1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划辐射屏蔽材料论文名称：关于核反应堆辐射屏蔽材料的研究姓名：班级：学号：国防科技学院核材料导论论文关于核反应堆辐射屏蔽材料的研究阳刚摘要简述了核辐射对屏蔽材料的一般要求，综述了常用屏蔽材料的特点。指出屏蔽材料的屏蔽效果与其它性能如力学性能、耐热性及抗辐照性能之间的矛盾是屏蔽材料要解决的核心问题介绍了常见的几种具有较强放射性射线的产生机理和特点，详述了防护这些射线的屏蔽材料的种类和屏蔽原理。对防护这些射线的各种屏蔽材料的研究便成为一项十分重要和迫切的课题，同时也取得了较大的成果。本文对这些成果进行了简要的介绍，并提出了该领域未来研究和应用的主要方向。关键词核反应堆辐射屏蔽材料前言反应堆是核能源系统的核心部分，核裂变(或聚变)产生各种辐射射线如不同能级的中子、射线、二次射线及其它带电粒子和高能射线。辐射防护依赖于屏蔽材料的性能和辐射屏蔽结构的优化设计，显然，选择材料时应思考的基本核性能是中子和射线的减弱性能。重金属如铅、钨、衰变后的铀以及铁、镍等都是有效的射线减弱体，对快中子也
2、有很好的慢化效果。而像硼、石墨、富氢化合物如水、重水及高分子材料则对中子的减弱或吸收更有效，这些材料及其复合材料已大量应用于各种核反应堆屏蔽系统并发挥很重要的作用。辐射防护材料的研究制备成为科研领域最重要的课题之一，对国防和民用有着非常非常重要的意义。国内外对屏蔽复合材料已进行了大量的研究，很多屏蔽材料已得到普遍的应用，其中几种主要类型的屏蔽复合材料有屏蔽混凝土、硼钢、铅硼聚乙烯口、AlB4C复合材料、PVC-PE复合材料等。随着核能源及各种核反应堆的发展，对屏蔽材料及其他屏蔽系统的要求慢慢的升高，现有的许多屏蔽材料已难以满足其使用上的要求，主要体现在屏蔽材料的屏蔽效果与其他性能如力学性能、耐热性、抗辐照性能等难以兼顾。核反应堆屏蔽材料设置在堆外围保护人员和设备免受放射线伤害的核反应堆材料。当反应堆运行时，核裂变反应将产生大量中子和射线，裂变产物衰变也释放出、粒子和射线。和粒子射程很短，非常容易被空气或其他物体吸收，一般对操作人员不构成威胁；中子和射线有极强穿透能力，为了阻挡它们要求在反应堆四周设置保护屏蔽层。屏蔽快中子需选用轻元素组成的材料，屏蔽射线则需选用重元素组成的材料，因此堆外屏蔽层
3、往往采用兼含轻重元素的联合结构。常用的屏蔽层材料有：特制重混凝土、含硼贴层、重金属等。特制重混凝土由水泥中掺入填充料，如铁矿石、重晶石、铸铁所构成，因其中含有重元素铁和轻元素结晶水(氢)，因此对中子和射线有较强的吸收能力。这种屏蔽材料常被固定式动力堆和研究用堆采用。重混凝土层体积大、质量重，有时尚不满足屏蔽要求，如果向其中加入少量含硼物质，或在重混凝土内表面贴上一层B4C-铝的弥散体层，可大幅度的提升屏蔽层吸收中子能力，但价格将显著提升。重金属铅、钨、钼对射线是很好的防护材料，但价格贵，使用大受限制。常用屏蔽材料及其特点屏蔽混凝土是被大范围的使用在固定式反应堆的屏蔽材料。材料相对便宜还能够就地取材，材料成分可调性大，屏蔽性能和结构性能均较好，尤其作为固定堆屏蔽材料时不受体积限制。混凝土的强度相比来说较低，抗压强度2040MPa，而抗拉强度仅2132MPa，但混凝土用于固定式反应堆或体积不受限制地方的屏蔽材料时，其结构特征能满足应用要求。不锈钢和铁也是大量应用的屏蔽材料，是因为其具有优良的物理力学性能，如高强度和良好的韧性。不锈钢本身对射线有一定的屏蔽效果，如果硼等元素与不锈钢复合，不锈钢还具有对中
4、子和射线良好的综合屏蔽性能。但硼在钢中的固溶度很低，而且钢中的硼元素也会增加钢的淬透性。更重要的是，辐照对不锈钢的性能影响较小，所以不锈钢不仅用于屏蔽材料也可充当结构材料。中国核动力研究设计院研制了硼含量为05wt高硼不锈钢，并已将其用于反应堆防护系统。铅硼聚乙烯的研究始于20世纪70年代中期。聚乙烯中氢含量高，对快中子慢化特别有效，而铅是很有效的y射线屏蔽材料。美国反应堆实验仪器公司已有好几种铅硼聚乙烯产品用在所有反应堆系统。一般而言，铝基复合材料密度低，硬度和强度较高，韧性好。国内外对铝基复合材料的广泛研究为其在屏蔽材料中的应用提供了基础，如作为结构中子吸收材料的铝一碳化硼材料，可当作核屏蔽材料填充反应堆密封仓。防X射线屏蔽材料X射线是一种光子辐射，本质上是一种电磁波，有很强的穿透力，其波长范围为001IOOA(1A=110cm)，主要是由原子内层轨道电子跃迁或高能电子减速时与物质的能量交换作用产生，实验室常用具有高真空的X射线管来产生。