本发明专利技术涉及一种用于辐射屏蔽的相变材料复合结构及其制备方法和应用，属于航天器技术领域。根据天然辐射环境、反应堆到飞行器平台的电离辐射条件及单机抗辐射能力，同时结合金属材料的传热能力、力学性能、加工难度、辐射屏蔽效能，选择合适的金属材料，根据伽马射线在物质中的衰减规律遵循设计相应的壳体厚度；本发明专利技术根据舱外单机的工作温度及热耗、外热流条件，选择相变潜热、相变温度合适的石蜡材料，高温相变材料可用于抑制短期大热耗工作设备的温升；低温相变材料可以用于高温时储热，并在低温时释放储存的热量用于设备的保温。根据反应堆到飞行器平台的中子辐射条件、单机抗辐射能力及中子注量率在石蜡中的衰减规律设计所需的石蜡厚度。需的石蜡厚度。需的石蜡厚度。
【技术实现步骤摘要】
一种用于辐射屏蔽的相变材料复合结构及其制备方法和应用
[0001]本专利技术涉及一种用于辐射屏蔽的相变材料复合结构及其制备方法和应用，属于航天器
技术介绍
[0002]随着航天事业的发展，深空探测等任务对能源供给提出了更高的要求。空间反应堆的应用是一种必然的选择。然而，空间反应堆会产生较高注量的中子、伽马。这些中性粒子的穿透能力较强，相较于空间环境中的电子、质子等带电粒子，会使航天器上单机产生更为严重的辐射效应。其中，舱外单机如星敏感器、监视相机等单机对中子、伽马均十分敏感。由于舱外缺少屏蔽条件，这些单机会遭受更多粒子辐射的影响；另一方面，这些单机对工作温度的要求较高，但热控措施难以实施。
[0003]现阶段，空间反应堆的应用处于起步阶段，尚无成熟的舱外单机局部辐射屏蔽方案。其热控主要通过主动热控制、被动热控制以及被动热控制和主动热控制相结合的混合控制方式等实现，如贴附加热片、包覆热控材料等。
[0004]现阶段，空间反应堆的应用处于起步阶段，尚无成熟的舱外单机局部辐射屏蔽方案，无法有效降低反应堆中子、伽马对舱外单机的辐射损伤。另外，现有的局部屏蔽手段不具备对舱外单机的被动热控能力。
技术实现思路
[0005]本专利技术的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出一种用于辐射屏蔽的相变材料复合结构及其制备方法和应用。
[0006]本专利技术的技术解决方案是：
[0007]一种用于辐射屏蔽的相变材料复合结构，该复合结构包括壳体、位于壳体内部的石蜡类相变材料以及位于壳体一侧的导热板；
[0008]所述的壳体的材料为金属材料，金属材料为铝、铜、钨、铅、钽、铬、不锈钢或镁铝合金；
[0009]所述的壳体壁厚通过下式进行确定：
[0010]N＝N0e
‑
μd
[0011]其中，N0为穿过壳体前的伽马光子数，N为穿过壳体后的伽马光子数，d是壳体壁厚，μ为伽马光子在壳体中的线减弱系数；
[0012]所述的壳体内腔厚度通过下式进行确定：
[0013][0014]其中，D为壳体内腔厚度，为壳体出射位置处的中子注量率，是壳体入射位置处的中子注量率，L为中子在壳体中的张弛长度(即中子注量率衰减到1/e长度)；
[0015]所述的壳体横截面需覆盖设备在反应堆粒子入射方向上的投影；
[0016]所述的壳体侧边设计有石蜡类相变材料的注入孔；
[0017]所述的石蜡类相变材料为正十一烷、正十三烷、正十五烷、正十八烷、正十九烷、正二十一烷、正二十二烷、正二十三烷、正二十四烷、正二十五烷、正二十六烷、正二十七烷、正二十八烷、正二十九烷或正三十烷；
[0018]所述的导热板的材料为金属材料(如铝、铝合金、铜等)或非金属材料(铝基碳化硅、高导热石墨、金刚石、高导热碳纤维、铝基金刚石等)；
[0019]一种用于辐射屏蔽的相变材料复合结构的制备方法，该方法的步骤包括：
[0020]第一步，制备壳体、石蜡类相变材料和导热板；
[0021]第二步，在壳体侧边设计的注入孔中注入石蜡类相变材料，并将制备的导热板放置在壳体一侧。
[0022]一种用于辐射屏蔽的相变材料复合结构的应用，根据反应堆方向(即中性粒子入射方向)，将得到的复合结构通过螺钉等方式固定于设备的中性粒子入射方向一侧，在导热板与设备外壳之间填充导热填料(如导热脂、导热胶、导热垫)，增加导热性。
[0023]有益效果
[0024](1)本专利技术根据天然辐射环境、反应堆到飞行器平台的电离辐射条件及单机抗辐射能力，同时结合金属材料的传热能力、力学性能、加工难度、辐射屏蔽效能，选择合适的金属材料，如铝、铜、钨、铅、钽、铬、不锈钢、镁铝合金等，根据伽马射线在物质中的衰减规律遵循设计相应的壳体厚度；
