防中子輻射材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及防中子輻射領(lǐng)域，尤其涉及一種防中子輻射材料及其制備方法和應(yīng) 用。
【背景技術(shù)】
[0002] 核電對(duì)突破我國(guó)能源匱乏發(fā)展瓶頸具有重大戰(zhàn)略意義；但是2011年福島核電站 事故，使我國(guó)必須再次全面審視核安全問(wèn)題；而核能安全利用高度依賴(lài)于性能可靠的防輻 射材料；因此防輻射材料性能的基礎(chǔ)技術(shù)是改善我國(guó)能源供應(yīng)結(jié)構(gòu)、保障能源安全和經(jīng)濟(jì) 安全的根本問(wèn)題！防輻射所要屏蔽的是α、β、γ、Χ射線及中子流，中子具有電中性，穿 透力極強(qiáng)，放射性危害威脅最大。
[0003] 目前，屏蔽中子輻射材料主要包括兩類(lèi)：⑴合成材料，含碳硼聚乙烯、含硼環(huán)氧 樹(shù)脂、碳化硼、氫化鋯等，這些材料成本高、不易成型；(2)天然材料，重晶石、褐鐵礦、毒重 石等大比重礦物，采用這種材料要引入鋼鍛造成防護(hù)體自重過(guò)大，導(dǎo)致易離析、易開(kāi)裂、耐 久性差等諸多問(wèn)題，采用石灰石、硬硼鈣石、浮石等作為礦物摻合料，但是防中子輻射效果 差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種具有良好力學(xué)性能，阻滯中子性質(zhì)優(yōu)異的防中子輻射材 料及其制備方法和應(yīng)用。
[0005] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明一方面提供了一種防中子輻射材料，其組分包括：累托 石、二水石膏及硅酸鹽水泥熟料。
[0006] 第二方面，本發(fā)明提供了所述的防中子輻射材料的制備方法，其包括以下步驟：
[0007] 步驟一，按比例提供累托石、二水石膏和硅酸鹽水泥熟料；
[0008] 步驟二，將步驟一來(lái)料分別研磨成粉，并混合，壓制成型。
[0009] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明公開(kāi)的防中子輻射材料通過(guò)添加累托石，具有固化 核素、不易絮凝、防開(kāi)裂性，是理想的防輻射材料，其對(duì)核素Th、Cs(VI)、Sr(II)、Eu(III)、 U(VI)的固化效果優(yōu)越，此外，具有防中子、防X射線、γ射線功能；通過(guò)添加硅酸鹽水泥熟 料，可以增強(qiáng)抗壓、抗折強(qiáng)度，提高耐久性、實(shí)用性；通過(guò)添加二水石膏，可以調(diào)節(jié)凝結(jié)時(shí)間， 便于施工；本發(fā)明公布的防中子輻射材料制備方法工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，易于施工，不影響 普通硅酸鹽水泥性能，可廣泛用作民用建筑中的防射線建筑材料。
【具體實(shí)施方式】
[0010] 本發(fā)明本發(fā)明一方面提供了一種防中子輻射材料，其組分包括：累托石、二水石膏 及硅酸鹽水泥熟料。
[0011] 優(yōu)選的，所述累托石層間水含量為5~10wt%。
[0012] 優(yōu)選的，所述防中子輻射材料各組分含量如下：
[0013] 累托石 10 ~90wt%
[0014] 二水石膏1~5wt%
[0015] 硅酸鹽水泥熟料9~89wt %。
[0016] 優(yōu)選的，所述各組分原料粉體顆粒度分布如下：
[0017] 累托石，中值粒徑為0. 5~1 μπι，其中，粒徑彡2 μπι的顆粒含量占70%以上；
[0018] 二水石膏，中值粒徑彡45 μπι，其中，粒徑彡2 μπι的顆粒含量占80%以上；
[0019] 硅酸鹽水泥熟料，中值粒徑< 38 μπι，其中，粒徑< 2 μπι的顆粒含量占80%以上。
[0020] 優(yōu)選的，所述防中子輻射材料的顆粒密度2~3g/cm3,孔體積0· 01~0· lm3/g，平 均孔徑6~8nm，極性分子吸附法測(cè)得的比表面積200~300m2/g。
[0021 ] 本發(fā)明第二方面提供了第一方面的防中子輻射材料的制備方法，其包括以下步 驟：
[0022] 步驟一，按比例提供累托石、二水石膏和硅酸鹽水泥熟料；
[0023] 步驟二，將步驟一來(lái)料分別研磨成粉，并混合，壓制成型。
[0024] 以下結(jié)合具體實(shí)施例介紹本發(fā)明的防中子輻射材料及其制備方法
[0025] 首先，選擇原料和試驗(yàn)器材
