高含量铝基碳化硼中子吸收材料的制备及性能研究
发布时间：2021-06-17 00:01
中子吸收材料是核燃料和乏燃料贮存运输过程中临界控制和安全防护的必备材料。中子吸收材料长期处于中子辐射和弱酸介质腐蚀等恶劣和复杂的工作环境,并且要满足60年的使用寿命的要求,特别是日本福岛核泄漏事故之后,对中子吸收材料的力学性能提出更高要求。铝基碳化硼（B4C/Al）复合材料是集结构和功能一体化的中子吸收材料,本文提出了一种具有高含量（B4C含量大于30wt.%） B4C/Al中子吸收材料,并在此基础上深入研究该类中子吸收材料的中子屏蔽性能、力学性能和耐腐蚀行为,这对于我国核电站建设和安全运行具有重要的科学意义。本论文采用Monte Calro方法和MCNP软件进行数值模拟,研究了中子与B4C和A1材料的作用机制,设计了中子吸收材料的组分配比。采用真空热压技术制备高含量B4C/Al中子吸收材料,探讨材料密度和微观组织形态与材料中子屏蔽性能之间的内在联系,进一步通过实验验证理论模拟的可行性。探索高含量B4C/Al中子屏蔽材料轧制成形过程中的协调塑性变形机制。对不同B4C含量和颗粒尺寸的B4C/Al中子屏蔽材料进行组织和界面分析,并对其物理及力学性能进行系统分析研究,揭示了微观组织演变和宏观...
【文章来源】：太原理工大学山西省 211工程院校
【文章页数】：148 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２－１在不同中子能量下２７ＡＩ的中子反应截面??Ｆｉｇ．２－１?Ｔｈｅ?ｎｅｕｔｒｏｎ?ｒｅａｃｔｉｏｎ?ｃｒｏｓｓ?ｓｅｃｔｉｏｎ?ｏｆ??
生成的裡原子不被晶胞容纳造成元件损伤，而氮气的释放又会造成材料肿胀，影响到??最终的中子屏蔽效果。选择碳化测作为元素棚的替代物则可较好地解决这一问题，其??原因和机理可从碳化棚的晶体结构来解释。如图２－２所示，碳化棚为六方菱形，其结构??模型可描述为一立方原胞点阵在空间对角线方向上延伸，在每一角上形成具有一定规??则的二十面体。碳化棚晶胞中有很多空隙，棚二十面体的空隙直径为０．１６化ｍ，碳化??测晶格中３个棚原子和１个碳原子所形成的四面体的直径为０．１８０ｒｎｎ，棚原子的直径为??０．１７８ｎｍ。根据这些参数可算出晶格中有足够的大于钮原子的直径的空隙。因此１０Ｂ俘??获中子后生成的钮原子不但可＾式占据原１唯原子的位置，也可Ｗ被晶格中的空隙所容??纳。故不会对材料造成破坏。经研究表明，碳化棚具有较高的持有氮的能力，氮释放??率低，肿胀也较小。因此本课题选ＢａＣ为中子吸收体的吸收材料。Ｂ４Ｃ的中子反应截面??见图２－３所示。??鲁??图２－２?Ｂ４Ｃ的晶体结构模型??Ｆｉｇ．?２－２?Ｔｈｅ?ｃｒｙｓｔａｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?Ｂ４Ｃ??３３??
生成的裡原子不被晶胞容纳造成元件损伤，而氮气的释放又会造成材料肿胀，影响到??最终的中子屏蔽效果。选择碳化测作为元素棚的替代物则可较好地解决这一问题，其??原因和机理可从碳化棚的晶体结构来解释。如图２－２所示，碳化棚为六方菱形，其结构??模型可描述为一立方原胞点阵在空间对角线方向上延伸，在每一角上形成具有一定规??则的二十面体。碳化棚晶胞中有很多空隙，棚二十面体的空隙直径为０．１６化ｍ，碳化??测晶格中３个棚原子和１个碳原子所形成的四面体的直径为０．１８０ｒｎｎ，棚原子的直径为??０．１７８ｎｍ。根据这些参数可算出晶格中有足够的大于钮原子的直径的空隙。因此１０Ｂ俘??获中子后生成的钮原子不但可＾式占据原１唯原子的位置，也可Ｗ被晶格中的空隙所容??纳。故不会对材料造成破坏。经研究表明，碳化棚具有较高的持有氮的能力，氮释放??率低，肿胀也较小。因此本课题选ＢａＣ为中子吸收体的吸收材料。Ｂ４Ｃ的中子反应截面??见图２－３所示。??鲁??图２－２?Ｂ４Ｃ的晶体结构模型??Ｆｉｇ．?２－２?Ｔｈｅ?ｃｒｙｓｔａｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?Ｂ４Ｃ??３３??
