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中国科学家开发出一种新型核辐射防护材料:不含铅,且屏蔽性能好

前瞻网 2022-01-02 12:10

 

产业数据

中子是电中性粒子,不受库仑力作用,穿透性极强,且在碰撞过程中会产生次级伽马射线,是现代核辐射防护的研究重点。

科学高效的中子屏蔽方案是同时选用高Z、低Z材料和中子吸收材料进行复合屏蔽,例如常用的铅、硼、聚乙烯组合。然而铅的强生物学毒性对环境不友好,其应用范围受到限制。而稀土元素钆在自然界中通常以无毒的氧化钆(Gd2O3)形式存在,且其平均热中子吸收截面高达36300靶恩,耐高温且具备良好的伽马屏蔽性能。

近日,中科院合肥研究院等离子体所的科学家基于这种材料特性,设计了一种高性能无铅的复合屏蔽方案。复合材料采用钆-氢-硼体系对中子进行慢化和吸收,使高能入射中子与钆产生非弹性碰撞,与氢、碳、氧发生弹性碰撞直至成为热中子,最后被钆和硼吸收,其中钆作为重核元素还兼具吸收伽马射线的功能。

测试结果表明,该复合材料在15厘米厚时中子屏蔽率达到了98%;在平均能量0.662 MeV伽马源辐照环境下,材料在15厘米厚时伽马屏蔽率达到了72%。

研究人员表示,该材料综合屏蔽性能优于EAST装置中子伽马能谱诊断系统原有的掺硼聚乙烯准直屏蔽体,可作为改进型替代材料,也可作为其他中子-伽马混合场的防护材料。

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责任编辑: 3976DBC

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