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1、10申请公布号CN104103330A43申请公布日20141015CN104103330A21申请号201410136190X22申请日20140404G21F1/1020060171申请人西安交通大学地址710049陕西省西安市咸宁西路28号72发明人胡华四胡光张天奎吴岳雷郑向阳贾清刚74专利代理机构西安通大专利代理有限责任公司61200代理人陆万寿54发明名称一种核辐射屏蔽材料57摘要本发明公开了一种核辐射屏蔽材料，以环氧树脂为基体材料，辅之以酸酐或聚酰胺树脂为固化剂，并辅助以稀释剂，完成材料的固化。其材料组分是针对中子射线经过优化算法计算出来的，在这样的组分情况下材料的屏蔽效果最佳。其。
2、中聚合物夹心材料（INTERLAYER）密度较低，易于工艺成型，聚酰胺复合屏蔽材料可在常温条件下固化，便于大规模生产；酸酐复合屏蔽材料在高温条件下成型，其耐温性能高于200，力学性能优异。51INTCL权利要求书2页说明书8页附图2页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书8页附图2页10申请公布号CN104103330ACN104103330A1/2页21一种核辐射屏蔽材料，其特征在于，该类材料为聚合物夹心材料，以质量分数计，由以下原料组分制成环氧树脂180；聚酰胺树脂160；环氧丙烷丁基醚110；碳化硼110；三氧化二钆115；纳米二氧化钛15。2如权利要求1所。
3、述的核辐射屏蔽材料，其特征在于，以质量分数计，所述的聚合物夹心材料元素配比包括H610，10B0105，11B0108，C5075，O525，TI013，GD110，N115。3如权利要求2所述的核辐射屏蔽材料，其特征在于，所述的聚合物夹心材料的密度为13GCM3。4如权利要求1所述的核辐射屏蔽材料，其特征在于，将聚合物夹心材料作为中间夹层包裹在铁和铅之间，针对不同的中子混合场，铁聚合物夹心材料铅厚度比范围在05618013。5一种核辐射屏蔽材料，其特征在于，该类材料为聚酰胺复合屏蔽材料，以质量分数计，由以下原料组分制成环氧树脂1080；聚酰胺树脂1060；环氧丙烷丁基醚110；碳化硼110；。
4、三氧化二钆110；纳米二氧化钛15；铁粉160；碳化钨130；铅粉130。6如权利要求5所述的核辐射屏蔽材料，其特征在于，聚酰胺复合屏蔽材料元素配比为H2224，B0609，C175180，O5254，TI00401，GD1518，W5055，PB6768。7如权利要求5所述的核辐射屏蔽材料，其特征在于，聚酰胺复合屏蔽材料元素配比为H2425，B0305，C180190，O5254，TI00401，GD1518，W120130，PB5758。8一种核辐射屏蔽材料，其特征在于，该类材料为酸酐复合屏蔽材料，以质量分数计，由以下原料组分制成环氧树脂180；权利要求书CN104103330A2/2页3。
5、均苯四甲酸二酐环氧树脂的1525；顺丁烯二酸酐环氧树脂的1525；环氧丙烷丁基醚110；碳化硼110；三氧化二钆110；纳米二氧化钛15；铁粉160；碳化钨190；铅粉190。9如权利要求8所述的核辐射屏蔽材料，其特征在于，酸酐复合屏蔽材料配比为H10100，10B0150，11B01150，C10100，O01151，TI0109，W01100，PB10950。权利要求书CN104103330A1/8页4一种核辐射屏蔽材料技术领域0001本发明属于核辐射屏蔽技术领域，涉及一种核辐射屏蔽材料。背景技术0002国际国内核科学与技术事业的发展给人类带来了巨大的利益，但随之也对人类及其赖以生存的环境。
6、带来直接或间接的辐射危害。辐射防护在如何减少甚至消除这样的危害进而促进核科学与技术事业的发展起着至关重要的作用。屏蔽防护作为最彻底的防护措施无疑担当着重要的角色，而核辐射屏蔽材料则是实施辐射屏蔽的最重要物资保障，因此，研制、开发出高性能的核辐射屏蔽材料对辐射防护的成功实施意义重大。0003高性能核辐射屏蔽材料可广泛应用于核科学技术事业的诸多方面。作为特种结构材料，对核电站、水下与水面核动力装置、高能粒子加速器、航天器、核医学诊断与治疗设备、特种辐射测量装置的减重、紧凑化和延寿等将发挥着重要作用。0004国内外学者对核辐射屏蔽材料进行了大量研究，一些主要研究成果如表1所示。表1中的各屏蔽材料都有。