[0026] 本試驗(yàn)累托石來(lái)自湖北鐘祥名流公司所產(chǎn)，是經(jīng)過(guò)累托石與黃鐵礦分離的精選 礦。其中累托石彡7〇wt%，水云母< 15wt%，綠泥石< 3wt%，葉臘石< 2wt%，黃鐵礦 < I. 5wt%，石膏< I. 5wt%，長(zhǎng)石、石英< 10wt%。所得累托石精礦的礦物組成見(jiàn)表1 :
[0027] 表1累托石精礦的礦物組成
[0029] 本試驗(yàn)使用天然石膏基α型高強(qiáng)石膏，使用島津生產(chǎn)的型號(hào)為XRF 1700的X線 熒光光譜分析儀分析原料的化學(xué)組成，見(jiàn)表2。
[0030] 表2天然石膏基α型高強(qiáng)石膏化學(xué)成分
[0032] 本試驗(yàn)使用的硅酸鹽水泥熟料采用普通硅酸鹽水泥，來(lái)自華新水泥股份有限公 司。
[0033] 此外，本試驗(yàn)采用的電子天平型號(hào)和性能參數(shù)如下：
[0034] 型號(hào) I :ΗΖΤ-Α2000 ;規(guī)格：Max = 2000g，e = 0· lg，d = 0· Olg ;電源：DC9V ;監(jiān)制： 美國(guó)康州電子科技有限公司；廠商：福州華志科學(xué)儀器有限公司。型號(hào)2 :AR2140 ;準(zhǔn)確度等 級(jí)：1 ;最大量程（Max) :210g ;實(shí)際分度（d) :0.0 OOlg ;標(biāo)定分度值（e) :0.0 Olg ;電源輸入： 交流（8-14. 5) V50Hz或直流（9. 5-20) V 6W ;是有梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司制 造。
[0035] 本試驗(yàn)采用的攪拌器具采用GB/T17669. 4-1999建筑石膏凈漿物理性能的測(cè)定中 的攪拌碗、拌和棒。
[0036] 根據(jù)防輻射要求，本試驗(yàn)制作了中空開(kāi)口的圓柱體作為樣品的成型模具，具體的， 采用鋁制模具〇l〇〇X53mm，鋁片底部厚度為0. 5mm。
[0037] 本試驗(yàn)采用的方孔篩，是由浙江省上虞市紗篩廠制造。
[0038] 此外，還用到了秒表、游標(biāo)卡尺、料鏟、料勺、錘子、燒杯、紙杯、量筒、濾紙、攪拌棒 等若干。
[0039] 其次，制備防中子輻射材料
[0040] 本試驗(yàn)設(shè)置了 1~7共七組實(shí)施例，各組實(shí)施例組分質(zhì)量百分比如表3所。
[0041] 表3各組實(shí)施例組分質(zhì)量百分比
[0043] 本試驗(yàn)實(shí)施例1~7防中子輻射材料制備步驟如下：
[0044] 根據(jù)表3,用天平稱(chēng)取各組實(shí)施例組分，放入碾缽中進(jìn)行混碾，并全部過(guò)325目篩， 此后再進(jìn)行機(jī)械混料，以保證混料的均勻性；將配好的物料在水泥凈漿攪拌機(jī)上攪拌均勻， 攪拌方法參照"水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時(shí)間、安定性檢測(cè)方法"（GBI346 - 2001)，倒入 成型模具，搗實(shí)后，將固化體表面刮平，在室溫下固化7d，得到樣品。每個(gè)樣品的基本尺寸 Φ 100X53mm，質(zhì)量為 330±20g，密度為 8. 39g/cm3。
[0045] 最后，進(jìn)行測(cè)試
[0046] 鑒于長(zhǎng)計(jì)數(shù)器對(duì)不同能量中子具有較好的"平響應(yīng)"特性，本試驗(yàn)采用長(zhǎng)計(jì)數(shù)器測(cè) 量系統(tǒng)。BF3正比計(jì)數(shù)管被放置在特定結(jié)構(gòu)的石蠟桶內(nèi)，即構(gòu)成長(zhǎng)計(jì)數(shù)器。BF3計(jì)數(shù)管長(zhǎng) 中子探測(cè)器具有平響應(yīng)、對(duì)中子能譜不敏感的特點(diǎn)，它對(duì)熱中子到5MeV中子靈敏度幾乎不 變。
[0047] 本次試驗(yàn)采用常用的252Cf自發(fā)裂變中子源，其能譜滿(mǎn)足Watt譜分布，平均能量為 2. 28MeV。實(shí)驗(yàn)時(shí)該源的總中子發(fā)射率為9. 078 X IO3S 1C
