【摘要】：隨著工業(yè)的發(fā)展,人類社會(huì)對(duì)于能源的需求越來(lái)越強(qiáng)烈,目前傳統(tǒng)能源的儲(chǔ)量堪憂,尋找替代能源的任務(wù)迫在眉睫。目前,核能作為新能源中的重要組成部分,開(kāi)始成為能源結(jié)構(gòu)版圖中的一環(huán),大量商用及試驗(yàn)核反應(yīng)堆裝置在全世界各地被建造起來(lái)。在核反應(yīng)堆的運(yùn)營(yíng)中,人工難以在高輻射、高溫或未知環(huán)境下進(jìn)行操作的缺點(diǎn)逐漸受到了各界的重視,可以替代人工在此環(huán)境下進(jìn)行核反應(yīng)堆日常維護(hù)和應(yīng)急處理作業(yè)的遠(yuǎn)程遙控機(jī)器人開(kāi)始成為核反應(yīng)堆運(yùn)行不可缺少的一部分。在ITER項(xiàng)目托卡馬克真空室裝換劇毒材料的需求下,中國(guó)科學(xué)院合肥智能機(jī)械研究所設(shè)計(jì)建造了TECA轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)器人。本文以其γ射線防護(hù)問(wèn)題為核心,進(jìn)行了一系列的γ射線防護(hù)與應(yīng)用基礎(chǔ)技術(shù)開(kāi)發(fā)研究。本文分析了γ射線的性質(zhì)、與物質(zhì)發(fā)生相互作用的特點(diǎn),并根據(jù)這一特點(diǎn)以閃爍體探測(cè)器為核心搭建了γ射線探測(cè)探傷平臺(tái),該平臺(tái)在測(cè)量γ射線強(qiáng)度時(shí)誤差約為7.59%,符合項(xiàng)目需求。同時(shí),該平臺(tái)還可以準(zhǔn)確探測(cè)出金屬構(gòu)件中是否有缺陷,也可以對(duì)缺陷大小不同的構(gòu)件進(jìn)行分辨。對(duì)核環(huán)境機(jī)器人進(jìn)行γ射線防護(hù)需要從兩方面進(jìn)行開(kāi)展,一方面是電子元器件的加固,使得電子元器件本身抗輻照能力增強(qiáng);一方面是借助外部屏蔽裝置,使進(jìn)入機(jī)器人內(nèi)部的γ射線強(qiáng)度降低。本文利用搭建的γ射線探測(cè)探傷平臺(tái)來(lái)評(píng)估測(cè)試不同材料的γ射線吸收能力,選擇合適的外部屏蔽裝置材料。本文測(cè)試時(shí)選擇了國(guó)產(chǎn)45#鋼、冷作鑄造鋼、鈹青銅這三種常見(jiàn)的機(jī)器人外部結(jié)構(gòu)材料,結(jié)合機(jī)器人制造要求,最終選擇國(guó)產(chǎn)45#鋼作為TECA轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)器人γ射線外部屏蔽裝置的材料。在選擇完合適材料之后,本文為TECA轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)器人設(shè)計(jì)了由國(guó)產(chǎn)45#鋼制造厚度為15cm的外部γ射線屏蔽裝置,并對(duì)其進(jìn)行了測(cè)試。測(cè)試內(nèi)容分為兩個(gè)部分,一個(gè)部分是γ射線屏蔽能力測(cè)試,經(jīng)模擬車廂輻照驗(yàn)證,該外部屏蔽裝置可以保證轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)器人在作業(yè)時(shí)間內(nèi)的電子元器件性能不受損壞;另一個(gè)部分是測(cè)試國(guó)產(chǎn)45#鋼輻照前后力學(xué)性能,按照轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)器人作業(yè)的輻照條件,對(duì)國(guó)產(chǎn)45#鋼制成的試樣進(jìn)行γ照射,并對(duì)試樣進(jìn)行拉伸試驗(yàn)。測(cè)得輻照前后國(guó)產(chǎn)45#鋼強(qiáng)度和韌性變化在可接受范圍內(nèi),不會(huì)因?yàn)棣蒙渚�照射導(dǎo)致工作時(shí)機(jī)器人結(jié)構(gòu)出現(xiàn)損壞。
【圖文】：

1 序 言由原子核躍遷所產(chǎn)生的波長(zhǎng)較短的電磁波所構(gòu)成的。當(dāng) β 衰變后會(huì)產(chǎn)生一個(gè)處在高能級(jí)的新核，當(dāng)新核向低能。γ 射線本身不帶電，它與物質(zhì)發(fā)生相互作用主要有三頓效應(yīng)和電子對(duì)效應(yīng)。是指在與物質(zhì)發(fā)生相互作用時(shí)，物質(zhì)內(nèi)部的軌道電子會(huì)克服軌道的結(jié)合能變成自由電子的過(guò)程。應(yīng)是指 γ 射線和物質(zhì)的外層電子發(fā)生非彈性碰撞，使來(lái)，入射 γ 光子自身能量降低的過(guò)程。如圖 1.2 所示，的運(yùn)動(dòng)方向會(huì)發(fā)生改變，能量損失與 γ 射線和電子發(fā)生1.3 所示，當(dāng)能量較高的 γ 射線（大于 1.02MeV）與物質(zhì)內(nèi)部原子核的庫(kù)侖場(chǎng)的影響，，會(huì)使 γ 光子轉(zhuǎn)換成一個(gè)電能量大于 1.02MeV 的部分則轉(zhuǎn)化成這對(duì)電子的動(dòng)能。

當(dāng)能量較高的 γ 射線（大于 1.02MeV）與物子核的庫(kù)侖場(chǎng)的影響，會(huì)使 γ 光子轉(zhuǎn)換成一個(gè)于 1.02MeV 的部分則轉(zhuǎn)化成這對(duì)電子的動(dòng)能圖 1.2 康普頓效應(yīng)Fig.1.2. Compton effect
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TP242;O571.323

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本文編號(hào)：2647502