核电救灾机器人中子屏蔽材料制备及辐射防护研究

发布时间：2017-07-05 03:19

  本文关键词：核电救灾机器人中子屏蔽材料制备及辐射防护研究

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【摘要】：核事故发生时核电站出现高放射性环境,对电子器件造成极大损伤,核救灾机器人的耐辐射能力是机器人能否完成救灾任务的关键。为了提高核电救灾机器人的辐射防护能力,使机器人能够完成紧急情况下的任务要求,开展了相关研究工作。采用蒙特卡罗MCNP程序对材料进行了模拟研究,完成了新型耐高温环氧树脂基中子屏蔽复合材料的设计、制备及性能测试,并与丫射线屏蔽复合材料进行综合研究,提出了-套针对核救灾机器人电子器件的辐射屏蔽方案。论文得到如下结论：(1)采用蒙特卡罗模拟了材料对不同能量中子的透射率,对比常用中子屏蔽填料发现,碳化硼具有较好的中子屏蔽性能,但存在较为明显的弱吸收区；环氧树脂作为基体材料,可以弥补碳化硼填料的弱吸收区；在核事故环境中,中子屏蔽复合材料对0-2MeV范围内的中子射线有着较好屏蔽性能。(2)制备了耐高温环氧树脂基中子屏蔽复合材料,采用241Am-Be中子源对材料进行评价表明,功能填料碳化硼颗粒的加入能显著增加AFG90-H环氧树脂的中子屏蔽性能,当碳化硼含量为60wt%时,材料的密度仅为1.74g/cm3,材料的中子透射率仅为26.98%；热力学测试表明,碳化硼颗粒的加入能改善材料的导热性能及复合材料的耐高温性能；同时,中子屏蔽复合材料具有较好的耐酸碱腐蚀性能,能满足核事故恶劣物化环境下的使用要求。(3)选用的γ射线屏蔽材料综合性能优异；对中子及γ射线屏蔽材料组合结构屏蔽性能研究表明,将中子屏蔽材料放在屏蔽层外侧时,γ射线的屏蔽效果较好,且中子屏蔽过程中产生的次级γ射线面通量较低；提出电子器件辐射防护方案,采取局部屏蔽与整体屏蔽结合的方式,对敏感元器件进行局部加强,使所有电子器件满足同一辐射强度,从而实现电子器件耐辐射性能的整体提升。
【关键词】：核电救灾机器人 辐射防护 蒙特卡罗 中子屏蔽 环氧树脂
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TL752.3;TP242
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-26
• 1.1 引言10-11
• 1.2 核电站发展现状及趋势11-12
• 1.3 典型核事故及环境分析12-14
• 1.3.1 切尔诺贝利核事故12-13
• 1.3.2 福岛核事故13-14
• 1.4 核救灾机器人研究现状14-17
• 1.5 核反应堆辐射环境分析17-19
• 1.5.1 核电站工作原理17-18
• 1.5.2 核电站工作及辐射环境18-19
• 1.6 射线与物质的相互作用19-22
• 1.6.1 中子与物质的相互作用19-20
• 1.6.2 光子与物质的相互作用20-22
• 1.7 辐射防护材料研究进展22-24
• 1.7.1 中子屏蔽材料的研究23
• 1.7.2 γ 射线屏蔽材料的研究23-24
• 1.8 研究意义及内容24-26
• 第2章 中子屏蔽复合材料设计及模拟研究26-41
• 2.1 引言26
• 2.2 蒙特卡罗介绍26-27
• 2.2.1 蒙特卡罗方法介绍26-27
• 2.2.2 常用粒子输运的蒙特卡罗程序27
• 2.3 中子屏蔽材料性能表征及模型设计27-30
• 2.3.1 中子屏蔽材料性能表征方法27-28
• 2.3.2 屏蔽模型建立及计算程序28-29
• 2.3.3 研究模拟粒子数目对实验结果的影响29-30
• 2.4 中子辐射屏蔽填料的选取及模拟研究30-34
• 2.4.1 中子屏蔽填料的选取30-31
• 2.4.2 能量对中子屏蔽填料性能的模拟研究31-33
• 2.4.3 厚度对中子屏蔽填料性能的模拟研究33-34
• 2.5 基体材料的选取及屏蔽模拟性能研究34-38
• 2.5.1 中子能量对基体材料性能影响的模拟研究34-36
• 2.5.2 环氧树脂的选取及性能对比36-38
• 2.6 中子屏蔽复合材料屏蔽性能模拟研究38-39
• 2.7 本章小结39-41
• 第3章 环氧树脂基中子屏蔽复合材料的制备及性能研究41-56
• 3.1 引言41
• 3.2 中子屏蔽复合材料的制备工艺41-43
• 3.2.1 原料与试剂41-42
• 3.2.2 实验仪器及设备42
• 3.2.3 环氧树脂中子屏蔽复合材料制备工艺42-43
• 3.3 增韧剂对复合材料力学性能的影响43-45
• 3.3.1 增韧剂对环氧树脂拉伸性能的影响43-45
• 3.3.2 增韧剂对中子屏蔽复合材料弯曲性能的影响45
• 3.4 复合材料中子屏蔽性能测试45-49
• 3.4.1 实验仪器及设备45-47
• 3.4.2 常见中子屏蔽材料性能对比47
• 3.4.3 碳化硼含量对中子屏蔽复合材料性能的影响47-48
• 3.4.4 复合材料厚度对中子屏蔽性能的影响48-49
• 3.5 中子屏蔽复合材料热力学性能测试49-52
• 3.5.1 复合材料热稳定性分析49-50
• 3.5.2 复合材料导热性能分析50
• 3.5.3 碳化硼填料对材料耐高温性能的影响50-52
• 3.6 复合材料耐酸碱腐蚀性能研究52-54
• 3.7 本章小结54-56
• 第4章 辐射屏蔽防护材料综合研究56-71
• 4.1 引言56
• 4.2 γ射线屏蔽材料的选用56-57
• 4.3 复合材料对γ射线屏蔽性能的模拟研究57-61
• 4.3.1 复合屏蔽材料的光子透射能谱分析57-58
• 4.3.2 γ射线屏蔽复合材料厚度及γ射线能量分析58-60
• 4.3.3 γ射线屏蔽复合材料线性吸收系数60-61
• 4.4 复合材料对中子屏蔽性能的模拟研究61-64
• 4.4.1 复合屏蔽材料的中子透射能谱分析61-62
• 4.4.2 中子屏蔽复合材料厚度及中子能量分析62-64
• 4.5 中子及γ射线屏蔽材料组合结构屏蔽性能研究64-66
• 4.5.1 组合结构中子屏蔽分析64-65
• 4.5.2 组合结构γ射线屏蔽分析65-66
• 4.6 屏蔽盒γ射线屏蔽性能测试66-67
• 4.7 电子器件辐射屏蔽防护设计67-69
• 4.8 辐射防护设计流程69-70
• 4.9 总结70-71
• 第5章 结论及展望71-73
• 5.1 结论71-72
• 5.2 展望72-73
• 参考文献73-78
• 致谢78-79
• 攻读硕士期间发表论文与奖励79

【参考文献】

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本文编号：520371