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环氧树脂基辐射防护材料的制备及性能研究

作 者: 张亚丽
导 师: 陈达
学 校: 南京航空航天大学
专 业: 材料学
关键词: 辐射防护材料 环氧树脂 γ射线 丙烯酸铅 氧化铅 氧化铒 氧化钨
分类号: TB332
类 型: 硕士论文
年 份: 2010年
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内容摘要


随着科技事业的迅猛发展和环境能源问题的日益突出,核科学技术已被广泛应用于国防、工业、环境、能源等各个领域,带来了巨大的经济和社会效益,同时也增加了人们接触各种辐射的机会。航天工程特别是载人航天工程的蓬勃发展,使得宇宙环境中空间飞行器的辐射防护也已成为世界各国普遍关注的问题。射线对人体的损伤和对设备、环境的破坏逐步被人们认识,如何最大限度地降低射线的各种危害是一项十分重要和迫切的工作。传统的辐射防护材料已经无法满足目前的需要,新型辐射防护材料的研制开发显得尤为重要,具有重要的民用和军事价值。基于以上研究和需求背景,本文主要以性能优异、应用广泛的环氧树脂材料为基体,通过氧化铅、丙烯酸铅、氧化铒、氧化钨等功能性粒子的掺入来研究探索新型的辐射防护材料。主要取得了如下研究成果:(1)制备了PbO/环氧树脂基复合材料,用γ能谱法测定材料,重点对材料的屏蔽性能进行了测试分析。结果表明,PbO/环氧树脂基复合材料具有优异的γ射线辐射屏蔽性能。讨论了PbO含量对其辐射防护性能的影响情况,证实可以通过调节PbO含量来改善材料的辐射防护性能。(2)采用EGSnrc软件对PbO/环氧树脂基复合材料的辐射屏蔽性能进行了模拟,讨论了铅含量、射线能量等因素对材料辐射屏蔽性能的影响。发现,能量的沉积(水区域)主要取决于入射粒子的能量,对于一些低能的防护(1MeV),我们没有必要刻意的追求材料中最大的铅含量,而是应该综合考虑铅含量和材料其他性能的矛盾,以达到最佳的防护效果。这为辐射防护材料的设计提供基础。(3)采用γ射线辐照法成功制备了丙烯酸铅/环氧树脂复合材料,对材料的微观结构和力学性能进行了测试分析。结果表明,所制备样品具有优异的辐射防护性能,是一种屏蔽性能突出的轻质辐射防护材料。研究了丙烯酸铅/环氧树脂材料对γ射线的辐射屏蔽性能,并讨论了射线能量、固化方式等多个因素对材料各方面性能的影响。(4)以Er2O3和WO3为辐射防护功能性粒子、以环氧树脂为基体,制备了Er2O3/WO3/环氧树脂复合材料,对其微观结构、力学性能、辐射屏蔽性能和耐辐射性能进行了详细测试表征。实验结果表明,材料具有良好的力学性能、优异的辐射屏蔽和耐辐射性能,该种材料可以在较复杂恶劣的辐照环境中得以应用。讨论了环氧树脂中Er2O3和WO3含量对材料各方面性能的影响,为以后此类材料的商业开发和性能优化提供参考。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-10
图表清单  10-13
第一章 绪论  13-31
  1.1 引言  13-14
  1.2 辐射防护材料的应用及研究进展  14-17
    1.2.1 辐射防护材料的应用领域  14-15
    1.2.2 辐射防护材料的研究进展  15-17
  1.3 电离辐射与物质的相互作用  17-22
    1.3.1 光子与物质的相互作用  17-20
    1.3.2 电子与物质的相互作用  20-21
    1.3.3 重带电粒子与物质的相互作用  21-22
    1.3.4 中子与物质的相互作用  22
  1.4 γ射线在材料中的衰减规律及辐射防护材料设计  22-28
    1.4.1 窄束和宽束X、γ射线的减弱规律  22-23
    1.4.2 X、γ射线在物质中的衰减系数  23-24
    1.4.3 材料辐射防护效果的影响因素分析  24-26
    1.4.4 辐射防护材料的设计  26-28
  1.5 EGS 软件在材料辐射屏蔽性能模拟中的应用  28-30
  1.6 本文的研究思路及主要研究内容  30-31
第二章 氧化铅/环氧树脂基辐射防护材料制备及屏蔽性能模拟  31-44
  2.1 引言  31
  2.2 试剂和原料  31
  2.3 实验仪器与设备  31
  2.4 实验样品制备  31-32
  2.5 屏蔽性能测试及结果分析  32-35
    2.5.1 屏蔽性能测试装置图  32
    2.5.2 材料γ射线屏蔽性能测试  32-35
  2.6 EGSnrc 理论模拟及讨论  35-43
    2.6.1 生成pegs4 截面数据  35
    2.6.2 设置粒子输运几何模型及输运参数  35-36
    2.6.3 注量、剂量分布规律  36-43
  2.7 本章小结  43-44
第三章 丙烯酸铅/环氧树脂辐射防护材料的制备及性能研究  44-57
  3.1 引言  44
  3.2 实验部分  44-47
    3.2.1 试剂  44-45
    3.2.2 仪器与设备  45
    3.2.3 样品的制备  45-46
    3.2.4 材料结构表征  46
    3.2.5 力学性能测试  46
    3.2.6 辐射防护性能测试  46-47
  3.3 实验结果与讨论  47-56
    3.3.1 样品的外观表征  47
    3.3.2 XRD 表征  47-49
    3.3.3 红外光谱分析  49-51
    3.3.4 材料断面SEM 分析  51-52
    3.3.5 力学性能分析  52
    3.3.6 辐射防护性能测试  52-56
  3.4 本章小结  56-57
第四章 Er_20_3/ W0_3/环氧树脂辐射防护材料的制备及性能研究  57-65
  4.1 引言  57-58
  4.2 实验部分  58
    4.2.1 实验试剂及测试仪器  58
    4.2.2 材料的制备  58
  4.3 材料表征分析与结果讨论  58-64
    4.3.1 样品的外观表征  58-59
    4.3.2 样品的元素分析及密度计算  59-60
    4.3.3 样品的微观形貌分析  60-61
    4.3.4 样品的力学性能测试  61-62
    4.3.5 样品的辐射屏蔽性能测试  62-63
    4.3.6 样品的耐辐射性能测试  63-64
  4.4 本章小结  64-65
第五章 总结与展望  65-67
  5.1 本文主要研究成果和创新点  65-66
  5.2 展望  66-67
参考文献  67-71
致谢  71-72
在学期间的研究成果及发表的学术论文  72

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 复合材料 > 非金属复合材料
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