[发明专利]中子屏蔽材料及制备工艺

说明书

技术领域

本发明属于原子能技术领域，涉及一种中子屏蔽材料，特别是涉及含有硼元素和硬脂酸盐的复合材料，该材料可用作中子慢化吸收的屏蔽防护材料。本发明还涉及所述材料的制备方法。

背景技术

目前，在原子能利用包括运用中子散射进行测试分析时，均需对中子辐射进行有效的屏蔽防护，或慢化或吸收，一方面保护人体免受中子的辐射损害，另一方面降低杂散中子产生的探测器本底和减少其对仪器的辐照损坏。通常，屏蔽材料的选择需要综合考虑其屏蔽效率，材料特性包括机械性能，和生产工艺成本三方面。

对于中子的屏蔽吸收，一般选择中子吸收截面较大的元素，例如，氦(He)、锂(Li)、钆(Gd)、镉(Cd)和硼(B)等，常见吸收元素中吸收截面高于¹⁰B的只有Gd（钆），Sm（钐），Eu（铕）。但Sm（钐），Eu（铕）的制备工艺复杂，价格十分昂贵，而Gd（钆）的使用寿命很短。此外，除B以外，其它元素都会在吸收中子后放出穿透性很强的γ射线，增加废料处理的困难。因此，工艺相对简单而且价廉的¹⁰B元素无疑成为中子的屏蔽吸收的最佳选择。另外，含氢量高的物质如-CH₂、CH₄或H₂O等，是有效的中子慢化材料，可使入射中子的吸收截面显著增加从而在慢化和吸收双重作用下被有效屏蔽。

现行的中子屏蔽材料多是将重金属与聚乙烯及B₄C等复合组成，同时需添加一系列耦联剂，不但工艺过程复杂，而且成本太高。由于B₄C的价格是硼酐或硼砂的10倍以上，所得制品也因工业上用作磨料的B₄C的硬度极高（硬度仅次于金刚石）而较硬，加工时机床刀具磨损非常严重，几次后刀具就会报废，同时也不易于加工成所需形状，无法满足实际需要。另一类制备屏蔽防护材料的方法，是将中子慢化剂与吸收材料做成“三明治”型夹层结构，虽然工艺相对简单，但由于两种材料在复合体中的分布不均，明显影响屏蔽效果，达不到理想的中子屏蔽目的。

因此，本领域仍然需要有一种新的中子屏蔽材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新的中子屏蔽材料，期望其具有至少一个以下方面的效果：成本低廉、制备简单、成型性好、产品优良率高、中子屏蔽效果好等。本发明以超高分子量聚乙烯为基材，添加含硼化合物可以有效地增大屏蔽材料的密度，从而使屏蔽效率呈指数的提高，令人满意地实现了上述效果,尤其是屏蔽材料的成品率、断裂强度和延伸率(塑性)有了很大的提高,从而提高了材料的使用寿命,且能更方便和易于加工成型成所需不同形状和结构的制品。

为此，本发明第一方面提供了一种中子屏蔽材料，其包含：超高分子量聚乙烯、至少一种硼化合物、和至少一种硬脂酸或其盐。

在本发明中子屏蔽材料的一个实施方案中，其中所述硼化合物选自硼酐、硼砂、无水硼砂或其组合。

在本发明中子屏蔽材料的一个实施方案中，其中所述硬脂酸盐是ⅡB、Ⅱa族元素与硬脂酸形成的盐。

在本发明中子屏蔽材料的一个实施方案中，其中所述硬脂酸或其盐选自硬脂酸、硬脂酸镁、硬脂酸钙、硬脂酸锌、或其组合。

在本发明中子屏蔽材料的一个实施方案中，以每100重量份的超高分子量聚乙烯计，该中子屏蔽材料中包含硼化合物的量为1-50重量份、5-50重量份、12-50重量份、20-50重量份、26-37重量份、37-50重量份。

在本发明中子屏蔽材料的一个实施方案中，以每100重量份的超高分子量聚乙烯计，该中子屏蔽材料中包含硬脂酸或其盐的量为0.1-10重量份、0.1-3重量份、0.5-10重量份、1-10重量份、0.5-5重量份、3-5重量份。

在本发明中子屏蔽材料的一个实施方案中，其中所述中子屏蔽材料包含：

高密度聚乙烯    100重量份、

硼化合物        1-200重量份、和

硬脂酸或其盐    0.1-20重量份。

在本发明中子屏蔽材料的一个实施方案中，其中所述中子屏蔽材料包含：

超高分子量聚乙烯    100重量份、

硼化合物            1-50重量份、和

硬脂酸或其盐        0.1-10重量份。

在本发明中子屏蔽材料的一个实施方案中，其中所述中子屏蔽材料包含：

超高分子量聚乙烯    100重量份、

硼化合物            5-50重量份、和