【参考文献】：
期刊论文
[1]乏燃料贮运用铝基碳化硼复合材料的屏蔽性能计算[J]. 戴龙泽,刘希琴,刘子利,丁丁. 物理学报. 2013(22)
[2]DYNAMIC MECHANICAL BEHAVIOR OF 6061 AL ALLOY AT ELEVATED TEMPERATURES AND DIFFERENT STRAIN RATES[J]. Xueling Fan,Tao Suo,Qin Sun,Tiejun Wang. Acta Mechanica Solida Sinica. 2013(02)
[3]Al/SiCp金属基复合材料搅拌摩擦焊工艺参数的多目标优化（英文）[J]. P.PERIYASAMY,B.MOHAN,V.BALASUBRAMANIAN,S.RAJAKUMAR,S.VENUGOPAL. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2013(04)
[4]Al-B4C复合材料在硼酸溶液中腐蚀机理研究[J]. 石建敏,沈春雷,张玲,雷家荣,龙兴贵,周晓松. 原子能科学技术. 2012(08)
[5]B4C/Al中子吸收板腐蚀过程中的起泡研究[J]. 李刚,王美玲,王贯春,简敏. 表面技术. 2012(04)
[6]搅拌参数对半固态搅拌工艺制备（ABOw+SiCp）/6061Al复合材料微观组织和力学性能的影响（英文）[J]. 关丽娜,耿林,张宏伟,黄陆军. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2011(S2)
[7]Deformation mechanism and forming properties of 6061Al alloys during compression in semi-solid state[J]. 尚淑珍,路贵民,唐小玲,赵祖欣,吴成明. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2010(09)
[8]B4C陶瓷基复合材料的海水腐蚀研究[J]. 李剑,张卫珂,尹衍升. 装备环境工程. 2009(06)
[9]Microstructure and tensile properties of TiB2p/6061Al composites[J]. 姜龙涛,陈国钦,赫晓东,赵敏,修子扬,范瑞君,武高辉. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2009(S3)
[10]中子屏蔽复合材料板材研制及性能研究[J]. 张启戎,唐常良,陈晓媛,马华东,韩玉省. 化学工程师. 2009(09)
本文编号：3234043
【文章来源】：太原理工大学山西省 211工程院校
【文章页数】：148 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２－１在不同中子能量下２７ＡＩ的中子反应截面??Ｆｉｇ．２－１?Ｔｈｅ?ｎｅｕｔｒｏｎ?ｒｅａｃｔｉｏｎ?ｃｒｏｓｓ?ｓｅｃｔｉｏｎ?ｏｆ??
生成的裡原子不被晶胞容纳造成元件损伤，而氮气的释放又会造成材料肿胀，影响到??最终的中子屏蔽效果。选择碳化测作为元素棚的替代物则可较好地解决这一问题，其??原因和机理可从碳化棚的晶体结构来解释。如图２－２所示，碳化棚为六方菱形，其结构??模型可描述为一立方原胞点阵在空间对角线方向上延伸，在每一角上形成具有一定规??则的二十面体。碳化棚晶胞中有很多空隙，棚二十面体的空隙直径为０．１６化ｍ，碳化??测晶格中３个棚原子和１个碳原子所形成的四面体的直径为０．１８０ｒｎｎ，棚原子的直径为??０．１７８ｎｍ。根据这些参数可算出晶格中有足够的大于钮原子的直径的空隙。因此１０Ｂ俘??获中子后生成的钮原子不但可＾式占据原１唯原子的位置，也可Ｗ被晶格中的空隙所容??纳。故不会对材料造成破坏。经研究表明，碳化棚具有较高的持有氮的能力，氮释放??率低，肿胀也较小。因此本课题选ＢａＣ为中子吸收体的吸收材料。Ｂ４Ｃ的中子反应截面??见图２－３所示。??鲁??图２－２?Ｂ４Ｃ的晶体结构模型??Ｆｉｇ．?２－２?Ｔｈｅ?ｃｒｙｓｔａｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?Ｂ４Ｃ??３３??
