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《中阅族拈钊
核辐射屏蔽用胶粘剂的理论计算研
究
赵朋远’,刘文广‘,张金仲
’,孙普男
哈尔滨化工研究所黑龙江哈尔滨黑龙江大学黑龙江哈尔滨
巧以刃
摘要利用蒙特卡罗数值模拟法法查表法对核辐射屏蔽用胶粘剂的屏蔽效果进行了理论计算和实验验证研究结果表明当采用宽束模型进行计算时搀杂碳化翻和胶粘剂后的屏蔽材料对射线由价发出的衰减倍数为当采用窄束模型进行计算时搀杂碳化硼和胶粘剂后的屏蔽材料对
射线由发出的衰减倍数为当核辐射屏蔽材料的组成与配比为铅碳化硼胶粘
剂二时辐射屏蔽材料厚对匆中子的衰减倍数为对,射线由发出的衰减倍数为均与理论计算值接近因此利用法查表法指导核辐射屏蔽胶粘剂的制备是可行的
关健词核辐射屏蔽胶粘剂制备中图分类号文献标识码文章编号仪
阵
一以为刊幻一
前言目前核原料被广泛用于核电站核装置医疗和
检测等各领域因此核设备的屏蔽防护备受重视核辐射屏蔽材料如管材板材棒材颗粒粉末和液体材料等型材工业化程度较高且大部分由铅钨碳化硼聚
乙烯石蜡和水等组成而胶粘剂粘接用腻子等
不定形材料相对落后从目前性价比和技术要求方面来看采用铅粉铅砂碳化硼聚醋无溶剂聚氨酷和水溶性涂料等材料具有一定的优势本文介绍
了一种核辐射屏蔽用胶粘剂配方的理论计算方法研
究结果表明相关性能的理论计算值与实测结果相近
域为的平行六面体图为材料
的剖面图为了求出在给定铅碳化硼胶粘剂二卯情况下各种材料的相对厚度假设碳化
硼胶粘剂和铅在混合材料中所占的体积分别为
和相对厚度分别为,和山整个辐射防护
材料区的质量为辐射防护材料的整体密度为
屏蔽材料的理论计算
根据屏蔽材料技术指标要求选择性价比合适的防护材料助剂等组成核辐射屏蔽用胶粘剂既物美价廉原料易得又能满足技术要求因此本项目以铅碳化硼作为屏蔽材料以与结构相近的无
溶剂作为胶粘剂的基料
圈厚度比计算模
型
数值计算过程根据材料的质比计算厚度比根据第步所建立的相对厚度计算模型列出
厚度比计算模型方程式卜建立厚度比计算模型如下整个辐射防护材料
区
,
收稿日期一一卜修回日期
一
于
基金项目国家重点工程项目化研字
巧
作者简介赵朋远黑龙江哈尔滨人高工学士主要从事电子化学品耐高温胶粘剂和密封材料方面的研究
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由以上方程可解得
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计算结果讨论经过计算与分析可知由碳化硼胶粘剂铅以质量比混合构成的厚辐射防护材料其辐射防护效果相当于将厚纯碳化硼厚纯胶粘剂和厚纯铅叠加而成的防护效果
层法
计算射线衰减倍数
以’飞。和气。为例分别采用宽束模型和
窄束
模型进行下射线衰减倍数的计算宽束模
型
防护材料的铅层对宽束射线的屏蔽效果将分别采用查表法与蒙特卡罗数值模拟法法进行
计算并将查表法得到的数据与法得到的数据
进行对比验证采用法进行射线屏蔽计算的可行性从而为进一步采用法计算胶粘剂层碳
化硼层的屏蔽效果作必要的铺垫通过拟和曲线川分析可知由气。和’飞。发出的宽束射线经过该
屏蔽材料中厚的铅层后其衰减倍数分别
为和窄束模型对于窄束下射线被物质衰减的情况可用理论公式洲进行计算其中拼为吸收系数为屏蔽物质厚度为射线未被物质衰减时的强度为被衰减后的强度拼可通过查表和对数据进
行数值拟和得到给定厚度便可求得相应的透射
率及衰减倍数
对于窄束射线的屏蔽计算也可以通过法来实现为了计算窄束下射线穿过一定厚度屏蔽物
质后的透射率和衰减倍数建立法计算模型如
图所示由图可知屏蔽材料区的形状为。平行六面体其中在整个模拟计算过程中分
别为屏蔽材料的种类将根据计
圈材料厚度一衰减倍橄曲线的法计算祖型以山‘耐而知一画。
算需要分别选用碳化硼胶粘剂和铅采用法计算下射线穿过一定厚度屏蔽物质后沿射线人射方向的屏蔽材料轴线上距离屏蔽材料表面处半径为的真空小球的光子体通量则透射率即为射线穿过一定厚度屏蔽物质后的光子体通量计算结果与未穿过屏蔽材料时的体通量计算结果
