纳米Y_(2)O_(3)/环氧树脂复合材料辐射防护性能及正电子寿命研究

作     者：郑玉龙 潘昕怡 熊厚华 曾正魁 杜纪富 陈志远 ZHENG Yulong;PAN Xinyi;XIONG Houhua;ZENG Zhengkui;DU Jifu;CHEN Zhiyuan

作者机构：湖北科技学院核技术与化学生物学院辐射化学与功能材料湖北省重点实验室咸宁437000 

出 版 物：《核技术》 (Nuclear Techniques)

年 卷 期：2022年第45卷第6期

页      面：33-42页

核心收录：

学科分类：082704[工学-辐射防护及环境保护] 08[工学] 0827[工学-核科学与技术] 

基　　金：北省大学生创新训练项目(No.S202010927041) 湖北科技学院基金(No.BK201820) 湖北科技学院博士启动基金(No.BK202207)资助 

主　　题：辐射防护 复合材料 屏蔽 稀土材料 

摘      要：传统的屏蔽X/γ射线材料一般为铅或含铅材料,存在有毒、质量重、不易成型、价格较高等缺点,而高分子复合材料被认为是未来能够有效防护核辐射的新型材料。环氧树脂(Epoxy Resin,EP)作为基材具有诸多优点,如耐腐蚀、力学性能好、耐磨性强、绝缘性优良及耐辐照性较强等,稀土材料对20~88 keV能区的X/γ射线有比较好的屏蔽效果,能够弥补铅的弱吸收区,同时可规避铅的毒性。为验证纳米稀土三氧化二钇/环氧树脂(Y_(2)O_(3)/EP)复合材料对X/γ射线的屏蔽性能,首先采用Y_(2)O_(3)填充到环氧树脂中制备了不同氧化钇含量的Y_(2)O_(3)/EP复合材料。然后利用正电子寿命谱、X射线衍射、扫描电镜研究了材料的微观结构,用热重分析仪及差示扫描量热仪测试了材料的热稳定性,用维氏硬度计及万能拉力机测试了材料的机械性能。最后利用蒙特卡罗程序对样品的辐射防护性能进行了模拟计算。研究结果表明:Y_(2)O_(3)填充到环氧树脂中可提升复合材料的热稳定性、硬度及杨氏模量,但明显降低了抗拉强度和断裂伸长率,建议Y_(2)O_(3)含量质量百分数不超过40%。在X/γ射线能量20~1332 keV范围内,材料相同厚度时,40%Y_(2)O_(3)/EP复合材料的屏蔽效果为纯铅的2%~10%,相同质量时,40%Y_(2)O_(3)/EP复合材料的屏蔽效果为纯铅的15%~66%。虽然Y_(2)O_(3)/EP复合材料屏蔽效果较纯铅的差,但在X/γ射线低能区可满足屏蔽要求,具备替代铅或含铅材料作为辐射屏蔽材料的能力。