热喷涂层屏蔽γ射线与中子的实验研究

论文摘要

核屏蔽设计的主要任务是屏蔽γ射线、中子。中、高剂量的全身辐照危害最大,早已引起人们的足够重视。过量的小剂量照射会引起人们的性腺、红骨髓、骨、肺、甲状腺、乳腺、皮肤、眼晶体等发生病变。这些病变潜伏期长、效应出现晚,很容易为人所忽略。所以过量的小剂量照射对人体引起的慢性损伤和晚期效应更要引起人们的注意。为了更大程度上减小小剂量照射对人体的危害,本文选用WC-12Co粉末、B4C粉末,采用亚音速火焰喷涂工艺制备屏蔽涂层,模拟计算了各涂层对γ射线、中子的屏蔽效果,进行了屏蔽实验,测试了涂层经γ射线、中子（100天）照射后的辐照效应。B4C熔点高达2450℃,亚音速火焰无法熔化粉末,不能直接喷涂制备B4C涂层。采用化学镀镍预处理工艺,在B4C粉末表面包覆一定厚度的低熔点镍合金,直接用于火焰喷涂。过筛法测定粉末粒径,约90%的B4C粉末增加5-20μm;SEM、EDS分析表明,部分粉末出现漏镀现象;采用购置的WC-12Co粉末直接喷涂制备WC-12Co涂层。模拟计算表明,随着γ射线光子能量的增加,WC-12Co涂层的防护效果急剧下降。γ光子能量小于0.1MeV时,1mm厚的涂层可以屏蔽100%的射线。γ光子能量为3MeV时,涂层防护效果最低,1mm厚的涂层只能屏蔽7.2%的射线。WC-12Co涂层适合屏蔽较小光子能量的γ射线。中子屏蔽模拟计算表明,B4C涂层对热中子屏蔽效果很好。0.15mm厚的B4C（99.8%10B）涂层完全可以屏蔽热中子。1mm厚的WC-12Co涂层可以屏蔽12%的热中子。2mm厚的WC-12Co涂层只能屏蔽3.5%的快中子。B4C涂层不适合屏蔽快中子。屏蔽实验表明,各涂层对射线的防护效果与理论计算值基本相符。γ射线、中子辐照前后,WC-12Co涂层、基体的显微组织、表面形貌、元素组成没有发生明显变化。中子辐照后,WC-12Co涂层结合强度提高约20%-50%。EDS分析表明,涂层与基体界面没有发生微米级范围内的元素扩散。中子照射后钢材屈服强度、抗拉强度的显著提高可能有利于界面金属颗粒的机械钳紧作用,这可能是涂层强度提高的主要原因。SEM分析表明,B4C涂层经快中子辐照后,涂层内部出现裂纹,EDS未检测出B。B俘获中子后会变为H、He逃逸出材料,导致材料开裂。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一章 绪论
• 1.1 国内外研究现状、研究意义
• 1.1.1 国内外研究现状
• 1.1.2 研究意义
• 1.2 研究内容、研究目标及拟解决的问题
• 1.2.1 研究内容
• 1.2.2 研究目标及拟解决的问题
• 1.3 研究方案
• 1.3.1 研究方法
• 1.3.2 技术路线与实验方案
• 1.3.3 主要仪器设备
• 1.4 论文的主要特色及创新点
• 第二章 屏蔽材料的选择及涂层制备工艺
• 2.1 屏蔽材料的选材原则及常用材料
• 2.1.1 屏蔽材料的选材原则
• 2.1.2 常用的屏蔽材料
• 2.2 热喷涂屏蔽材料的选择
• 4C 粉末的化学镀镍预处理'>2.3 B₄C 粉末的化学镀镍预处理
• 2.3.1 化学镀镍的基本原理
• 4C 粉末表面化学镀镍工艺'>2.3.2 B₄C 粉末表面化学镀镍工艺
• 2.3.3 结果与讨论
• 2.4 屏蔽涂层的制备
• 2.4.1 屏蔽涂层的热喷涂工艺
• 2.4.2 结果与讨论
• 2.5 小结
• 第三章 涂层的屏蔽特性
• 3.1 涂层的屏蔽特性模拟计算
• 3.1.1 γ射线的屏蔽特性模拟计算
• 3.1.2 中子屏蔽特性模拟计算
• 3.2 屏蔽实验
• 3.2.1 实验
• 3.2.2 结果与讨论
• 3.3 小结
• 第四章 屏蔽涂层的辐照效应
• 4.1 辐射损伤
• 4.1.1 辐射损伤基础
• 4.1.2 物理性质及机械性能的变化
• 4.1.3 辐射损伤的回复
• 4.2 常用屏蔽材料的辐照效应
• 4.2.1 碳化硼的辐射损伤
• 4.2.2 不锈钢的辐射损伤
• 4.3 辐照实验
• 4.3.1 辐照实验
• 4.3.2 γ射线的辐照效应
• 4.3.3 中子的辐照效应
• 4.4 小结
• 第五章 结论和需要进一步探讨的问题
• 5.1 结论
• 5.2 需要进一步探讨的问题
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及获奖作品
• 致谢