用于X-和γ-射线衰减的高致密的赤泥屏蔽物制造技术

开发了新型的环境友好的方法用于制造用于屏蔽高能X

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】Toward Sustainable Infrastructures(面向可持续基础设施的智能和多功能混凝土)”的书，ISBN978
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2，出版商Springer Nature Singapore Pte Ltd.2017，第19章“Radiation Shielding Concrete(辐射屏蔽混凝土)”，其中报道了，辐射屏蔽混凝土是由70
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80％的高致密的骨料如重晶石、赤铁矿、钛铁矿、硼(屏蔽中子)等制成的。所开发的混凝土的缺点是它们的辐射不稳定性。它是热不稳定的，由于骨料的收缩/膨胀和来自混凝土中结晶水的蒸发而导致裂缝。混凝土趋于在高于200℃失去其强度。当混凝土的密度超过3.8g/cc时，由于设备的磨损和极端的农场压力，混凝土的成本大大增加。
[0012]可以参考2017年第3届绿色材料与环境工程国际会议(GMEE 2017)的作者为Tzong
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Jer Chen的文章“investigation of barite shielding boards for radiation protection(用于辐射防护的重晶石屏蔽板的研究)”，ISBN：978
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1，其中通过将15、25和37mm厚的辐射屏蔽混凝土夹在5mm厚的纤维混凝土之间开发了三种不同的重晶石屏蔽板(BSB)。BSB辐射屏蔽层使用80％＜3mm和20％＜75μm大小的重晶石骨料制成。使用w/c比为0.36的波特兰水泥。屏蔽层的密度为3.4g/cc。15mm厚的屏蔽具有2mm铅的衰减特性。它需要相当厚的壁来屏蔽高能伽马射线。
[0013]可以参考Yasumichi Miyao等提交的美国专利9,708,221，名称为“Brick，Tile，Floorboard，Ceiling Panel，and Roofing Material and Method for Manufacturing Same(砖、瓦、地板、天花板和屋顶材料及其制造方法)”，其中各种结构的X
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和γ
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射线屏蔽材料如砖、面板、屋顶材料等都是使用赤铁矿(Fe2O3)制造的。将约85
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100重量％的0.3至800μμm大小的Fe2O3颗粒与高岭石(AlSiO3(OH)4)混合，以提高材料的可模塑性。然后通过施加高压(最大112MPa)将前体模塑成所需的形状，如块状、砖状、圆柱状、厚板状等，具体取决于应用。然后将模塑制品在1280℃之间烧制120小时。烧制成型制品的堆密度为2.8g/cc，其即使添加90重量％Fe2O3后也非常低。此外，由于长时间烧制，该过程是能源密集型的。
[0014]可以参考作者为Hiroyuki Mori等的文章“Iron(III)Oxide
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Based Ceramic Material for Radiation Shielding(用于辐射屏蔽的铁(III)氧化物基陶瓷材料)”Ceramics，3(2020)258
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264，其中Fe2O3砖是使用从钢铁工业废料中提纯的近99％的Fe2O3粉末制成的。所开发的砖的比重和压缩强度分别为4.9和200MPa。所开发的砖具有铅的40％的衰减。砖在1.332MeV(Co
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60源)处的HVL为25mm。它消耗99％的可以容易地再循环的Fe2O3。它比赤泥基材料需要更多的空间。
[0015]可以参考由Clayton W.Struthers等提交的题为“Radiation Shielding Panel(辐射屏蔽板)”的美国专利号8,816,309，其中辐射屏蔽聚合物面板是通过在聚脲基质中结合钨粉制成的。具体地，将尺寸分别为90、9和0.9微米的80、15和5重量％的钨粉加载到聚脲基质中。据报道，将90微米大小的颗粒形成底层，然后将9微米颗粒在其顶部形成另一层。0.9微米的颗粒扩散到两层中并填充较大颗粒之间的间隙。这种基于聚合物的辐射屏蔽材料的主要缺点是它们较差的机械和热稳定性以及耐久性。聚合物在连续照射期间趋于分解。此外，纳米颗粒昂贵，这抑制了它们广泛的应用范围。
