好的机械性能，此外，聚合物树脂基体还具有良好的加工工艺性能，例如流动性、浸润性和成型性，使得中子屏蔽层110形成一个整体，具有更好的强度、刚度和韧性，适用于各种场合。具体地，聚合物树脂基体剂可以选自改性酚醛树脂、含硅芳炔树脂以及聚酰亚胺树脂中的一种或多种。改性酚醛树脂是用不同的化合物或聚合物通过化学或物理方法(如共聚或机械混合)改性制得的酚醛树脂，包括聚酰胺改性酚醛树脂、双氰胺改性酚醛树脂、环氧改性酚醛树脂、聚乙烯醇缩醛改性酚醛树脂等，改性后，酚醛树脂的冲击韧性、粘接性、机械强度、耐热性、阻燃性、尺寸稳定性、固化速度、成型工艺性等都分别得到提高。含硅芳炔树脂具有优异的工艺性能和耐热性能，固化后树脂的玻璃化转变温度高于400℃，在氮气气氛下热分解温度高达538.5℃，800℃的残留率为88.8％，并且含硅芳炔树脂对纤维具有良好的黏结性以及优良的力学性能，其弯曲强度在常温下为275MPa，在250℃下为315MPa。聚酰亚胺树脂具有优良的机械性能，其抗张强度能够达到400Mpa，弹性模量通常为3～4Gpa，耐高温，分解温度在500℃左右，耐极低温，在-269℃的液态氦中不会脆裂，不溶于有机溶剂，稳定性强，热膨胀系数高，耐辐照性能好，具有良好的介电性能。...

【技术保护点】
1.一种核辐射屏蔽结构，其特征在于，包括依次交替层叠设置的多层中子屏蔽层和多层伽马射线屏蔽层；所述中子屏蔽层主要由以下重量份数计的原料制成：聚合物树脂基体剂40～90份、增强材料剂5～90份、中子慢化剂2～10份、热中子吸收剂2～25份、偶联剂1～5份；所述伽马射线屏蔽层主要由以下重量份数计的原料制成：聚合物树脂基体剂40～90份、增强材料剂5～90份、伽马射线屏蔽剂5～40份。/n

【技术特征摘要】
1.一种核辐射屏蔽结构，其特征在于，包括依次交替层叠设置的多层中子屏蔽层和多层伽马射线屏蔽层；所述中子屏蔽层主要由以下重量份数计的原料制成：聚合物树脂基体剂40～90份、增强材料剂5～90份、中子慢化剂2～10份、热中子吸收剂2～25份、偶联剂1～5份；所述伽马射线屏蔽层主要由以下重量份数计的原料制成：聚合物树脂基体剂40～90份、增强材料剂5～90份、伽马射线屏蔽剂5～40份。


2.根据权利要求1所述的核辐射屏蔽结构，其特征在于，所述聚合物树脂基体剂选自改性酚醛树脂、含硅芳炔树脂以及聚酰亚胺树脂中的一种或多种。


3.根据权利要求1所述的核辐射屏蔽结构，其特征在于，所述增强材料剂选自玄武岩纤维、碳纤维以及玻璃纤维中的一种或多种。


4.根据权利要求1所述的核辐射屏蔽结构，其特征在于，所述热中子吸收剂选自碳化硼、氧化硼以及氮化硼中的一种或多种。


5.根据权利要求1所述的核辐射屏蔽结构，其特征在于，所述中子慢化剂为密度大于1.6克/立方厘米的石墨。


6.根据权利要求1所述的核辐射屏蔽结构，其特征在于，所述伽马射线屏蔽剂选自铅粉、氧化铅以及钨粉中的一种或多种。


7.一种核辐射屏蔽结构的制造方法，其特征在于，用于制造如权利要求1至6任一项所述的核辐射屏蔽结构，所述核辐射屏蔽结构的制造方法包括：
将所述中子慢化剂、所述热中子吸收剂和所述偶联剂混合后活化，再加入所述聚合物树脂基体剂，得到第一混合物；<...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨中甲，郑小芳，谭雪林，郭国万，江雷，
申请(专利权)人：北航四川西部国际创新港科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51