7、共同的局限性，其材料配比通过枚举方法得到，这导致每种材料效用没有发挥到极致，同时加工周期长，需要进行大量试验考核和相应试验考核材料样品，这会大量耗费人力和原材料资源，包括一些稀土资源。故而，会造成严重的人力与原材料资源的浪费。0005表1多种设计材料样本与参考材料主要性能比较0006说明书CN104103330A2/8页5发明内容0007本发明解决的问题在于提供一种核辐射屏蔽材料，材料的组分是根据射线与物质相互作用基本原理，通过数学方法结合软件建模针对特定的中子混合场优化计算出说明书CN104103330A3/8页6来的，通过这样的优化计算，可得到屏蔽效果最优情况下各材料组分；其工艺方法是以环。
8、氧树脂为基体材料，辅之以酸酐或聚酰胺树脂为固化剂，并辅助以稀释剂，完成材料的固化。0008本发明是通过以下技术方案来实现0009一种核辐射屏蔽材料，该类材料为聚合物夹心材料，以质量分数计，由以下原料组分制成0010环氧树脂180；0011聚酰胺树脂160；0012环氧丙烷丁基醚110；0013碳化硼110；0014三氧化二钆115；0015纳米二氧化钛15。0016以质量分数计，所述的聚合物夹心材料组分包括0017H610，10B0105，11B0108，C5075，O525，TI013，GD110，N115。0018所述的聚合物夹心材料的密度为13GCM3。0019所述将聚合物夹心材料作为中。
9、间夹层包裹在铁和铅之间，针对不同的中子混合场，铁聚合物夹心材料铅厚度比范围在05618013。0020一种核辐射屏蔽材料，该类材料为聚酰胺复合屏蔽材料，以质量分数计，由以下原料组分制成0021环氧树脂1080；0022聚酰胺树脂1060；0023环氧丙烷丁基醚110；0024碳化硼110；0025三氧化二钆110；0026纳米二氧化钛15；0027铁粉160；0028碳化钨130；0029铅粉130。0030所述聚酰胺复合屏蔽材料元素配比为0031H2224，B0609，C175180，O5254，TI00401，GD1518，W5055，PB6768。0032所述聚酰胺复合屏蔽材料元素配比为。
10、0033H2425，B0305，C180190，O5254，TI00401，GD1518，W120130，PB5758。0034一种核辐射屏蔽材料，该类材料为酸酐复合屏蔽材料，以质量分数计，由以下原料组分制成0035环氧树脂180；0036均苯四甲酸二酐环氧树脂的1525；0037顺丁烯二酸酐环氧树脂的1525；说明书CN104103330A4/8页70038环氧丙烷丁基醚110；0039碳化硼110；0040三氧化二钆110；0041纳米二氧化钛15；0042铁粉160；0043碳化钨190；0044铅粉190。0045所述酸酐复合屏蔽材料配比为0046H10100，10B0150，11B0。
11、1150，C10100，O01151，TI0109，W01100，PB10950。0047与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果0048本发明提供的核辐射屏蔽材料，其材料组分是针对中子射线经过优化算法计算出来的，在这样的组分情况下材料的屏蔽效果最佳。其中聚合物夹心材料（INTERLAYER）密度较低，易于工艺成型，便于运输及具体屏蔽工程实施，耐温性能140以上，抗辐照性能优于聚乙烯基材料36倍，可长期服役于高温辐照环境之下；聚酰胺复合屏蔽材料可在常温条件下固化，便于大规模生产；酸酐复合屏蔽材料在高温条件下成型，其耐温性能高于200，力学性能优异。0049进一步，采用分层屏蔽，将INTER。
12、LAYER作为中间夹层包裹在铁和铅之间。这样的结构便于工程实施，拆卸方便，并且铁、铅是廉价方便获取材料，这只需对轻质聚合物夹心材料进行生产，可大大节省原料用量、运输时间费用等。另外，内层铁即可以做屏蔽材料，又可以起到支撑结构的作用，这对于屏蔽体的高效能化是有益的。0050表3给出INTERLAYER材料、聚酰胺材料、酸酐材料的软化点、力学性能。0051表2屏蔽材料主要机械性能测定结果及与PB202产品的比较00520053附图说明0054图1为一些材料样品与参考材料屏蔽性能对比，其中CAKE1是铁聚合物夹心材料（INTERLAYER）铅25615的厚度组合，CAKE2是铁聚合物夹心材料铅157。
