一种中子和γ射线屏蔽材料、制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种中子和γ射线屏蔽材料、制备方法及应用，涉及辐射屏蔽技术领域。本发明专利技术提供的中子和γ射线屏蔽材料，包括高熵合金

【技术实现步骤摘要】
一种中子和
γ
射线屏蔽材料、制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及辐射屏蔽材料
，尤其涉及一种中子和γ射线屏蔽材料、制备方法及应用。

技术介绍

[0002]目前市场上大部分中子和γ射线的防护屏蔽材料仍然采用铅作为主要元素，铅在40～88KeV能级范围的屏蔽中存在弱吸收问题， 而且铅是重金属，有毒，对人的健康有害。诊断用X射线的能量范围一般在40
‑
150kV，其中80
‑
100kV最为常用。当X射线能量在40
‑
80kV时，是铅的弱吸收区，而这一范围的能量区诊断用X射线的光子分布最多，是特征峰的所在处，也最是需要对此范围的X射线进行吸收的区域，但是铅对此区域的吸收效果并不好。
[0003]为了更有效地防护能量在100kV以下的诊断用X射线，需要选择具有在40
‑
90kV的X射线良好吸收效果的化学元素一起搭配，以弥补铅的不足，获得更好的防护屏蔽效果。
[0004] 2014年7月，欧盟禁止在欧洲的医疗保健器材中使用铅，对此，无铅X射线屏蔽材料的开发是当前国际社会研究辐射吸收屏蔽材料的一个热点。
[0005]辐射屏蔽要面对各种射线，其中中子是一种不带电的粒子，中子穿过物质时主要会与靶物质的原子核相互作用，其本身具较电子与γ射线更强的穿透力，对人体造成的伤害比起同等吸收剂量下的电子、γ、Ｘ射线更大。中子和靶原子核系统散射后总动能减少，则称非弹性散射。靶原子核处于激发态不稳定会马上退激，过程中会释放γ光子，发生非弹性散射。因此，在进行中子防护时，也要考虑γ射线的防护。
[0006]常用的防护中子和γ射线的材料主要有钨、铅、铋等。其中钨的价格最贵，其次是铋，铅由于价格优势而应用较多。但考虑到铅的毒性和未来的安全培训等方面的额外费用，亟需寻求一种生产成本低，防护效果好的无铅中子和γ射线的屏蔽材料。