[0048] 本次試驗(yàn)的試驗(yàn)布局如下：為了減少地面和墻面對(duì)中子的反、散射影響，將測(cè)量 系統(tǒng)布置在距地面I. 2m、距墻壁的最短距離為2. 8m、其他三面4m以上的鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)上，將252Cf自發(fā)裂變中子源與長(zhǎng)計(jì)數(shù)器前端面的距離控制在30cm，此時(shí)可以將源當(dāng)成點(diǎn)源對(duì)待。 同時(shí)為了保證252Cf自發(fā)裂變中子源與長(zhǎng)計(jì)數(shù)器中心的高度一致，對(duì)252Cf自發(fā)裂變中子源 采用適當(dāng)?shù)闹Ъ苓M(jìn)行高度調(diào)節(jié)。當(dāng)對(duì)樣品進(jìn)行測(cè)試時(shí)，樣品緊貼252Cf自發(fā)裂變中子源布置， 且布放在靠近長(zhǎng)計(jì)數(shù)器一側(cè)。
[0049] 本次試驗(yàn)的測(cè)量步驟如下：
[0050] a)無(wú)源測(cè)量
[0051] b)裸源測(cè)量
[0052] c)實(shí)施例1樣品測(cè)試
[0053] d)實(shí)施例7樣品測(cè)試
[0054] 采用長(zhǎng)計(jì)數(shù)器測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，將前放輸出信號(hào)接入主放大器后，直接接入 多道分析器中，通過(guò)軟件在電腦上進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，實(shí)際的測(cè)試結(jié)果如表4所示。
[0055] 表4長(zhǎng)計(jì)數(shù)器測(cè)試結(jié)果
[0057] 從表4可以看到，加載本發(fā)明的防中子輻射材料后，探測(cè)器的計(jì)數(shù)率明顯減少，可 見(jiàn)，該樣品對(duì)中子具有一定的屏蔽能力，10%累托石樣品計(jì)數(shù)率下降了 10. 3%，90%樣品計(jì) 數(shù)率下降了 23%。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種防中子輻射材料，其組分包括：累托石、二水石膏及硅酸鹽水泥熟料。2. 如權(quán)利要求1所述的防中子輻射材料，其特征在于：所述累托石層間水含量為5~ IOwt % 〇3. 如權(quán)利要求1所述的防中子輻射材料，其特征在于：各組分含量如下： 累托石 10~90wt% 二水石膏 1~5wt% 硅酸鹽水泥熟料9~89wt%。4. 如權(quán)利要求1所述的防中子輻射材料，其特征在于：所述各組分原料粉體顆粒度分 布如下： 累托石，中值粒徑為〇. 5~I ym，其中，粒徑彡2 ym的顆粒含量占70%以上； 二水石膏，中值粒徑< 45 ym，其中，粒徑< 2 ym的顆粒含量占80%以上； 硅酸鹽水泥熟料，中值粒徑< 38 ym，其中，粒徑< 2 ym的顆粒含量占80%以上。5. 如權(quán)利要求1所述的防中子輻射材料，其特征在于：所述防中子輻射材料的顆粒密 度2~3g/cm3,孔體積0. 01~0. lm3/g，平均孔徑6~8nm，極性分子吸附法測(cè)得的比表面 積 200 ~300m2/g。6. 如權(quán)利要求1所述的防中子輻射材料的制備方法，其包括以下步驟： 步驟一，按比例提供累托石、二水石膏和硅酸鹽水泥熟料； 步驟二，將步驟一來(lái)料分別研磨成粉，并混合，壓制成型。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種防中子輻射材料及其制備方法，通過(guò)添加累托石，具有固化核素、不易絮凝、防開(kāi)裂性，是理想的防輻射材料，其對(duì)核素Th、Cs(VI)、Sr(II)、Eu(III)、U(VI)的固化效果優(yōu)越，此外，具有防中子、防X射線、γ射線功能；通過(guò)添加硅酸鹽水泥熟料，可以增強(qiáng)抗壓、抗折強(qiáng)度，提高耐久性、實(shí)用性；通過(guò)添加二水石膏，可以調(diào)節(jié)凝結(jié)時(shí)間，便于施工；本發(fā)明公布的防中子輻射材料制備方法工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，易于施工，不影響普通硅酸鹽水泥性能，可廣泛用作民用建筑中的防射線建筑材料。
【IPC分類(lèi)】G21F1/04, C04B28/14
【公開(kāi)號(hào)】CN105118539
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510434061
【發(fā)明人】汪洋, 田鍵, 朱艷超, 吳曉娟
【申請(qǐng)人】湖北大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年12月2日
【申請(qǐng)日】2015年7月22日