[发明专利]一种耐高温快中子屏蔽材料、复合屏蔽材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种耐高温快中子屏蔽材料、复合屏蔽材料及其制备方法，所述的快中子屏蔽材料由氢化锆，镁和/或镁合金组成，所述的复合屏蔽材料为由氢化锆、镁和/或镁合金、硼单质和/或碳化硼和/或钨所组合的组成物。本发明提供的屏蔽材料能有效屏蔽快中子，并且耐高温、抗辐照、安全可靠。本发明的制备方法通过控制原料粉末按重量百分比配比为：4％～85％的氢化锆，5％～85％的镁或镁合金，0％～10％的硼单质，0％～10％的碳化硼，0％～90％的钨，该方法实现了所获得的屏蔽材料耐高温、抗辐照、安全可靠，且致密度高、力学性能好的优点。

技术领域

本发明属于辐射屏蔽材料领域，具体涉及一种耐高温快中子屏蔽材料、复合屏蔽材料及其制备方法。

背景技术

随着核能的推广应用，核辐射屏蔽日益受到重视。核反应堆运行时产生的快中子、热中子、γ射线等具有极强的穿透力，不仅会严重损害人员的身体健康，而且会严重影响设备、系统的正常工作。因此，如何高效的屏蔽中子、γ射线是核能应用面临的重要问题。在一些应用场景中，屏蔽体面临高温环境，选用耐高温的屏蔽材料能显著简化屏蔽体结构。根据核物理理论，轻元素(尤其是氢)能有效慢化、屏蔽快中子。现有和在研制的一些屏蔽材料，如硼钢、在铝基体中添加碳化硼制备而成的B₄C-Al复合材料(201010607497.5，201510946812.X)、在铝基体中添加钨和硼元素制成的W-B-Al复合材料(201310176166.4，201811591037.0)中不含氢，因而对快中子的屏蔽效果差。水中氢含量高，常用来屏蔽快中子，但存在冷却、腐蚀等问题。石蜡、聚乙烯等材料能有效屏蔽快中子，但使用温度不能高于100℃。铅硼聚乙烯由聚乙烯、碳化硼、铅复合而成，其含氢量高、中子慢化能力强，但工作温度低(80～100℃)，无法满足高温服役要求；在高剂量辐照下，聚乙烯易裂解老化，可靠性低，需要定期更换，产生的废物量大。将铝与氢化钛、氢化锆、硼复合而成的MH-B-Al(MH：金属氢化物)屏蔽材料(201711336252.1)具有较好的快中子慢化、吸收性能，但氢化钛在400℃以上开始显著分解，释放氢气；铝与氢化锆在500℃以上发生剧烈的放热反应，生成氢气。氢气易引发爆炸，造成严重事故。因此，MH-B-Al复合材料的事故容错能力差，安全性不高。综上所述，目前尚缺乏一种能有效屏蔽快中子，并且耐高温、抗辐照、安全可靠的屏蔽材料。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提供一种耐高温快中子屏蔽材料、复合屏蔽材料及其制备方法。

本发明具体采用如下技术方案：

一种耐高温快中子屏蔽材料，其特征在于，所述的快中子屏蔽材料由氢化锆，镁和/或镁合金组成，其中，氢化锆、镁和/或镁合金的重量百分比分别为4％～85％，5％～85％。

一种耐高温复合屏蔽材料，其特征在于，所述的复合屏蔽材料为由氢化锆、镁和/或镁合金、硼单质和/或碳化硼和/或钨所组合的组成物，其中，氢化锆、镁和/或镁合金，硼单质、碳化硼、钨的重量百分比分别为4％～85％，5％～85％，0％～10％，0％～10％，0％～90％，且硼单质、碳化硼、钨不能同时取0％。

一种耐高温快中子屏蔽材料、复合屏蔽材料的制备方法，所述的方法包括以下步骤：

(1)按配比称取原料粉末；

(2)将原料粉末混合均匀；

(3)将混合粉末装入软模内，采用冷等静压制成冷压坯；

(4)将冷压坯装入铝包套内，抽真空，升温至除气温度，保温，直至铝包套内气压低于压力阈值，将铝包套封口，封口后进行热等静压烧结；

(5)去除铝包套，得到屏蔽材料块体；

其中，步骤(1)中原料粉末按重量百分比配比为：4％～85％的氢化锆，5％～85％的镁或镁合金，0％～10％的硼单质，0％～10％的碳化硼，0％～90％的钨。