[0016]可以参考作者为Robert R.Durkee的题为“High Density Composites Replace Lead(高密度复合材料替代铅)”的报告，Ecomass technologies，其中通过将各种纳米粒子如钨、铁酸钡、羰基铁、硫酸钡、不锈钢和铜掺入各种聚合物如聚酰胺、聚氨酯、聚乙烯、聚甲基戊烯、聚砜等中，制备了聚合物
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金属复合材料。通过改变原材料组成，制造了密度范围为
2.5
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11g/cc的聚合物
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金属纳米复合材料。它们无毒并且还具有良好的衰减特性。这种基于聚合物的辐射屏蔽材料的主要缺点是当暴露于连续电离辐射时它们的机械稳定性和热稳定性以及耐久性差。特别地，聚合物主链由于在照射时形成自由基而趋于断裂。此外，大多数的高Z元素昂贵，并且这也增加了生产成本。
[0017]可以参考由Joseph M.Cardon等提交的题为“Radiation shielding and processes for producing and using the same(辐射屏蔽及其生产和使用方法)”的US 10026513，其中通过将有机铋单体化合物与共聚单体和交联剂混合聚合而开发了光学透明的铋聚合物化合物。所开发的屏蔽材料含有30
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40重量％的铋。该聚合物热不稳定且昂贵。当暴露于高能辐射时，该聚合物倾向于分解。它们适于制作围裙、窗帘等。
[0018]由上可知，本领域存在很多问题。历史上，铅因其高原子序数(82)、密度(11.35g/cc)和相对较低的成本而被广泛用作X
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射线和伽马
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射线屏蔽材料。但铅具有致癌性，据报道它是排名第二的危险元素。因此，大多数国家都不鼓励使用铅。据报道，这种辐射屏蔽结构会通过接触以及铅尘的形成而伤害公众和操作人员。通过陶瓷途径制造的赤泥基X
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射线屏蔽瓦由于孔的形成而具有3.4g/cc和2.35g/cc的密度，即使是在分别添加45重量％的Bi2O3和BaSO4之后。它需要相当厚的壁来衰减伽马和工业X
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射线(＞150kVp)，并且将占用巨大的有用空间。
[0019]在一些赤泥基辐射屏蔽材料中，将BaCO3、BaSO4和焦炭用作高Z金属化合物与赤泥一起在1300℃烧结，以形成钡铁钛石和其他钡基高致密相。在如此高的温度下，BaCO3和BaSO4都会分解并释放出不利于环境的气体，如CO2和SO2，其是不可察觉的。
[0020]除了铅，重质和轻质混凝土也被用来屏蔽高能光子。混凝土的主要缺点在于它是热不稳定的。当温度超过200℃时，混凝土本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于X
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和γ
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射线衰减的赤泥基材料，所述材料包含：a)50
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100重量％的赤泥；和b)0至50重量％的Bi2O3，或Ba(OH)2，或Bi2O3与Ba(OH)2的混合物(50∶50重量％)。2.如权利要求1所述的赤泥基材料，其中所述材料的密度在从3.3g/cc至5.23g/cc的范围内。3.如权利要求1所述的赤泥基材料，其中赤泥、赤泥：Bi2O3、赤泥：Ba(OH)2和赤泥：Bi2O3：Ba(OH)2屏蔽物的密度分别为3.3g/cc、5.23g/cc、4.6g/cc和4.7g/cc。4.如权利要求1所述的赤泥基材料，其中所述材料的压缩强度在从34MPa至282.15MPa的范围内。5.如权利要求1所述的赤泥基材料，其中赤泥、赤泥：Bi2O3、赤泥：Ba(OH)2和赤泥：Bi2O3：Ba(OH)2的压缩强度分别为34.18MPa、282.15MPa、144MPa和122MPa。6.如权利要求1所述的赤泥基材料，其中所述材料在1.33MeV(
60
Co源)处的半值厚度在20.96mm至34.02mm的范围内。7.如权利要求1所述的赤泥基材料，其中所述材料在150kVp X
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射线处的半值厚度在0.7434mm至3.10mm的范围内。8.一种用于制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：萨拉马尔，
申请(专利权)人：科学与工业研究委员会，
类型：发明
国别省市：