[发明专利]一种耐辐照耐高温快中子屏蔽材料及制备方法

说明书

本发明公开了一种耐辐照耐高温快中子屏蔽材料，原料包括含氢无机盐、无机非金属凝胶材料和碳化硼，按质量百分含量计，含氢无机盐的含量为75％‑95％，碳化硼的含量0.1％‑5％，余量为无机非金属凝胶材料；所述耐辐照耐高温快中子屏蔽材料的密度为1.8g/cm³‑2.4g/cm³，氢密度为0.07g/cm³‑0.09g/cm³。本发明还提供了屏蔽材料的制备方法，通过压制成型和养护工序结合获得该耐辐照耐高温快中子屏蔽材料。提供的屏蔽材料可代替有机屏蔽材料，应用于高温、中子注量高的辐射场中，如中子插塞，核反应堆主管道屏蔽，乏燃料运输储存容器屏蔽等。

技术领域

本发明涉及辐射防护与核安全技术领域，具体涉及一种耐辐照耐高温快中子屏蔽材料及制备方法。

背景技术

目前中子屏蔽主要采用高氢，高硼含量的材料进行屏蔽材料，快中子穿透能力强，屏蔽难度大，一般需要用高氢含量的材料进行慢化，再用高中子吸收截面的材料进行吸收。有机材料氢含量高，是快中子屏蔽材料的首选，常用的有机屏蔽材料包括聚乙烯基屏蔽材料，橡胶基屏蔽材料，环氧基屏蔽材料等。但有机屏蔽材料使用温度较低，如聚乙烯与橡胶基屏蔽材料使用温度不超过100℃，环氧基屏蔽材料使用温度不超过160℃。

另外，有机屏蔽材料在辐照过程中分子链易断裂而老化，当有机屏蔽材料的积累快中子注量达到10¹⁴n/cm²时，开始老化，材料变硬，变脆；当快中子注量达到10¹⁵n/cm²时，材料力学性能明显降低，随着辐照时间的延长，屏蔽材料不断粉化而失效；而在反应堆压力容器外侧，反应堆寿期内中子积累通量将达到10¹⁹n/cm²以上，有机屏蔽材料不能满足辐照老化要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：现有有机屏蔽材料在服役中存在的辐照老化与热老化问题，本发明提供了解决上述问题的一种耐辐照耐高温快中子屏蔽材料及制备方法，提供的屏蔽材料可代替有机屏蔽材料，应用于高温、中子注量高的辐射场中，如中子插塞，核反应堆主管道屏蔽，乏燃料运输储存容器屏蔽等。

本发明通过下述技术方案实现：

一种耐辐照耐高温快中子屏蔽材料，原料包括含氢无机盐、无机非金属凝胶材料和碳化硼，按质量百分含量计，含氢无机盐的含量为75％-95％，碳化硼的含量0.1％-5％，余量为无机非金属凝胶材料；所述耐辐照耐高温快中子屏蔽材料的密度为1.8g/cm³-2.4g/cm³，氢密度为0.07g/cm³-0.09g/cm³。

目前，常用的有机屏蔽材料存在两个问题：1)热老化：有机屏蔽材料使用温度较低，如聚乙烯与橡胶基屏蔽材料使用温度不超过100℃，环氧基屏蔽材料使用温度不超过160℃；2)中子辐照老化：有机屏蔽材料在辐照过程中分子链易断裂而老化，当有机屏蔽材料的积累快中子注量达到10¹⁴n/cm²时，开始老化，材料变硬，变脆；当快中子注量达到10¹⁵n/cm²时，材料力学性能明显降低，随着辐照时间的延长，屏蔽材料不断粉化而失效；而在反应堆压力容器外侧，反应堆寿期内中子积累通量将达到10¹⁹n/cm²以上，有机屏蔽材料不能满足辐照老化要求。