生成的裡原子不被晶胞容纳造成元件损伤，而氮气的释放又会造成材料肿胀，影响到??最终的中子屏蔽效果。选择碳化测作为元素棚的替代物则可较好地解决这一问题，其??原因和机理可从碳化棚的晶体结构来解释。如图２－２所示，碳化棚为六方菱形，其结构??模型可描述为一立方原胞点阵在空间对角线方向上延伸，在每一角上形成具有一定规??则的二十面体。碳化棚晶胞中有很多空隙，棚二十面体的空隙直径为０．１６化ｍ，碳化??测晶格中３个棚原子和１个碳原子所形成的四面体的直径为０．１８０ｒｎｎ，棚原子的直径为??０．１７８ｎｍ。根据这些参数可算出晶格中有足够的大于钮原子的直径的空隙。因此１０Ｂ俘??获中子后生成的钮原子不但可＾式占据原１唯原子的位置，也可Ｗ被晶格中的空隙所容??纳。故不会对材料造成破坏。经研究表明，碳化棚具有较高的持有氮的能力，氮释放??率低，肿胀也较小。因此本课题选ＢａＣ为中子吸收体的吸收材料。Ｂ４Ｃ的中子反应截面??见图２－３所示。??鲁??图２－２?Ｂ４Ｃ的晶体结构模型??Ｆｉｇ．?２－２?Ｔｈｅ?ｃｒｙｓｔａｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?Ｂ４Ｃ??３３??
【参考文献】：
期刊论文
[1]乏燃料贮运用铝基碳化硼复合材料的屏蔽性能计算[J]. 戴龙泽,刘希琴,刘子利,丁丁. 物理学报. 2013(22)
[2]DYNAMIC MECHANICAL BEHAVIOR OF 6061 AL ALLOY AT ELEVATED TEMPERATURES AND DIFFERENT STRAIN RATES[J]. Xueling Fan,Tao Suo,Qin Sun,Tiejun Wang. Acta Mechanica Solida Sinica. 2013(02)
[3]Al/SiCp金属基复合材料搅拌摩擦焊工艺参数的多目标优化（英文）[J]. P.PERIYASAMY,B.MOHAN,V.BALASUBRAMANIAN,S.RAJAKUMAR,S.VENUGOPAL. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2013(04)
[4]Al-B4C复合材料在硼酸溶液中腐蚀机理研究[J]. 石建敏,沈春雷,张玲,雷家荣,龙兴贵,周晓松. 原子能科学技术. 2012(08)
[5]B4C/Al中子吸收板腐蚀过程中的起泡研究[J]. 李刚,王美玲,王贯春,简敏. 表面技术. 2012(04)
[6]搅拌参数对半固态搅拌工艺制备（ABOw+SiCp）/6061Al复合材料微观组织和力学性能的影响（英文）[J]. 关丽娜,耿林,张宏伟,黄陆军. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2011(S2)
[7]Deformation mechanism and forming properties of 6061Al alloys during compression in semi-solid state[J]. 尚淑珍,路贵民,唐小玲,赵祖欣,吴成明. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2010(09)
[8]B4C陶瓷基复合材料的海水腐蚀研究[J]. 李剑,张卫珂,尹衍升. 装备环境工程. 2009(06)
[9]Microstructure and tensile properties of TiB2p/6061Al composites[J]. 姜龙涛,陈国钦,赫晓东,赵敏,修子扬,范瑞君,武高辉. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2009(S3)
[10]中子屏蔽复合材料板材研制及性能研究[J]. 张启戎,唐常良,陈晓媛,马华东,韩玉省. 化学工程师. 2009(09)
本文编号：3234043
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