之比衰减倍数即为透射率计算结果的倒数采用上述计算模型和计算方法选择不同种类的材料和不同值可求出各种屏蔽材料对下射线的
屏
蔽效果
计算
结果与分
析
由叱。和’飞发出的宽束射线以及窄束
射线其穿过屏蔽材料厚后的衰减倍数计算结果如表所示衰衰减倍傲计算结果层法】西心记侧记
屏蔽材料
气飞
宽束窄束宽束窄束
功尸
姚碳化翩胶粘剂
碳化翻拓胶粘剂由于窄束模型衰减倍数的计算结果略高于宽束
模型的计算结果故使用叠层法计算得到的宽束
下
射线衰减倍数应略大于实际结果如果该衰减倍数的计算结果仍不能满足设计要求那么该材料在宽
束模型下也不能满足设
计要求
由表可知当采用宽束模型进行计算时假设
厚的屏蔽材料全部为纯铅则其对射线由气。发出的衰减倍数仅为搀杂碳化硼和胶粘
剂后的屏蔽材料对下射线由叱。发出的衰减倍
数为当采用窄束模型进行计算时搀杂碳化硼和胶粘剂后的屏蔽材料对下射线由叱。发出的衰减倍数为第卷第期赵朋远等核辐射屏蔽用胶粘的理论计算研究
当采用宽束模型进行计算时搀杂碳化硼和胶粘剂后的屏蔽材料对射线由’盯发出的衰减倍数为当采用窄束模型进行计算时搀杂碳化硼和胶粘剂后的屏蔽材料对射线由’飞发出的衰减倍数为倍数但对下射线由气。发出的衰减倍数为不能满足设计要求
法计算混合材料模型对射线和中子的屏蔽
表列出了采用均匀混合材料模型计算厚屏蔽材料碳化硼胶粘剂铅二对下射线的衰减倍数法实验部分实验原料无溶剂胶粘剂工业级北京海力特科技股份有限公司碳化硼化学纯国药集团化学试剂公司铅粉工业级自制
衰射线和中子的衰减倍数均匀混合材料模型加下记记
。碳化硼胶粘剂,
铅
衰减倍数
,气
实验仪器
一型辐射防护辐射剂量当量仪上海
仁日科技有限公司一一型便携式中子剂量当量仪上海融坤检测设备有限公司型微机控制电子式万能试验机济南试金集团有限公司
胶粘剂的制备具有慢化中子作用胶粘剂的制备
对胶粘剂的要求①无毒无味施工方便
无有机溶剂和胺类固化剂等②密封性好无气孔杜绝气体电离后产生的污染③不能使用水性或溶
剂型涂料因为水或溶剂挥发后会产生气孔此
时胶粘剂或腻子如同海绵一样经高能射线辐照
后会不断渗出电离气体成为有毒气体的发生器从而在密封的核装置空间内产生致命的杀伤力胶粘剂腻子发展的四个阶段①以甘油桐油为主的第一代其强度低性能差②以油漆环氧树脂为主的第二代其强度高高污染且气味大③以水溶性涂料为主的第三代其强度适中低污染和低气味但有气孔不耐长期水浸泡且耐温低作为屏蔽胶粘剂腻子这些气孔将导致铅砂铅粉氧化致使胶粘剂腻子粉化强度下降④以无溶剂胶粘剂为主的第四代其强度高无污染无异味耐温高固化后密封性能好且无气孔避免了铅氧化和胶粘剂腻子性能的下降杜绝了电离气体的污染源这是目前最优异最受用户欢迎的屏蔽胶粘剂腻子将第四代胶粘剂腻子用于我国核装置中可充分体现我国的科技创新能力代表我国现代屏蔽材料的发展水平现场配制核辐射屏蔽材料按照核辐射屏蔽用胶粘剂的原料配比即铅碳化硼胶粘剂二将不同粒径的铅粉铅砂按配比取大中小三种尺寸混合均‘,自,‘八勺…八叱由表可知窄束下射线由叱。发出被厚均匀混合材料屏蔽后的衰减倍数为窄束射线由’飞发出被厚均匀混合材料屏蔽后的衰减倍数为由此说明若采用气。源作为验收标准该均匀混合屏蔽材料将不能满足衰减倍数的设计标准若采用’飞,源作为验收标准则该均匀混合屏蔽材料能满足衰减倍数的设计标准对比第三步采用均匀混合材料模型的计算结
果与第二步采用叠层法的计算结果可知两种计算方法的计算结果较吻合这也进一步证明了这两种计算方法的可行性与等价性为了计算厚均匀混合材料对乃犯中子
源的屏蔽效果由于混合材料中的各种成分对中子的作用不同所以未采取叠层法进行计算而是采用
法进行计算混合材料的物理模型由计算机模
拟程序建立计算过程中混合材料屏蔽层的厚度为
户℃中子源的能谱通过计算得出计算结
果见表并将不同配比的混合材料对射线和中
子的衰减倍数同时列于表以便于对比和观察
混
合材料对中子和光子的综合屏蔽效果由表可知
在质量比不同的情况下该混合屏蔽材料均能达到中子衰减倍数的设计要求由此可知当碳化硼胶粘剂铅二时防护屏蔽材料对射线由’发出的衰减倍数为对乃中子的衰减倍数为满足设计要求即射线的衰减倍数中子的衰减