技术实现思路

[0007]本专利技术所要解决的技术问题是如何提供无铅的中子和γ射线屏蔽材料，具体提供一种无铅的、用于中子和γ射线屏蔽的多元合金
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氧化石墨烯
‑
稀土氧化物纳米复合材料。具体地，本专利技术提供一种中子和γ射线屏蔽材料，该材料对中子和γ射线具有高效稳定的屏蔽作用。
[0008]为了解决上述问题，本专利技术提出以下技术方案：第一方面，本专利技术提供一种中子和γ射线屏蔽材料，其特征在于，由高熵合金
‑
氧化石墨烯纳米复合材料、稀土氧化物、高分子聚合物和碳化硼采用成膜工艺制得：所述的高熵合金
‑
氧化石墨烯纳米复合材料、稀土氧化物、高分子聚合物的质量比为0.1
‑
2:0.1
‑
2:1；所述碳化硼的用量为中子和γ射线屏蔽材料质量的20
‑
40%；所述高熵合金
‑
氧化石墨烯纳米复合材料采用以下方式制得：S1、将氧化石墨烯加入有机溶剂中分散均匀，得到分散液；向所述分散液中加入无
铅金属盐，混合均匀，得到反应溶液；S2、向所述反应溶液中加入还原剂进行还原反应，还原反应的温度为80
‑
120℃，无铅金属盐和还原剂的质量比为1:5
‑
10，反应结束后冷却至室温；过滤，对滤饼洗涤、干燥，得到高熵合金
‑
氧化石墨烯纳米复合材料；所述高熵合金
‑
氧化石墨烯纳米复合材料中，氧化石墨烯的质量分数为2.1
‑
24.5%；所述无铅金属盐选自铜、钨、铁、镍、铋、钴、钼、锰、锌中5种金属的可溶性金属盐，各金属盐的用量为等摩尔比。
[0009]可以理解地，本专利技术采用铜、钨、铁、镍、铋、钴、钼、锰、锌中的5种金属的可溶性金属盐作为前体化合物制备得到高熵合金，因此，上述各金属盐的添加量为等摩尔比或约等摩尔比。
[0010]可溶性金属盐可以是氯化铜、氯化钨、氯化铁、氯化镍、氯化铋、氯化锰、氯化钴、氯化锌等。
[0011]本专利技术提供的无铅金属盐中，铋作为一种高原子序数的元素，由于其对X射线光子的衰减系数高，且无毒，很有希望将来代替铅成为X射线的绿色屏蔽材料。
[0012]本专利技术所述高熵合金
‑
氧化石墨烯纳米复合材料，为5种金属制得的多元高熵合金，较单元金属或二元合金更稳定，且具有BCC、FCC和HCP晶体结构，与氧化石墨烯进行复合，提高了对中子和γ射线吸收屏蔽的作用，采用本专利技术提供的方法制得的无铅多元合金（高熵合金
‑
氧化石墨烯纳米复合材料），能够替代传统的铅板用于中子和γ射线的屏蔽。
[0013]进一步地，所述步骤S1中，有机溶剂为乙二醇、乙二胺、三乙醇胺、苯乙腈、乙腈中的一种或多种的组合。
[0014]进一步地，所述步骤S1中，还包括调节所述反应溶液的pH为10
‑
12。
[0015]具体地，所述步骤S1中，可采用氢氧化钠溶液来调节所述反应溶液的pH。
[0016]进一步地，所述步骤S2中，对滤饼洗涤的具体包括：依次用去离子水、无水乙醇各洗涤2
‑
5次；将洗涤完成的滤饼进行真空干燥，干燥温度为70
‑
110℃。
[0017]进一步地，所述步骤S2中，还原剂选自硫脲、胺基硫脲、水合肼和硫代乙酰胺中的至少一种。
[0018]进一步地，所述高分子聚合物具备防辐射和抗污染性能，具体选自PE（聚乙烯）、PES（聚醚砜）、PI（聚酰亚胺）、EPDM（三元乙丙橡胶）或EPDM
‑
g
‑
MAH（马来酸酐接枝改性的三元乙丙橡胶）。
[0019]需要说明的是，本专利技术提供的中子和γ射线屏蔽材料，含有稀土氧化物，如氧化铒、氧化钐、氧化钇等。稀土元素无毒，且由于具有特殊的电子结构而具备屏蔽性能，其ｋ电子层能级对Ｘ射线的吸收刚好可以弥补铅在40～88KeV能级范围内的弱吸收问题。例如，钐的ｋ电子层能级为46.847KeV，可以很好地弥补铅的弱吸收问题；氧化铒在57～90KeV范围内防护效果最好。
[0020]可以理解地，碳化硼具有较高的热中子吸收能力，其在本专利技术的中子和γ射线屏蔽材料中的质量分数为20
‑
45%，例如，其在本专利技术的中子和γ射线屏蔽材料中的质量分数为20%、30%、40、45%%。
[0021]本专利技术提供的高分子聚合物如聚乙烯，具有超高的含氢量，对中子的屏蔽效果尤
为显著，适合用作中子屏蔽材料的基体。
[0022]进一步地，所述成膜工艺包括热压成膜或流延成膜。
[0023]具体地，所述热压成膜工艺是将所述功能化产物与高分子聚合物按比例混合均匀，可视实际情况加入合适的助剂如脱模剂、耐温剂等一起混合，进行开练热压成型，热压温度为室温200
‑
300℃，压力为2
‑
10mPa。
[0024]具体地，所述流延成膜工艺是将所述功能化产物与高分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种中子和γ射线屏蔽材料，其特征在于，由高熵合金
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氧化石墨烯纳米复合材料、稀土氧化物、高分子聚合物和碳化硼采用成膜工艺制得：所述的高熵合金
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氧化石墨烯纳米复合材料、稀土氧化物、高分子聚合物的质量比为0.1
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2:0.1
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2:1；所述碳化硼的用量为中子和γ射线屏蔽材料质量的20
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45%；所述高熵合金
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氧化石墨烯纳米复合材料采用以下方式制得：S1、将氧化石墨烯加入有机溶剂中分散均匀，得到分散液；向所述分散液中加入无铅金属盐，混合均匀，得到反应溶液；S2、向所述反应溶液中加入还原剂进行还原反应，还原反应的温度为80
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120℃，无铅金属盐和还原剂的质量比为1:5
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10，反应结束后冷却至室温；过滤，对滤饼洗涤、干燥，得到高熵合金
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氧化石墨烯纳米复合材料；所述高熵合金
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氧化石墨烯纳米复合材料中，氧化石墨烯的质量分数为2.1
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24.5%；所述无铅金属盐选自铜、钨、铁、镍、铋、钴、钼、锰、锌中5种金属的可溶性金属盐，各金属盐的用量为等摩尔比。2.如权利要求1所述的中子和γ射线屏蔽材料，其特征在于，所述步骤S1中，还包括调节所述反应溶液的pH为10
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12。3.如权利要求1所述的中子和γ射线屏蔽材料，其特征在于，所述步骤S2中，对滤饼洗涤的具体操作包括：依次用去离子水、无水乙醇各洗涤2
‑
5次；将洗涤完成的滤饼进行真空干燥，干燥温度为70
‑
110℃。4.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾功昶，沈海华，曾和平，
申请(专利权)人：中星广州纳米材料有限公司，
类型：发明
国别省市：