本發(fā)明涉及核技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及一種用于中子探測(cè)器的中子-伽馬屏蔽體設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)：

1、在核技術(shù)領(lǐng)域中，中子和伽馬射線(xiàn)的有效屏蔽是保障設(shè)備安全、延長(zhǎng)探測(cè)器使用壽命及提高探測(cè)精度的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。中子具有高穿透性，如果屏蔽不當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致探測(cè)器晶體輻射損傷，降低其使用壽命，并對(duì)操作人員和環(huán)境造成潛在危害。伽馬射線(xiàn)往往伴隨著中子活化反應(yīng)出現(xiàn)，如果屏蔽不當(dāng)則會(huì)產(chǎn)生大量噪聲信號(hào)，影響探測(cè)器的探測(cè)效率。因此，設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)高效的中子-伽馬屏蔽材料，對(duì)于推動(dòng)核技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展具有重要意義。

2、傳統(tǒng)的屏蔽設(shè)計(jì)往往依賴(lài)于金屬或高密度材料，諸如鉛與鎢等，這類(lèi)材料憑借其高密度與高原子序數(shù)的物理特性，在中子與伽馬射線(xiàn)的屏蔽方面展現(xiàn)出顯著效果，然而金屬材料固有的高密度特性導(dǎo)致了其質(zhì)量顯著，進(jìn)而增加了所應(yīng)用設(shè)備的整體重量負(fù)擔(dān)。這一特性極大的限制了其在追求輕量化設(shè)計(jì)的場(chǎng)景中的適用性。其次，這些材料的散熱性能欠佳，長(zhǎng)期在高強(qiáng)度輻射環(huán)境下工作，材料內(nèi)部易積聚熱量，難以有效散發(fā)，容易出現(xiàn)過(guò)熱問(wèn)題，影響材料的穩(wěn)定性和使用壽命。此外，部分材料在特定環(huán)境條件下，如潮濕、酸堿等，易遭受腐蝕侵害，進(jìn)一步加劇了其性能下降與壽命縮短的問(wèn)題。高密度聚乙烯雖然有出色的抗腐蝕性能，但是在長(zhǎng)期使用過(guò)程中，尤其是受到輻射，熱和機(jī)械應(yīng)力的綜合作用下，可能會(huì)發(fā)生老化、開(kāi)裂或變形，從而降低屏蔽效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明旨在提供一種用于中子探測(cè)器的中子-伽馬屏蔽體設(shè)計(jì)方法，以解決現(xiàn)有屏蔽體壽命不足、屏蔽效率有限的問(wèn)題。本發(fā)明采用高密度聚乙烯作為納米基體，并以釓和氧化鉛作為納米顆粒填料，結(jié)合梯度復(fù)合設(shè)計(jì)，形成一種新型的中子-伽馬屏蔽體。此設(shè)計(jì)從根本上解決了傳統(tǒng)復(fù)合材料因應(yīng)力集中導(dǎo)致的界面失效問(wèn)題，同時(shí)增強(qiáng)了整體散熱性能，減輕了屏蔽體的重量，顯著延長(zhǎng)了屏蔽體的使用壽命。

2、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明的目的是提供一種用于中子探測(cè)器的中子-伽馬屏蔽體，所述屏蔽體以高密度聚乙烯為納米基體，釓與氧化鉛作為納米顆粒填料，采用梯度復(fù)合方法形成多層結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的中子和伽馬射線(xiàn)屏蔽效果。

4、優(yōu)選的，所述屏蔽體包括以下各層：

5、外層：密集分布的釓和氧化鉛納米顆粒，用于最大程度地屏蔽熱中子和環(huán)境中的伽馬射線(xiàn)；

6、中間層：梯度分布的釓和氧化鉛納米顆粒填料，高密度聚乙烯基體材料，釓和氧化鉛的含量由外層向內(nèi)層逐漸減少，以?xún)?yōu)化中子和伽馬射線(xiàn)的屏蔽效果；

7、內(nèi)層：稀疏分布的釓與氧化鉛納米顆粒填料，高密度聚乙烯基體材料，進(jìn)一步提高屏蔽體的機(jī)械強(qiáng)度和散熱性能。

8、優(yōu)選的，所述屏蔽體中釓可使用gd-155或gd-157作為納米填料，吸收熱中子時(shí)發(fā)生與核反應(yīng)。

9、優(yōu)選的，所述屏蔽體的厚度可以根據(jù)不同的輻射探測(cè)需求進(jìn)行調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)最佳的屏蔽效果和材料性能。

