【摘要】：近年來(lái),核能、核技術(shù)應(yīng)用相關(guān)產(chǎn)業(yè)逐漸進(jìn)入快速發(fā)展階段,核輻射屏蔽對(duì)行業(yè)的生產(chǎn)安全性及經(jīng)濟(jì)性的重要影響受到廣泛重視。隨核能、核動(dòng)力和核醫(yī)療等領(lǐng)域?qū)τ谥凶悠帘尾牧系男枨蠹眲≡鲩L(zhǎng)。高性能的先進(jìn)中子屏蔽材料的設(shè)計(jì)研發(fā)對(duì)提升核設(shè)施的運(yùn)行效率與安全保障有重要的實(shí)際意義。本文研制了一種鎳基泡沫金屬中子屏蔽復(fù)合材料并對(duì)材料的設(shè)計(jì)、制備與性能展開(kāi)了一系列研究工作。1)在蒙特卡羅軟件中建立了鎳基泡沫金屬?gòu)?fù)合材料的幾何模型,在镅鈹中子源和某小型堆的頂部中子能譜條件下,討論了孔隙度、填充材料和泡沫結(jié)構(gòu)組成對(duì)于屏蔽性能的影響。結(jié)果表明:聚乙烯/泡沫金屬?gòu)?fù)合材料上述兩種能譜條件下,隨著孔隙度的增加,中子屏蔽性能分別呈現(xiàn)增加和減小的趨勢(shì);不同能譜下次生γ劑量都呈現(xiàn)隨著孔隙度先增加后減小的規(guī)律,隨著孔隙度的增加,γ射線的屏蔽性能單調(diào)遞減;填料中增加碳化硼后,中子劑量、γ劑量隨著碳化硼的含量增加而遞減,30%的碳化硼含量是較佳的選擇;含30%碳化硼和泡沫鎳孔隙率為0.89的鎳基泡沫金屬?gòu)?fù)合材料比非泡沫結(jié)構(gòu)屏蔽性能大約提升了50%以上。2)分別用石蠟和聚乙烯填充泡沫鎳,對(duì)兩種復(fù)合材料的制備工藝進(jìn)行了設(shè)計(jì)與研究。通過(guò)研究鍍液使用時(shí)間對(duì)泡沫鎳表面質(zhì)量的影響,確定了添加劑補(bǔ)充周期為20小時(shí);設(shè)計(jì)了高填充率石蠟與含硼石蠟泡沫鎳復(fù)合材料的制備工藝;設(shè)計(jì)了改性聚乙烯與含硼改性聚乙烯泡沫鎳復(fù)合材料的制備工藝,通過(guò)研究填充率與改性聚乙烯中聚乙烯含量的關(guān)系,確定了聚乙烯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%,并通過(guò)表面改性改善了碳化硼的分散性。3)針對(duì)兩種體系的鎳基泡沫金屬?gòu)?fù)合材料進(jìn)行了中子屏蔽性能、γ屏蔽性能、力學(xué)性能和導(dǎo)熱性能的表征與分析。結(jié)果表明:在镅鈹中子源條件下,6 cm厚的鎳基泡沫金屬?gòu)?fù)合材料的中子屏蔽性能高于填充材料5%以上,對(duì)于不同能量的γ源,屏蔽性能都優(yōu)于相同厚度的填料;壓縮試驗(yàn)表明,石蠟/泡沫鎳的力學(xué)性能普遍大幅度優(yōu)于石蠟或者泡沫鎳,相較于泡沫鎳抗壓強(qiáng)度提升了30%;當(dāng)泡沫鎳孔隙度為0.89時(shí),含硼改性聚乙烯/泡沫鎳的抗壓強(qiáng)度高于改性聚乙烯20%以上,泡沫鎳孔隙率為0.96時(shí),其力學(xué)性能和改性聚乙烯不相上下;所有鎳基泡沫金屬?gòu)?fù)合材料的能量吸收效率比聚乙烯都提升了30%以上;熱流法測(cè)試結(jié)果表明復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)相比聚合物提升了2倍以上。本文的研究工作為新一代先進(jìn)的小型、可移動(dòng)式核設(shè)施的中子屏蔽材料的研制提供了重要的參考,也為下一步研發(fā)更高性能、可靠性更高、用途更廣中子屏蔽材料奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。
【圖文】：

鎳基泡沫金屬中子屏蔽復(fù)合材料的設(shè)計(jì)與制備21( )n A AB C M m 標(biāo)系動(dòng)能 EL與質(zhì)心坐標(biāo)系動(dòng)能 EC間的關(guān)系式為A A1L CAM mE EM 發(fā)能為 EX=BN+EC，當(dāng)激發(fā)能等于復(fù)核某一能級(jí)的能量時(shí)，就會(huì)發(fā)值，如圖 1.1，C12彈性散射截面圖。在一些原子序數(shù)較低的輕核能級(jí)間距在 0.1-1 MeV 之間），因此在 MeV 級(jí)能量時(shí)出現(xiàn)復(fù)核的間距比較寬，，所以共振也較寬。在原子序數(shù)較大，較重的核中導(dǎo)致共振峰無(wú)法分辨，同時(shí)多普勒展寬也導(dǎo)致共振峰發(fā)生重疊，內(nèi)，截面隨著能量變化的曲線變得很平滑。在彈性散射的過(guò)程并沒(méi)有損失能量，但是在實(shí)驗(yàn)室坐標(biāo)系中由于核的反沖，確實(shí)

圖 1.2 核碰撞過(guò)程示意圖 A 值等于 1，因此中子在一次與氫原子的碰撞過(guò)程中就可能失截面很大，同時(shí)氫一次碰撞失去的能量相當(dāng)大，因此氫原子常蔽材料中，例如常見(jiàn)的水、聚乙烯等中子屏蔽材料。散射后的能量在 E1和 rE1之間的分布是和中子散射分布角相eV 以下的中子，在質(zhì)心坐標(biāo)系中具有各向同性的散射角。對(duì) 0.1MeV 以下的中子，也具有各向同性的散射角。因此可以為 4 1minE 1 r E。散射以外，中子和物質(zhì)相互作用還會(huì)發(fā)生非彈性散射，如圖 1面圖，當(dāng)一個(gè)原子核和中子發(fā)生反應(yīng)后可以處于一個(gè)激發(fā)態(tài)時(shí)生非彈性散射反應(yīng)的。中子與核作用形成復(fù)合核可放出非彈中子與耙核作用，直接把一部分能傳遞給靶核，而中子繼續(xù)前個(gè)過(guò)程中動(dòng)能不守恒。原子核從激發(fā)態(tài)退激衰變會(huì)放出瞬發(fā)異能躍遷。假設(shè)21 30, 0,L M M的條件下可以在生非彈性散射的最小閾值：
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TB33

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2661555