含铅、硼无机功能材料的制备及其中子伽马共同防护性能研究

发布时间：2020-09-19 18:24

　　随着核科学与技术的快速发展,涉核活动及操作日趋频繁,需要采取有效措施防护辐射环境中的高能射线,尤其是同时含有中子与伽马射线的混合辐射场,确保作业人员生命安全及设备正常运行。通常来说,轻元素(如H和B)能够吸收中子;重元素能够衰减伽马射线。不过,目前还没有一种无机功能材料能够同时有效地防护中子和伽马射线。为此,非常有必要将具有中子吸收能力的氢、硼元素和具有伽马射线衰减功能的重元素结合起来,制备出具有中子/伽马射线共同防护功能的新型无机功能材料。鉴于此,首先,利用水热合成法将重元素铅和轻元素硼和氢组装成不同形貌和尺寸的Pb_3B_(10)0 O_(16)[OH]_4晶体,使其同时具有防护中子及伽马射线的功能。在合成Pb_3B_(10)0 O_(16)[OH]_4晶体的过程中,吡啶通过与铅离子配位产生弱作用,这使得晶体沿着特定方向的进一步生长。而随着氨水使用量的改变,单体浓度越大,晶核的数量也越多,Pb_3B_(10)0 O_(16)[OH]_4晶体的尺寸可以由几十微米转变为纳米尺度。通过对Pb_3B_(10)0 O_(16)[OH]_4晶体进行射线屏蔽性能测试。结果表明所合成的化合物对中子及伽马射线都有良好的吸收能力。随着Pb_3B_(10)0 O_(16)[OH]_4晶体使用量的增大,对于射线的屏蔽能力增加。对比不同尺度和形貌的Pb_3B_(10)0 O_(16)[OH]_4晶体对射线的吸收能力,结果表明片状材料展现出最好的屏蔽性能,同时纳米结构材料展现出对中子及伽马射线更好的吸收效果。其次,为了适应复杂辐射环境(如中子占主导)的防护需要,合成了BN/Pb WO_4复合材料和BN@Pb WO_4核壳结构,可以通过控制功能结构中B含量调控材料的辐射防护性能。通过水热法制备出BN/Pb WO_4复合材料,材料的形貌和大小与BN添加量有关。BN的相对质量为3wt%时,形成了BN包裹棒状Pb WO_4材料。而利用溶胶凝胶可以在Pb WO_4晶体表面原位合成BN,形成新型BN@Pb WO_4核壳结构材料。对所合成的材料进行中子及伽马射线屏蔽性能测试,结果表明BN/Pb WO_4和BN@P b W O_4材料都具有良好的中子及伽马射线共同防护能力。样品对于高能伽马射线的吸收不如低能伽马射线;对能量为105.3Ke V的伽马射线衰减能力最好,屏蔽率达到78.45%。硼元素含量增加是中子屏蔽率快速增加的主要原因,几乎90%的热中子被吸收。
【学位单位】：西南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TB34
【部分图文】：

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图 1-1 光电效应示意图Figure 1-1 The schematic diagram of photoelectric effect2）康普顿效应入射的伽马光子与介质原子核外电子发生弹性碰撞，光子生改变，而电子得到伽马光子部分能量从原子中逃逸出来，这种反冲电子被称为康普顿电子。由于原子核外层电子较小，与具有相对极高能量的伽马光子碰撞后，反冲电子基本就是入射伽马光子与散射光子的能量差。具有相当动可以继续在材料中产生电离和激发作用，而散射的光子也质原子中的电子产生康普顿效应和光电效应。最终被介质部分逃逸出去。当能量约为 1Mev 的伽马射线辐射材料时康普顿效应，如图 1-2 所示。

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图 1-2 康普顿效应示意图Figure 1-2 The schematic diagram of Compton Effect子对效应材料被能量大于 1.02Mev 的伽马射线辐照时，库伦作用下，伽马光子消失并转化为一对正负电子对效应，如图 1-3 所示。其中消失的伽马光子子对的静态能量，剩余部分能量转化为电子对的料发生电离和激发作用，损失能量的正电子将于产生伽马射线。

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图 1-2 康普顿效应示意图Figure 1-2 The schematic diagram of Compton Effect3）电子对效应屏蔽材料被能量大于 1.02Mev 的伽马射线辐照时，伽马子的库伦作用下，伽马光子消失并转化为一对正负电子，为电子对效应，如图 1-3 所示。其中消失的伽马光子能量负电子对的静态能量，剩余部分能量转化为电子对的动能质材料发生电离和激发作用，损失能量的正电子将于材料湮没产生伽马射线。

【参考文献】