铅硼聚乙烯复合材料的制备及辐射屏蔽机制

doi:10.19894/j.issn.1000-0518.240045

摘要/Abstract

摘要：

为了有效保护人员和设备免受辐射危害，同时扩大材料的应用范围，研究铅硼聚乙烯复合材料的制备及辐射屏蔽机制。预处理并修饰含硼化合物，将其与铅砂及聚乙烯混合，制备出铅硼聚乙烯复合材料。选取Cs辐射源，利用蒙特卡罗中子-光子输运程序作为验证屏蔽机制的模拟程序，构建复合材料模型与Cs辐射源模型，计算中子屏蔽系数，考虑复合材料的密度与厚度，模拟不同射线能量之下，辐射X射线的屏蔽性。实验结果显示：中子系数降低时，增加所制备复合材料的密度，屏蔽热中子系数出现升高现象；复合材料密度为5.9 g/cm³、厚度为4.5 cm时，能够满足辐射屏蔽机制需求。

关键词: 铅硼聚乙烯, 辐射屏蔽机制, 含硼化合物, 屏蔽穿透比, 注量穿透率

Abstract:

In order to effectively protect personnel and equipment from radiation hazards and expand the application range of materials， the preparation and radiation shielding mechanism of lead boron polyethylene composite materials are studied. Preprocess and modify boron containing compounds， mix them with lead sand and polyethylene to prepare lead boron polyethylene composite materials. Select Cs radiation source and use Monte Carlo neutron photon transport program as the simulation program to verify the shielding mechanism. Construct a composite material model and Cs radiation source model， calculate the neutron shielding coefficient， consider the density and thickness of the composite material， and simulate the shielding performance of radiated X-rays under different radiation energies. The experimental results show that when the neutron coefficient decreases， increasing the density of the prepared composite material leads to an increase in the shielding thermal neutron coefficient； When the density of the composite material is 5.9 g/cm³ and the thickness is 4.5 cm， it can meet the requirements of radiation shielding mechanism.

Key words: Lead boron polyethylene, Radiation shielding mechanism, Boron containing compounds, Shielding penetration ratio, Injection penetration rate

中图分类号:

O633.1

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图/表 7

图1 辐射能量的区分范围

Fig.1 Distinguishing range of radiation energy

表1 不同密度对辐射屏蔽机制影响

Table 1 Effects of different densities on radiation shielding mechanisms

Density change /（g·cm^-3）	Fast neutron shielding factor	Thermal neutron shielding factor
5.9	3.52	15.35
6.0	3.34	16.86
6.1	3.28	17.01
6.2	3.16	18.52
6.3	3.04	18.98
6.4	2.82	19.62
6.5	2.77	20.01

图2 密度对γ射线屏蔽系数的影响

Fig.2 The influence of density on γ radiation shielding coefficient

图3 屏蔽穿透比

Fig.3 Shield penetration ratio

图4 X射线质量衰减系数

Fig.4 X-ray mass attenuation coefficient

表2 温度对铅硼聚乙烯复合材料稳定性影响

Table 2 The influence of temperature on the stability of lead boron polyethylene composite materials

Temperature/℃	-40	0	25	50	75	100	125	150
Stability index	85	90	95	98	96	94	90	80

图5 铅硼聚乙烯复合材料表征

Fig.5 Characterization of lead boron polyethylene composite materials

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