一种中子屏蔽材料及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种中子屏蔽材料及其制作方法，属于中子防护领域。本发明专利技术的中子屏蔽材料包括硼砂、水玻璃、氟硅酸钠；其中，硼砂、水玻璃、氟硅酸钠的重量份数的配比为100∶m∶n；m取值为50～70，n取值为5～15。本发明专利技术的方法为：1)取设定份数硼砂、氟硅酸钠混合物和水玻璃；其中，所述硼砂、水玻璃、氟硅酸钠的重量份数的配比为100∶m∶n；m取值为50～70，n取值为5～15；2)将水玻璃加水稀释后，加入到硼砂和氟硅酸钠混合物中搅拌均匀；3)将搅拌均匀的混合物加入压制模具中，挤压成型后脱模。本发明专利技术所提供的材料具有较好的中子屏蔽能力，并有一定的机械强度，成型速度可控，工艺简单，成本低廉。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于中子防护领域，涉及，针对从快中子到热中子的宽能区中子屏蔽。
技术介绍
中子是组成原子核的核子之一，不带电荷，在与物质发生相互作用时不受原子电场的影响，而直接与原子核发生相互作用，故其与X射线、Y射线相比具有更强的穿透性。 中子在核能、核武器、材料探伤、测井、活化分析等方面都有着巨大的作用，在国防、工业生产中都占有重要的地位。但是由于中子的强穿透性，使其对人体、环境、仪器设备等产生很强的辐射损伤，威胁生命安全和仪器的正常工作，所以对中子进行良好地屏蔽是使中子正常为人类服务的必要手段。对中子的屏蔽一般通过轻元素慢化快中子至较低能量，再使用硼、锂、镉等材料进行吸收，以达到减低屏蔽体外中子剂量至安全水平的目的。传统的中子屏蔽材料包括含硼聚乙烯(参考文献朱广宁等.西安脉冲堆中子照相屏蔽体.原子能科学技术，Vol. 40，No. 5s印.2006)、含硼水泥、钨合金(参考文献吴文圣.中子γ测井仪的中子屏蔽研究.核电子学与探测技术，Vol. 24，No. 1 Jan. 2004)等，新开发的如硼氢化锆(Zr(BH4)4)和氢化锆(ZrH2)(参考文献:T. Hayashi, Journal of Nuclear Materials 386-388 (2009) 119-121)等，这些材料对中子有较好的屏蔽效果，但存在成本高、成型速度慢、工艺复杂等问题。随着中子应用的发展，不同场合对中子屏蔽材料提出了不同的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供，主要针对小型加速器中子源、同位素中子源等；综合成本和屏蔽效果，本专利技术能够对现有的中子屏蔽材料起到很好的补充作用，传统的屏蔽材料加工周期较长，本专利技术由于较快的成型速度能够应对突发情况， 如核泄漏的前期封堵；在屏蔽材料体积不是主要考虑因素的情况下，本专利技术可以作为含硼聚乙烯的替代品，大大降低屏蔽成本；本专利技术同时提供该屏蔽材料的制备方法。本专利技术的技术方案为一种中子屏蔽材料，其特征在于包括硼砂、水玻璃、氟硅酸钠；其中，所述硼砂、水玻璃、氟硅酸钠的重量份数的配比为100 m η ;m取值为50 70，η取值为5 15。—种中子屏蔽材料的制作方法，其步骤为1)取设定份数硼砂、氟硅酸钠混合物和水玻璃；其中，所述硼砂、水玻璃、氟硅酸钠的重量份数的配比为100 m η ;m取值为50 70，η取值为5 15 ；2)将水玻璃加水稀释后，加入到硼砂和氟硅酸钠混合物中搅拌均勻；3)将搅拌均勻的混合物加入压制模具中，挤压成型后脱模。进一步的，所述水玻璃与水按照1 10 1 15的重量份数的配比进行稀释。进一步的，所述水玻璃与水按照1 10的重量份数的配比进行稀释。进一步的，所述硼砂、水玻璃、氟硅酸钠的重量份数的配比为100 60 6。本专利技术针对中子的特征，屏蔽材料中应富含中子减速剂和吸收剂，故本专利技术的材料包括硼砂、水玻璃和少量氟硅酸钠固化剂。所述的屏蔽材料为硼砂、水玻璃、氟硅酸钠按照100 m η的重量份数的配比进行混合，其中水玻璃的份数在50份到70份可调，份数越少，粘合能力越差，机械强度差，反之粘合能力越强，机械强度大，但是硼砂相对含量下降，影响热中子吸收；固化剂的份数在5到15份可调整，影响材料的成型速度。