[0025](2)本专利技术根据舱外单机的工作温度及热耗、外热流条件，选择相变潜热、相变温度合适的石蜡材料，高温相变材料可用于抑制短期大热耗工作设备的温升；低温相变材料可以用于高温时储热，并在低温时释放储存的热量用于设备的保温；
[0026](3)本专利技术根据反应堆到飞行器平台的中子辐射条件、单机抗辐射能力及中子注量率在石蜡中的衰减规律设计所需的石蜡厚度；
[0027](4)通过本方法设计的结构在辐射屏蔽方面可以同时对天然辐射环境以及反应堆产生的中子和伽马起到屏蔽效果，中子屏蔽慢化主要通过壳体中填充的石蜡实现；天然辐射环境和伽马的屏蔽主要通过壳体金属材料实现；
[0028](5)通过本方法设计的结构在起到辐射屏蔽效果的同时，还可以通过石蜡的相变属性对设备起到热控作用。
附图说明
[0029]图1为本专利技术的方法流程示意图；
[0030]图2为相变材料复合结构示意图。
具体实施方式
[0031]下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步说明。
[0032]根据天然辐射环境、反应堆到飞行器平台的电离辐射条件及单机抗辐射能力，同时结合金属材料的传热能力、力学性能、加工难度、辐射屏蔽效能，选择合适的金属材料。根据舱外单机的工作温度及热耗、外热流条件，选择相变潜热、相变温度合适的石蜡材料。根
据反应堆到飞行器平台的中子辐射条件及单机抗辐射能力，设计所需的石蜡厚度。将选定的金属材料制备成密封壳体，壳体腔内厚度为所需的石蜡厚度，壳体横截面需覆盖设备在粒子入射方向上的投影。同时在壳体侧边设计石蜡注入孔。从壳体的注入孔向壳体中填充选定类型的石蜡。根据反应堆方向(即中性粒子入射方向)，将本结构通过螺钉等方式安装固定于设备的中性粒子入射方向一侧。
[0033]一种用于辐射屏蔽的相变材料复合结构，该复合结构包括壳体、位于壳体内部的石蜡类相变材料以及位于壳体一侧的导热板；
[0034]所述的壳体的材料为金属材料，金属材料为铝、铜、钨、铅、钽、铬、不锈钢或镁铝合金；
[0035]所述的壳体壁厚通过下式进行确定：
[0036]N＝N0e
‑
μd
[0037]其中，N0为穿过壳体前的光子数，N为穿过壳体后的光子数，d是壳体壁厚，μ为光子在壳体中的线减弱系数；
[0038]所述的壳体内腔厚度通过下式进行确定：
[0039][0040]其中，D为壳体内腔厚度，为壳体出射位置处的中子注量率，是壳体入射位置处的中子注量率，L为中子在壳体中的张弛长度(即中子注量率衰减到1/e长度；
[0041]所述的壳体横截面需覆盖设备在粒子入射方向上的投影；
[0042]所述的壳体侧边设计有石蜡类相变材料的注入孔；
[0043]所述的石蜡类相变材料为正十一烷、正十三烷、正十五烷、正十八烷、正十九烷、正二十一烷、正二十二烷、正二十三烷、正二十四烷、正二十五烷、正二十六烷、正二十七烷、正二十八烷、正二十九烷或正三十烷；
[0044]所述的导热板的材料为金属材料(如铝、铝合金、铜等)或非金属材料(铝基碳化硅、高导热石墨、金刚石、高导热碳纤维、铝基金刚本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于辐射屏蔽的相变材料复合结构，其特征在于：该复合结构包括壳体、位于壳体内部的石蜡类相变材料以及位于壳体一侧的导热板；所述的壳体的材料为金属材料；所述的壳体内腔厚度通过下式进行确定：其中，D为壳体内腔厚度，为壳体出射位置处的中子注量率，是壳体入射位置处的中子注量率，L为中子在壳体中的张弛长度。2.根据权利要求1所述的一种用于辐射屏蔽的相变材料复合结构，其特征在于：所述的石蜡类相变材料为正十一烷、正十三烷、正十五烷、正十八烷、正十九烷、正二十一烷、正二十二烷、正二十三烷、正二十四烷、正二十五烷、正二十六烷、正二十七烷、正二十八烷、正二十九烷或正三十烷。3.根据权利要求1所述的一种用于辐射屏蔽的相变材料复合结构，其特征在于：所述的壳体横截面需覆盖设备在反应堆粒子入射方向上的投影。4.根据权利要求1所述的一种用于辐射屏蔽的相变材料复合结构，其特征在于：所述的壳体侧边设计有石蜡类相变材料的注入孔；所述的导热板的材料为铝、铝合金、铜、铝基碳化硅、高导热石墨、金刚石、高导热碳纤维或铝基金刚石。5.根据权利要求1所述的一种用于辐射屏蔽的相变材料复合结构，其特征在于：所述的壳体的材料为铝、铜、钨、铅、钽、铬、不锈钢或镁铝合金。6.根据权利要求1...
【专利技术属性】
技术研发人员：张翔，龚凯翔，张华，胡迪科，陈铮，翟宏州，
申请(专利权)人：上海宇航系统工程研究所，
类型：发明
国别省市：
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