13、15的厚度组合，CAKE3是铁聚合物夹心材料铅271的厚度组合。JXA1、JXA2为两种不同组分的聚酰胺复合材料，PB6为酸酐复合材料，参考屏蔽材料为铅硼聚乙烯、XP3材料、混凝说明书CN104103330A5/8页8土、铁、铅等。0055图2CAKE1样品中子减弱系数实验值与数值模拟值和多层样品实验值的比较；0056图3CAKE1样品的射线吸收实验结果与数值模拟结果的比较。图4为CAKE1、CAKE2、CAKE3不同厚度下的屏蔽效果图。具体实施方式0057下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。00581）聚合物夹心材料（INTERLAYER）0059。
14、采用以环氧树脂为基体材料，以聚酰胺树脂为固化剂，并辅助以稀释剂，在常温条件下完成材料的固化，试制出聚合物夹心材料样品。如下表3组成聚酯夹心材料的各元素质量百分比。0060表3聚合物夹心材料组分00610062各组成材料的选取和配比（质量分数）0063环氧树脂180；0064聚酰胺树脂160；0065碳化硼110；0066三氧化二钆115；0067纳米二氧化钛15。00682）CAKE系列材料0069在试制出聚合物夹心材料的基础上，为了更好地实现屏蔽效果及屏蔽体结构的稳定性，这里提出分层屏蔽，将INTERLAYER作为中间夹层包裹在铁和铅之间。表4给出了CAKE1、CAKE2、CAKE3三种厚度。
15、比例的系列材料，三种等效密度分别为3836GCM3、401GCM3和4554GCM3左右的铁聚合物材料夹心铅分层组分。0070表4铁聚合物材料夹心铅分层厚度比例0071说明书CN104103330A6/8页90072图4中给出CAKE1、CAKE2、CAKE3不同厚度下的屏蔽效果，由图可以看出。CAKE1的屏蔽效果由于其他诸多材料，00733）聚酰胺复合屏蔽材料0074采用以环氧树脂为基体材料，以聚酰胺树脂为固化剂，并辅助以定量的稀释剂，在一定条件下完成材料的固化，试制出聚合物夹心材料样品。如下表5组成聚酰胺复合屏蔽材料的各元素质量百分比。0075表5聚酰胺复合屏蔽材料元素配比00760077。
16、各组成材料组分配比（质量分数）0078环氧树脂1080；0079聚酰胺树脂1060；0080碳化硼110；0081三氧化二钆110；0082纳米二氧化钛15；0083铁粉160；0084碳化钨130；0085铅粉130。0086相对于聚合物夹心材料，聚酰胺复合材料多出铅粉、铁粉，这两种组分可与快中子发生非弹性散射，使快中子能量降低到与氢元素发生弹性散射阈能以下，同时铅粉、铁粉具有优异的射线屏蔽效果。00874）酸酐复合屏蔽材料0088酸酐型复合屏蔽材料主要以环氧树脂为基体材料，以酸酐为固化剂，并辅助以定量的稀释剂，在高温条件下完成材料的固化。表6给出酸酐复合屏蔽材料配比。说明书CN104103。
17、330A7/8页100089表6酸酐复合屏蔽材料配比009000910092各组成材料组分配比（质量分数）0093环氧树脂180；0094均苯四甲酸二酐环氧树脂的1525；0095顺丁烯二酸酐环氧树脂的1525；0096环氧丙烷丁基醚110；0097碳化硼110；0098三氧化二钆110；0099纳米二氧化钛15；0100铁粉160；0101碳化钨190；0102铅粉190。0103酸酐复合材料采用均苯四甲酸酐、顺丁烯二酸酐为固化剂，相比于聚酰胺复合材料，主要体现在固化工艺不同，酸酐复合材料在高温条件下完成材料固化，其具有较高的耐温性能。0104表7是以聚合物基复合材料为夹心的CAKE系列样品。
18、、聚酰胺复合材料（JXA1、JXA2）、酸酐复合材料（PB6）的屏蔽效果，分别为降低到源总剂量当量1/100时所用材料的厚度及质量，并给出耐热温度及抗辐照性能指标。所屏蔽的源为裂变源。0105表7系列材料的主要性能01060107说明书CN104103330A108/8页110108由表可以看出，降低到源总剂量当量1/100时，CAKE系列样品所用的厚度及质量都是最小的，其次聚酰胺复合材料（JXA1、JXA2），同比其它材料在屏蔽效果、所用屏蔽材料重量、耐热温度、抗辐照性能体现出很大优势。说明书CN104103330A111/2页12图1图2说明书附图CN104103330A122/2页13图3图4说明书附图CN104103330A13。