硼砂和水玻璃为常用的化工和建筑材料，来源广泛，成本低，操作简便。使用时根据需要选择水玻璃和固化剂的配比，对于机械强度要求高的场合适当提高水玻璃和固化剂的份数。成型材料中含有大量结晶水和自由水，对快中子有较好的减速能力(硼砂为Na2B4O7 · IOH2O,含有大量的结晶水；水玻璃固化提供自由水和部分结晶水，硼砂和水玻璃中的氢元素都能对快中子起到很好的慢化作用)；硼砂中的硼元素对减速后的热中子有极强的吸收能力。本专利技术的材料对中子的屏蔽略逊于含硼聚乙烯，但是在价格和加工难度上都比含硼聚乙烯有优势。与现有技术相比，本专利技术的积极效果为本专利技术的有益之处在于所提供的材料具有较好的中子屏蔽能力，并有一定的机械强度，成型速度随固化剂量在一定范围内可控，工艺简单，成本低廉。通过快中子成像的方式对所专利技术的材料进行了中子屏蔽能力测试，对比材料为 1厘米厚度的含硼聚乙烯、环氧树脂硼砂混合物1(质量比为35 100)、环氧树脂硼砂混合物2(质量比为40 100)以及本专利技术所述的材料(硼砂、水玻璃、固化剂质量比为 100 60 6)；附图1为Icm厚度的四种材料对中子的屏蔽结果示意，横轴为材料，纵轴为屏蔽能力(以含硼聚乙烯的屏蔽能力为1，进行归一化处理)。附图说明图1为Icm厚度的四种材料对中子的屏蔽结果示意；图2为本专利技术制作方法流程图。具体实施例方式如图2所示，为本专利技术的屏蔽材料的制作方法实施例一1按照100 50的份数取硼砂和氟硅酸钠混合物混合；其中，硼砂、水玻璃、氟硅酸钠的重量份数的配比为100 50 5；2将水玻璃加水稀释，水的比例为水玻璃质量的十分之一到十五分之一。较大的水比例利于搅拌，但是会降低粘合性能，选择1 10的稀释比例为较优的平衡点。3将稀释后的水玻璃缓慢加入硼砂和氟硅酸钠混合物，并迅速搅拌均勻。4将搅拌均勻的混合物加入压制模具中，挤压成型，脱模后使用。所述屏蔽材料初步凝结时间为5-30分钟(随固化剂量有所不同)，完全固化时间约6-Μ小时，固化温度为室温。实施例二1按照100 60的份数取硼砂和氟硅酸钠混合物混合；其中，硼砂、水玻璃、氟硅酸钠的重量份数的配比为100 60 6 ；2将水玻璃加水稀释，水的比例为水玻璃质量的十二分之一。较大的水比例利于搅拌，但是会降低粘合性能。3将稀释后的水玻璃缓慢加入硼砂和氟硅酸钠混合物，并迅速搅拌均勻。4将搅拌均勻的混合物加入压制模具中，挤压成型，脱模后使用。所述屏蔽材料初步凝结时间为5-30分钟(随固化剂量有所不同)，完全固化时间约6-M小时，固化温度为室温。实施例三1按照100 70的份数取硼砂和氟硅酸钠混合物混合；其中，硼砂、水玻璃、氟硅酸钠的重量份数的配比为100 70 15；2将水玻璃加水稀释，水的比例为水玻璃质量的十五分之一。3将稀释后的水玻璃缓慢加入硼砂和氟硅酸钠混合物，并迅速搅拌均勻。4将搅拌均勻的混合物加入压制模具中，挤压成型，脱模后使用。所述屏蔽材料初步凝结时间为5-30分钟(随固化剂量有所不同)，完全固化时间约6-M小时，固化温度为室温。本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种中子屏蔽材料，其特征在于包括硼砂、水玻璃、氟硅酸钠；其中，所述硼砂、水玻璃、氟硅酸钠的重量份数的配比为１００∶ｍ∶ｎ；ｍ取值为５０～７０，ｎ取值为５～１５。

【技术特征摘要】
1.一种中子屏蔽材料，其特征在于包括硼砂、水玻璃、氟硅酸钠；其中，所述硼砂、水玻璃、氟硅酸钠的重量份数的配比为100 m η ;m取值为50 70，η取值为5 15。2.如权利要求1所述的中子屏蔽材料，其特征在于所述水玻璃与水按照1 10 1 15的重量份数的配比进行稀释。3.如权利要求2所述的中子屏蔽材料，其特征在于所述水玻璃与水按照1 10的重量份数的配比进行稀释。4.如权利要求1或2或3所述的中子屏蔽材料，其特征在于所述硼砂、水玻璃、氟硅酸钠的重量份数的配比为100 60 6。5.一种中子屏蔽材料的制作方法，其步骤为1)取设定份数硼...

【专利技术属性】
技术研发人员：李航，邹宇斌，温伟伟，王胜，唐国有，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：11