改性高浓度硼酸溶液对蛇纹石屏蔽混凝土力学性能与中子屏蔽性能的影响

蛇纹石屏蔽混凝土是一种长期应用于高温条件下仍能保持高结晶水含量的中子屏蔽材料,但其密实度低,缺乏有效吸收热中子的硼元素。作为硼元素的来源,硼酸是生产屏蔽混凝土的有效材料,但在以水泥为主的水化体系中,硼酸的掺入会抑制水泥水化过程,导致材料强度及耐久性劣化。本研究通过改性高浓度硼酸溶液,诱导水泥浆体中游离硼酸盐生成高硼含量与结晶水含量的戈硼钙石,增加体系中硼元素含量的同时解除硼酸对水泥水化的抑制作用,研究改性高浓度硼酸溶液对蛇纹石屏蔽混凝土工作性能、力学性能、高温残余抗压强度、微观结构与屏蔽性能的影响。结果表明:掺加改性高浓度硼酸溶液对蛇纹石屏蔽混凝土的凝结时间、常温力学性能、高温残余抗压强度均无不良影响。掺加改性高浓度硼酸溶液后,蛇纹石屏蔽混凝土在400℃高温残余抗压强度提高了43.5%,常温下半值层降低了31.7%,350℃保温至恒重后半值层降低了21.4%,对中子射线的屏蔽能力增强。

慢化球探测器组合法测试中子屏蔽性能应用

随着核技术在各领域的应用推广,中子屏蔽材料得到越来越广泛的应用,而目前国内外还没有测试中子屏蔽性能的统一标准。为了探索一种简单可行、能够在较宽中子能量范围内测试材料屏蔽性能的方法,本文对3He正比计数管、计数管外包镉及计数管外包不同直径的聚乙烯(Polyethylene,PE)慢化球共12个模型进行了MCNP(Monte Carlo N Particle Transport Code)模拟计算,得到一种慢化球探测器组合测试方法,使测试能够在1×10-5-1.25 Me V能量范围内有较一致的响应。利用这种方法测试了2 cm和4 cm厚PE对252Cf中子的透射率,与多球谱仪解谱法得到的结果在±1.0%内相吻合,对几种材料的测试结果也符合不同类型材料对中子的屏蔽规律,证实了这种简易组合测试方法的可行性。

热压微晶碳化硼材料中子屏蔽性能仿真

在蒙特卡洛模拟程序中构建三维仿真模型,对热压微晶碳化硼材料的中子屏蔽性能进行模拟仿真。仿真结果表明,碳化硼在材料中的含量直接影响着中子的投射系数,可以通过调整材料中碳化硼的含量,改善中子屏蔽效果;在普通材料的高能中子区和低能中子区添加相同含量的碳化硼,对中子屏蔽性能产生的影响存在差异,高能中子的屏蔽性能优于低能中子的屏蔽性能;中子屏蔽性能也受屏蔽体材料厚度的影响,将碳化硼添加到普通材料中,可以提高屏蔽效果,降低屏蔽材料的厚度,且屏蔽厚度与碳化硼含量之间呈反比。

热中子屏蔽性能测试平台设计优化及影响因素分析

材料热中子屏蔽性能测试是评价新型中子屏蔽材料屏蔽性能的重要手段,并为材料的改进和应用提供重要指导,在中子辐射屏蔽领域具有重要的研究意义。目前,基于同位素中子源的纯热中子场不易获得,而常用的热中子探测器能量响应范围较宽,导致材料的热中子屏蔽性能测试结果的准确性较差。针对此问题,提出一种基于“镉差法”的热中子屏蔽性能方法并建立相应的测试平台。该平台基于252Cf同位素中子源与3He正比计数器,以误差最小化为设计原则,利用蒙特卡罗模拟方法对该平台的辐射屏蔽体、中子慢化体、准直体及探测器屏蔽体的材料及尺寸进行优化。对常用辐射防护材料的热中子屏蔽性能进行测试以验证测试方法可行性与准确性,并对探测系统类型、中子源强度、探测系统远近距离、探测系统偏移及中子源类型5种影响因素进行了实验分析。研究表明,该平台的材料热中子屏蔽性能测试结果重复性高、再现性强,可实现对材料热中子屏蔽性能的准确测试。

碳化硼/铅/聚乙烯复合材料的热稳定性及屏蔽性能

制备了质量分数3%、4%、5%及6%碳化硼以和不同厚度的碳化硼/铅/聚乙烯复合材料,并对碳化硼/铅/聚乙烯复合材料的热稳定性和屏蔽性能进行了研究。经测试可知:当不同试样处于同一厚度时,添加质量分数6%碳化硼复合材料的高温基础性能较好;热重测试表明,该试样的质量损失较低,有效保持了其基础性能。同时,添加质量分数为6%碳化硼的复合材料的应用效果最佳,具有较好的粒子屏蔽性能。该结果为碳化硼/铅/聚乙烯复合材料的制备和性能评估提供了可靠的依据。

高密度聚乙烯/铅硼复合材料屏蔽性能和力学性能研究

研究了高密度聚乙烯/铅硼复合材料的屏蔽性能和力学性能,通过屏蔽仿真比较了密度及碳化硼(B4C)含量对屏蔽性能的影响,通过试验比较了B4C含量对屏蔽性能、弯曲强度及冲击强度的影响。仿真结果表明,随聚乙烯/铅硼复合材料密度升高,快中子屏蔽性能下降,热中子屏蔽性能和γ屏蔽性能提高;保持聚乙烯/铅硼复合材料密度不变,随B4C含量的提高,中子屏蔽性能提高而γ屏蔽性能下降;实验数据表明,随B4C含量的升高,高密度聚乙烯/铅硼材料的快中子屏蔽性能、热中子屏蔽性能升高,γ屏蔽系数下降,冲击强度和弯曲强度下降明显,屏蔽性能测试结果和仿真结果规律性相符;综合仿真结果和实验数据表明,含B4C 2%左右的高密度聚乙烯/铅硼复合材料同时具有较好的屏蔽性能和力学性能。

纳米改性环氧树脂基中子屏蔽材料研究与设计

为了设计适用于高温高辐射恶劣条件下的中子屏蔽材料,综述纳米改性环氧树脂基材料屏蔽性能和耐高温性能的研究现状。结果表明,纳米填料可有效增强环氧树脂基复合材料的屏蔽性能和热力学性能。针对核动力舰船屏蔽材料轻质化、耐高温和高效中子屏蔽等要求,提出一种无机纳米颗粒协同增强环氧树脂基材料中子屏蔽和热力学性能的设计方案。