[发明专利]一种中子屏蔽材料及其制作方法

说明书

技术领域

本发明属于中子防护领域，涉及一种中子屏蔽材料及其制作方法，针对从快中子到热中子的宽能区中子屏蔽。

背景技术

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、γ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.5sep.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。

发明内容

本发明的目的是提供一种中子屏蔽材料及其制作方法，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，本发明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，本发明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，本发明可以作为含硼聚乙烯的替代品，大大降低屏蔽成本；本发明同时提供该屏蔽材料的制备方法。

本发明的技术方案为：

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∶n；m取值为50～70，n取值为5～15。

一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∶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。

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。

本发明针对中子的特征，屏蔽材料中应富含中子减速剂和吸收剂，故本发明的材料包括硼砂、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∶n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Na₂B₄O₇·10H₂O，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。本发明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，本发明的积极效果为：

本发明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。