基无铅射线屏蔽材料性能研究(3)
3.2.2 SBR基无铅屏蔽材料与铅硼聚乙烯射线防护性能对比
为了考察并对比SBR基无铅屏蔽复合材料与铅硼聚乙烯(Pb60%,PE35%,B4C5%)的射线防护性能,我们制备得到厚度相同的两种样品(尺寸为300mm×300mm×20mm)分别进行了γ射线和中子射线防护性能测试。
图5 左为Pb/PE、右为W/Sm2O3/SBR
(1)γ射线防护性能对比
γ射线屏蔽测试在原子能科学研究院13.4Ci的Co60源上进行。测试时样品放置在距离与源水平1.5m位置,并使用2支FeSO4化学剂量剂贴在样品前部面向放射源一侧,另外2支剂量剂贴在样品后部相应的背向放射源一侧位置。设定测试时间约为5min,辐射累积剂量约为36Gy。通过对比前后剂量差值,来对比SBR基无铅屏蔽材料和铅硼聚乙烯防护性能差异。
图6 SRR基屏蔽材料和铅硼聚乙烯γ射线防护性能对比
从图6可以看出,SBR基无铅屏蔽材料γ射线衰减率可达19.8%,而相同条件下铅硼聚乙烯衰减率约为17.25%,SBR基无铅屏蔽材料屏蔽性能在铅硼聚乙烯基础上提高了约11.6%。
(2)中子射线防护性能对比
中子射线屏蔽测试在中国计量科学研究院4Ci的Am-Be中子源上进行,源强度为9.75×105n/s。测试时样品放置在与源水平统一中心轴线位置,样品与源距离分别从50cm到200cm之间选择。使用LB123/LB6411型中子剂量仪检测中子计数。
图7 SBR基无铅屏蔽材料和铅硼聚乙烯中子射线防护性能与入射值的关系
图8 SBR基无铅屏蔽材料对铅硼聚乙烯中子射线防护性能的相对提升量
测试结果如图7所示,由图我们可以发现,当中子计数较低时,两种材料差值不大,这可能是由于测试过程中还存在背景散射,低计数条件下干扰较大,同时剂量较低时,中子在空气中衰减程度更大,能谱偏向低能方向,屏蔽性能会有差异。随着计数的增加,SBR基无铅屏蔽材料较铅硼聚乙烯防护性能明显提高。从图8可以看出,当入射计数>119时,新型材料较铅硼聚乙烯可提高13 %以上。
4 结论
综合以上两种测试结果,我们可以得到在相同厚度情况下,对于中子和γ射线屏蔽防护性能来说,SBR基无铅屏蔽材料均比同等无机防护元素含量的铅硼聚乙烯性能基础上提高10%以上。
SBR基无铅屏蔽材料具有较好的中子-γ射线屏蔽能力,力学性能、热稳定性及耐辐照性能等;铅硼聚乙烯所具有的屏蔽功能,SBR基无铅屏蔽材料通过材料组合均可达到甚至超过,且该材料对无机防护元素类元等功能粒子的填充量和生产效率等方面均优于热塑性聚乙烯材料,制造工艺成熟稳定;能够满足核设施对辐射防护设计要求。
1 前言
随着我国原子能技术的发展,核能广泛应用于核动力平台、空间站、民核电站等各个领域,取得了显著应用效果,但由此引起的核辐射安全防护问题也不容忽视。核辐射防护依赖于辐射屏蔽结构组合设计和屏蔽材料的性能,屏蔽材料是辐射防护领域的关键装备,主要用于阻挡和减弱对人体造成危害的γ射线及中子辐射等,是保障人员、设备及环境辐射安全的有效手段。中子和γ射线防护的研究一直是国际上研究的热点和难点。射线与物质作用机理十分复杂,不仅与射线种类有关同时与射线能量相关。从理论上来说,防护能谱复杂的中子、γ射线混合辐射,理想材料是既含有重元素来对γ射线和高能中子进行慢化,又含有轻元素(如氢、碳)来对中能中子进一步慢化,同时还应含有对低能射线吸收的物质。
传统的X射线和γ射线屏蔽材料一般选用混凝土、水泥、铅板等具有较高密度的物质,后来逐步开发生产了一系列以铅或铅的化合物为填料的有机或无机高分子材料,如铅硼聚乙烯、铅橡胶、树脂/纳米铅复合材料等[1]。但是铅对能量介于40~88ke V之间的射线吸收效果较弱,另外铅属于重金属污染源,在屏蔽材料制造和使用环节存在重金属中毒的隐患[2],欧盟2000年以来已明令禁止铅的在诸多领域的应用,因此研究一种安全可靠的射线屏蔽材料是当前核屏蔽工程的一项极其重要的工作[3]。本文对高分子聚合物料分子结构对高能辐射稳定性的优劣进行了高填充系数的基体材料选择,同时针对重元素的原子结构特点选用了具有高能射线防护效能的钨、铋等功能防护粒子,设计制备了一种无铅聚合物基屏蔽材料;同时以铅硼聚乙烯(Pb60%,PE35%,B4C5%)为对比样进行了γ、中子射线屏蔽性能的试验表征,其辐射防护效果优于铅硼聚乙烯屏蔽材料。
文章来源:《辐射防护》 网址: http://www.fsfhzz.cn/qikandaodu/2021/0619/596.html