目前对低能X射线的屏蔽一般都会采用含铅玻璃、有机玻璃及橡胶等制品，考虑到含铅氧化物的毒性，现在一般都会采用混凝土53或纤维E610织物来防护X射线、初前苏联科研人员用粘胶纤维织物为对象，通过对聚丙烯腈接枝，用硫酸钠溶液处理接枝共聚材料，最后用醋酸铅溶液处理被改性的织物来制成防护服，此防护服屏蔽效果好，但工艺较复杂，制取难度大。日本和奥地利的研究人员分别将硫酸钡添加到粘胶纤维中制成防辐射纤维，用该纤维加工的织物经层压或在织物中填加含有屏蔽剂的粘合剂后热压制成的层压织物，均是防护X射线辐射的良好材料。防射线屏蔽材料射线与X射线一样，也是一种比紫外线波长短得多的电磁波。通常由重核裂变、裂变产物衰变、辐射俘获、非弹性散射、活化产物衰变产生。光子不带电，与物质相互作用机制不同于带电粒子，主要以光电效应、康普顿效应和电子对效应为主，与物质发生一次相互作用会导致其损失大部分或全部能量。屏蔽射线的材料很多，如水、土壤、铁矿石、混凝土、铁、铅、铅玻璃、铀以及钨、铅硼聚乙烯等。这些材料对射线的屏蔽效果各不相同，其中重金属最有效，体积小、总重量轻，但通常对射线拥有非常良好减弱性能的材料也会因发生中子非弹性散射和辐射俘获而产生二次射线，此时次级辐射的产生就必须要考虑，我们可在相应屏蔽材料中再加入一定量的铅，目的是屏蔽掉一次和二次射线。日本曾用甲基丙烯酸铅与乙
8、和人类认识水平的提高，电磁波应用的途径慢慢的变多、范围越来越广。电磁波给人类带来生活便利与社会进步的同时，也给我们环境带来了污染，危害着我们的健康。近些年来，由于伴有电磁辐射的设施大量增加，电磁辐射对环境及人体健康的影响已成为人类关心的话题，电磁污染源包括：广播、电视电脑系统、通讯发射系统、高压输电线路、工业等等，为了更了解我们身边无形的杀手，许多电磁方面学者做了大量研究，并获得了大量成果，研究出电磁辐射原理，总结了如屏蔽、射频接地、线路设计与元件结构等等防护方法。各研究学者从原理出发，发现了电磁辐射对人体的危害途径并加以分类，如：慢性危害，急性危害，远期危害等以及电磁波危害人体的基本机理，如电磁波主要是通过对人体几大系统的作用，如内分泌系统、心脑血管系统、中枢神经系统等。从改变系统的均衡状态，产生各种疾病症状。本文通过广泛的调研，介绍了电磁波的传播原理，再分析总结出电磁波的屏蔽原理。通过对电磁波屏蔽原理的分析，了解电磁波的屏蔽材料，如何有效的预防电磁波的污染。1电磁波的原理电磁波是由同相振荡且互相垂直的电场与磁场在空间中以波的形式移动，其传播方向垂直于电场与磁场构成的平面，有效的传递能
9、量和动量，电磁辐射可根据频率分类，从低频率到高频率，包括有无线电波、微波、红外线、可见光、紫外光、x射线和伽马射线等等。人眼可接收到的电磁辐射，波长大约在380至780nm之间，称为可见光5。只要是本身温度大于绝对零度的物体，都可以发射电磁辐射，世界上并不存在温度等于或低于绝对零度的物体。因此，人们周边所有的物体时刻都在进行电磁辐射。但是只有处于可见光频率之内的电磁波，才可以被人们看到的。2电磁波性质电磁波的磁场、电场及传播方向三者互相垂直。电磁波为横波。振幅沿传播方向的垂直方向作周期变，强度与距离的平方成反比，电磁波本身带动能量，任何位置的能量功率与振幅的平方成正比。电磁波传播速度等于光速c。在空间传播的电磁波，与距离最近的电场强度方向相同，其量值最大两点之间的距离，就是电磁波的波长，电磁每秒钟变动的次数便是频率f。三者之间的关系c=f。电磁波频率低时，主要借导电体才能传递。在低频的电振荡中，磁与电之间的相互变化比较缓慢，其能量几乎全部返回原电路而没有能量辐射出去；电磁波频率高时即可以在自由空间内传递，也可以束缚在有形的导电体内传递，在自由空间内传递的原因是在高频率的电振荡中，磁电互变甚快，能量不可能全部返回原振荡电路，于是电能、磁能随着电场与磁场的周期变化以电磁波的形式向空间传播出去，不需要介质也能向外传递能量，这就是一种辐射，举例来说，太阳与地球之间的距离非常遥远，但在户外时，我们仍就可以感觉到和煦阳光的光与热，这就好比是“电磁辐射借由辐射现象传递能量”的原理一样5。通过不同介质时，电磁波也会发生折射、反射、散射、绕射及吸收等。电磁波的传播不需要介质，同频率的电磁波，在不同介质中的传播速度不同。不同频率的电磁波，在同一种介质中传播时，频率越大折射率越大，速度越小。且电磁波只有在同种均匀介质中才能沿直线传播，若同一种介质是不均匀的，电磁波在其中的折射率是不一样的，在这样的介质中是沿曲线传播的。电磁波的波长越
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