10、優(yōu)選的，所述屏蔽體中釓和氧化鉛納米填料通過(guò)機(jī)械合成或化學(xué)沉淀方法制備成均勻的納米顆粒。

11、優(yōu)選的，所述屏蔽體采用熔融共混、擠出成型或注射成型工藝方法使納米梯度復(fù)合材料均勻成型。

12、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的有益效果是：

13、1、本發(fā)明提供了一種新型的中子-伽馬屏蔽體，利用高密度聚乙烯作為基體材料，并在其中均勻分布釓和氧化鉛納米顆粒，形成梯度復(fù)合結(jié)構(gòu)。該設(shè)計(jì)克服了傳統(tǒng)屏蔽材料中因應(yīng)力集中導(dǎo)致界面失效的問(wèn)題，顯著提高了屏蔽體的整體性能，包括抗輻射性能、機(jī)械強(qiáng)度和散熱能力。在外層，釓和氧化鉛納米顆粒的分布最為密集，隨著向內(nèi)層的靠近，其含量逐漸減少，從而優(yōu)化了中子和伽馬射線(xiàn)的屏蔽效果。

14、2、本發(fā)明的中子-伽馬屏蔽體具有優(yōu)異的抗輻射性能、熱電絕緣性能和耐腐蝕特性，能夠在惡劣的工作環(huán)境中保持穩(wěn)定的性能。通過(guò)在hdpe基體中引入釓和氧化鉛納米顆粒，屏蔽體在有效屏蔽中子和伽馬射線(xiàn)的同時(shí)，還具有較好的機(jī)械強(qiáng)度和散熱性能。

15、3、本發(fā)明的新型中子-伽馬屏蔽體結(jié)構(gòu)優(yōu)化了中子和伽馬射線(xiàn)的屏蔽效果，通過(guò)調(diào)整屏蔽體的厚度和納米顆粒的分布，可以根據(jù)不同的輻射防護(hù)需求進(jìn)行定制化設(shè)計(jì)，以符合特定情況輻射防護(hù)的特殊需求。

16、4、由于本發(fā)明采用的釓和氧化鉛納米顆粒具有高密度和優(yōu)異的中子吸收能力，屏蔽體的中子和伽馬射線(xiàn)屏蔽效果顯著提高，能夠在核技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域提供更高效的輻射防護(hù)。這種新型屏蔽體在核反應(yīng)堆、放射性物質(zhì)處理及儲(chǔ)存、輻射防護(hù)設(shè)備等多個(gè)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，避免直接使用重金屬，也符合綠色環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的理念。

技術(shù)特征：

1.一種用于中子探測(cè)器的中子-伽馬屏蔽體，其特征在于，所述屏蔽體以高密度聚乙烯為納米基體，釓與氧化鉛作為納米顆粒填料，采用梯度復(fù)合方法形成多層結(jié)構(gòu)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于中子探測(cè)器的中子-伽馬屏蔽體，其特征在于，所述屏蔽體包括以下各層：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于中子探測(cè)器的中子-伽馬屏蔽體，其特征在于，所述屏蔽體用于中子探測(cè)器中，根據(jù)不同的輻射探測(cè)需求變更屏蔽體厚度。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于中子探測(cè)器的中子-伽馬屏蔽體，其特征在于，所述屏蔽體中釓可使用gd-155或gd-157作為納米填料，吸收熱中子時(shí)發(fā)生與核反應(yīng)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于中子探測(cè)器的中子-伽馬屏蔽體，其特征在于，所述釓和氧化鉛納米填料通過(guò)機(jī)械合成或化學(xué)沉淀方法制備成均勻的納米顆粒。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于中子探測(cè)器的中子-伽馬屏蔽體，其特征在于，所述屏蔽體采用熔融共混、擠出成型或注射成型工藝方法使納米梯度復(fù)合材料均勻成型。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及核技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及一種用于中子探測(cè)器的中子?伽馬屏蔽體設(shè)計(jì)方法。本發(fā)明主要使用高密度聚乙烯(HDPE)作為納米基體，在此基礎(chǔ)上將釓(Gadolinium)以及氧化鉛(Lead?Oxide)作為納米填料，采用梯度復(fù)合的設(shè)計(jì)，形成一種新型的中子?伽馬屏蔽體。與傳統(tǒng)屏蔽體相比，本發(fā)明采用的梯度復(fù)合與納米填料的方式克服了傳統(tǒng)復(fù)合材料中因應(yīng)力集中導(dǎo)致界面失效的問(wèn)題，顯著改善了整體散熱性能，在保持優(yōu)異抗輻射性能的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了熱電絕緣和耐腐蝕的特性，此外，本發(fā)明在一定程度上增強(qiáng)了傳統(tǒng)聚合物屏蔽體的機(jī)械性能，同時(shí)減輕了傳統(tǒng)復(fù)合材料屏蔽體的質(zhì)量。

技術(shù)研發(fā)人員：陸景彬,孔祥鐸,李承乾
受保護(hù)的技術(shù)使用者：吉林大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30