核电工作和医用放射场所屏蔽低能光子的稀土基辐射防护材料的研究

论文摘要

稀土元素位于元素周期表ⅢB族,包括钪、钇和镧系元素共17种元素,它们的K层吸收边位于“铅的弱吸收区”,因此稀土元素可以替代铅元素防护低能射线。本文分别采用表面处理法制备了稀土氧化物(氧化铒、氧化钐、氧化铈)/环氧树脂辐射防护材料,采用辐照接枝聚合的方法制备了聚丙烯酸盐/环氧树脂辐射防护材料。通过X射线衍射仪、傅立叶变换红外光谱、扫描电镜、能量色散型X射线能谱仪等方法研究了材料的微观结构;对材料的力学性能进行了测试和分析;用多道γ谱仪和GammaVision软件测试并分析了材料的辐射防护能力;运用基于蒙特卡罗方法的EGSnrc程序模拟了射线在材料中的输运过程,讨论了射线通过材料前后注量和剂量的变化,将模拟屏蔽率与实际屏蔽率进行了对比,从而揭示出影响材料屏蔽率的因素。比较了聚丙烯酸铅/环氧树脂和聚丙烯酸钐/环氧树脂复合材料的辐射防护性能;对比了钐元素浓度相同的氧化钐/环氧树脂和聚丙烯酸钐/环氧树脂复合材料的微观结构和各项性能,揭示两种制备方法的优缺点;根据金属元素K层吸收边的不同,在一种材料中同时加入不同的元素,探索材料防护高低能混合射线的能力。结果表明,两种方法制得的材料中稀土元素分布都比较均匀,复合材料的力学性能与纯环氧树脂相比得到了改善,防护射线效果明显;表面处理法制得的材料中稀土元素含量容易提高,而聚丙烯酸盐/环氧树脂中稀土元素的含量较难提高,但力学性能更为优异;采用辐照接枝聚合的方法制备复合材料的过程中照射剂量控制在50KGy左右为宜;通过在一种材料中同时加入铅和钐两种金属元素可以提高材料防护高低能混合射线的能力;稀土元素防护低能射线的能力强于传统的屏蔽元素铅,稀土基环氧树脂辐射防护材料屏蔽低能光子的质量吸收系数高于纯铅,因此与铅相比它是一种轻质的材料。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 图表清单
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 射线与物质的相互作用
• 1.2.1 重带电粒子与物质的相互作用
• 1.2.2 电子与物质的相互作用
• 1.2.3 γ射线与物质的相互作用
• 1.2.4 中子与物质的相互作用
• 1.3 物质对射线的吸收与屏蔽
• 1.3.1 γ射线的屏蔽
• 1.3.2 中子辐射的屏蔽
• 1.4 辐射防护材料文献综述
• 1.4.1 光子辐射防护材料综述
• 1.4.2 中子辐射防护材料综述
• 1.5 选择稀土作为防护材料的原因
• 1.6 EGS 基础知识
• 1.6.1 EGS 简介
• 1.6.2 EGS4/EGSnrc 的特点
• 1.7 本文的研究内容及主要创新点
• 1.7.1 主要研究内容
• 1.7.2 主要创新点
• 第二章 稀土氧化物/环氧树脂辐射防护材料的制备及性能研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 试剂与仪器
• 2.2.2 材料的制备
• 2.2.3 材料的结构表征
• 2.2.4 力学性能测试
• 2.2.5 辐射防护性能测试
• 2.2.6 辐射防护性能模拟计算
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 XRD 表征
• 2.3.2 断面扫描分析
• 2.3.3 力学性能分析
• 2.3.4 辐射防护性能分析
• 2.3.5 辐射防护性能模拟计算
• 2.4 本章结论
• 第三章 聚丙烯酸盐/环氧树脂辐射防护材料的制备工艺探索及性能研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 试剂及仪器
• 3.2.2 材料制备
• 3.2.3 材料结构表征
• 3.2.4 力学性能测试
• 3.2.5 辐射防护性能测试
• 3.2.6 辐射防护性能模拟计算
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 XRD 表征
• 3.3.2 红外光谱分析
• 3.3.3 断面扫描分析
• 3.3.4 力学性能分析
• 3.3.5 辐射防护性能测试
• 3.3.6 辐射防护性能模拟计算
• 3.3.7 辐照接枝聚合反应机理探索
• 3.4 本章结论
• 第四章 氧化钐/环氧树脂与聚丙烯酸钐/环氧树脂辐射防护材料的性能对比
• 4.1 引言
• 4.2 制备方法对比
• 4.3 材料结构对比
• 4.3.1 晶体结构对比
• 4.3.2 样品断面样貌对比
• 4.4 材料性能对比
• 4.4.1 力学性能对比
• 4.4.2 辐射防护性能对比
• 4.5 本章结论
• 第五章 聚丙烯酸钐/聚丙烯酸铅/环氧树脂辐射防护材料的制备及性能研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 试剂及仪器
• 5.2.2 材料的制备
• 5.2.3 材料结构表征
• 5.2.4 力学性能测试
• 5.2.5 辐射防护性能测试
• 5.2.6 辐射防护性能模拟计算
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 断面扫描分析
• 5.3.2 力学性能分析
• 5.3.3 辐射防护性能测试
• 5.3.4 辐射防护性能模拟计算
• 5.4 本章结论
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文