[发明专利]一种稀土防核辐射砂浆及其制备方法

说明书

本发明涉及一种稀土防核辐射砂浆由以下重量百分比含量的组分组成：水泥24～28％，骨料40～60％，稀土10～30％，外加剂0.8～2.0％，其中的稀土骨料中含有镧、钆、钐、铕或镝等稀土元素的氧化物、草酸盐、碳酸盐或配合物。与现有技术相比，本发明具有良好的力学性能、防水性能和施工性能，并对伽马及中子射线具有良好的屏蔽效果。

技术领域

本发明涉及一种核防建筑材料技术领域，具体是涉及一种稀土防核辐射砂浆及其制备方法。

背景技术

核能发电是目前核能和平利用的最主要的方式。在核能领域，人们主要关心的是电离辐射可能产生的健康影响及其防护。核能应用领域的辐射照射来源于核能产生装置(如核电站)在运行过程中产生的各种放射性核素。在正常运行情况下，核电站对周围公众产生的辐射剂量远远低于天然本底的辐射水平。在我国，国家核安全法规要求核电站在正常运行工况下对周围居民产生的年辐射剂量不得超过0.25毫希。核电安全的核心在于防止反应堆中的放射性裂变产物泄漏到周围的环境。为此，采取多层次纵深防御的安全原则。为了防止反应堆堆芯中的放射性裂变产物的外泄，在工程上设置有适当的实体屏障。核电站一般都有3道安全屏障，它们是燃料元件包壳、一回路压力边界和重质水泥砂浆安全壳防止核辐射泄露。

辐射分为电离辐射和非电离辐射两类：α射线、β射线、γ射线、X射线、质子和中子等属于电离辐射，而红外线、紫外线、微波和激光则属于非电离辐射。核辐射是指α、β、γ射线和中子流的辐射，这些辐射能够诱发癌症、白血病和多发性骨髓癌、恶性肿瘤、不育症、流产和生育缺陷等多种人类绝症以及引起植物的基因变异，严重危害农作物的生长，而且由于其潜伏期长，短时间内很难发现。但由于α、β射线穿透力较低，易被吸收，因此，原子反应堆和加速器的防护问题主要归结为对γ射线和中子流的防护。γ射线穿透能力强，通常通过高密度建筑材料时，其能量逐渐被减弱，达到一定密度和厚度时，可完全被吸收。中子是原子核的组成部分，静止质量为1.675×10^-27kg，为电子质量的1838倍；其半径约为0.8×10^-15m。与质子大小类似，与γ射线一样不带电。因此，中子与原子核或电子之间没有静电作用。当中子与物质相互作用时，主要是和原子核内的核力相互作用，与外壳层的电子不会发生作用。中子通过物质时具有很强的穿透力，对人体产生的危险比相同剂量的X射线、γ射线更为严重。人体受中子辐射后，肠胃和雄性性腺会严重损伤，诱导肿瘤的生物效应高，并易导致早期死亡。同时受损伤的机体易感染且程度重，所致眼晶体混浊的相对生物效应为γ或X射线的2～14倍。中子与物质相互作用的类型主要取决于中子的能量。根据中子能量的高低，可以把中子分为能量小于5keV的慢中子、能量范围为5～100keV的中能中子和能量为0.1～500MeV的快中子三大类。其中慢中子中能量小于1eV(一般为0.025eV)的也称为热中子。各类中子与物质的原子核相互作用过程基本上可以分为两类：散射和吸收。散射又可以分为弹性散射和非弹性散射。慢中子与原子核作用的主要形式是吸收；中能中子和快中子与物质作用的主要形式是弹性散射；而对于能量大于10MeV的快中子，和原子核的作用以非弹性散射为主。中子和物质的相互作用过程除了弹性散射之外，其余各种现象均会产生次级辐射。因此，辐射防护是相当重要的。实际工作中大多数情况遇到的是快中子，快中子和物质相互作用时，首先是快中子的散射和减速，然后是慢中子被吸收后放出共化粒子或γ射线。因此中子屏蔽可分为以下两个过程：

(1)对快中子进行减速。重元素或具有大吸收截面的元素及其化合物可用以减速快中子并吸收次级γ射线。其中，重元素可阻滞快中子。截面大的元素能同时阻滞快中子并吸收慢中子，且不释放γ粒子。常用的重元素有铅、钨、铁、钡等。能吸收中子的大截面元素常用的有锂-6、硼-10、镉及其化合物或合金，例如碳化硼、氮化硼、锂化硼等。通常用重元素阻滞快中子后，还需要用轻元素材料(如含氢多的材料)进一步减速比较慢的中子。这些材料具有较好的耐辐射性能，同时具有高含量的能阻滞中速中子的氢原子，且不产生γ射线二次效应。如水、石蜡、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚酯等高聚物。