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[硕士论文] 杨进文
材料工程 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:近年来,为探索受控热核新能源,解决日益严峻的能源问题,惯性约束聚变(Inertial Confinement Fusion, ICF)成为当代物理学里十分活跃的前沿研究方向之一。并且,由于其实现过程中的高能量密度状态满足核武器条件,使得该领域在军事方面也具有重要应用。为成功实现惯性约束聚变,需要采用纳秒乃至皮秒脉冲激光与靶材进行作用。但是激光与靶耦合过程中激发的电磁脉冲不仅影响实验数据采集的准确性,严重时将导致精密诊断设备的损坏。迫切需要针对激光打靶环境中的电磁脉冲信号开展诊断与屏蔽设计工作。
  本文以基于ICF电磁脉冲辐射测量方法及屏蔽设计为研究课题,采用自行研制的多种型号脉冲天线,包括磁场天线:B-dot环天线、筒天线;电场天线:盘锥天线、平板偶极天线、超频段微带天线,系统测量神光Ⅱ激光装置中激光与靶相互耦合作用激发的电磁脉冲信号。神光Ⅱ装置靶室内外电磁脉冲初始电压峰值分别为1350 V和4 V。基于神光Ⅱ装置诊断结果,分析靶型对电磁辐射信号的影响,得出靶的对称结构有利于减小电磁辐射。实验结果显示靶室内外的回波振荡一定程度上增大了电磁脉冲幅值,并延长信号的持续时长。在百焦耳激光装置上设计进行系列激光诱导激发电磁脉冲信号机理研究性实验,得出靶杆电流的偶极辐射是纳秒激光轰击靶材诱导激发电磁脉冲的机理之一,并且靶室内的回波振荡也是电磁脉冲的重要源项。采用角锥吸波材料作为主要原材料,进行电磁屏蔽设计工作,成功研制了电磁脉冲屏蔽罩及微波暗室。测试结果显示屏蔽罩及微波暗室具有良好电磁屏蔽性能。为减小测试环节中的系统误差,对信号采集过程中采用的同轴电缆进行系列标定测试,得出不同型号的电缆会对信号的传输造成不等的影响。随着电缆长度增加,电磁脉冲时域与频域信号幅值呈现明显衰减趋势。
[硕士论文] 周冬
化学 西南科技大学 2017(学位年度)
摘要:近年来,随着核能和核技术的迅猛发展,人类越来越频繁活动于各类射线的环境中。面对有较强穿透能力的中子和γ射线给人体带来的伤害,传统的辐射防护材料已经无法完全满足屏蔽的具体需求。因此,为了迎接进一步的挑战,研发对中子和γ射线屏蔽效果好且力学性能优良的新型辐射防护材料已经成为材料研发的主要方面。
  本文以Bi2(NO3)3.5H2O和H3BO3作为原料,通过溶胶凝胶法成功制备出硼酸铋晶体,并通过调节反应条件,制备了不同形貌的硼酸铋纳米结构。研究表明,Bi/B摩尔比对产物物相有很大影响,当n(Bi):n(B)=1:2时,产物为六方晶系的Bi6B10O24晶体。烧结温度和时间对硼酸铋形貌有一定影响,并得出当在530℃下烧结5h时可以得到厚度为十几纳米的硼酸铋片状结构,当烧结温度为600℃,时间为3h时可以得到分散性较好,尺寸为100~300nm的硼酸铋纳米颗粒。初步探究了不同形貌的硼酸铋纳米结构的形成机制,并发现助剂柠檬酸和EDTA在硼酸铋纳米结构的形成和形貌的控制方面均起到了重要作用。
  通过γ谱仪对制备得到的硼酸铋纳米粉体进行γ射线屏蔽性能测试,并运用蒙特卡罗(MCNP5)程序对其热中子的屏蔽性能进行模拟后发现,硼酸铋纳米粒子对中子和γ射线的屏蔽性能均随着粉体含量的增大而增大;并且当粉体含量相同时,对γ射线的质量衰减系数随着射线能量的增大而降低,同时由于铋弱吸收区的存在,材料在105.3keV处表现出最高的屏蔽性能。另外,不同形貌的硼酸铋纳米粉体对热中子和γ射线的屏蔽性能均要高于Bi2O3和B2O3混合物的屏蔽性能,并且片状结构的硼酸铋与颗粒状硼酸铋相比对γ射线表现出更好的屏蔽性能,但是二者对热中子的吸收性能差异甚微,表明材料对中子和γ射线的屏蔽性不仅与材料密度有关,还与粒子尺寸和形貌有关,将填料粒子纳米化,并提高粒子形貌的规整度后有利于材料对中子和γ射线的屏蔽性能的提高。
[硕士论文] 罗庆
化学 西南科技大学 2017(学位年度)
摘要:为研制含钆磷酸盐玻璃辐射屏蔽材料,本文采用熔融-淬火法制备了xGd2O3–(40-x)BaO–60P2O5和xGd2O3–(50-x)BaO–50P2O5体系玻璃,运用WinXCOM和Auto-Zeff软件模拟计算了玻璃的辐射屏蔽性能,利用XRD、Uv-vis-nir、FTIR、Raman光谱和DSC等技术研究了玻璃体系的结构及其经60Co伽马射线辐照后的变化,探讨了成分及伽马辐照对玻璃结构影响的规律,结果表明:
  1.xGd2O3–(40-x)BaO–60P2O5体系的玻璃形成范围为0≤x≤14mol%,xGd2O3–(50-x)BaO–50P2O5体系的玻璃形成范围为0≤x≤7mol%。
  2.模拟计算玻璃样品的质量衰减系数(μm)、有效原子序数(Zeff)、半值层(HVL)和平均自由程(MFP)等理论值,表明随着Gd2O3含量增加,玻璃体系的屏蔽性能均提高,xGd2O3–(50-x)BaO–50P2O5玻璃体系的屏蔽性能均高于混凝土,而xGd2O3–(40-x)BaO–60P2O5玻璃体系的屏蔽性能高于钛铁矿以外的混凝土,实验条件下,当x≥12mol%时,即Gd12和Gd14样品的屏蔽性能比钛铁矿的高。
  3.玻璃体系对可见光透过率超过80%,微观结构主要为偏磷酸盐结构(Q2),含少量的焦磷酸盐(Q1)和正磷酸盐结构(Q0);随着Gd2O3含量增加,玻璃化转变温度(Tg)均增加,抗析晶能力增强,热稳定性增强。
  4.玻璃样品经2Mrad和8Mrad的伽马射线辐照后,内部产生色心,变为红棕色,对可见光透过率降低,降低程度与伽马射线剂量成正变关系。相同辐照条件下,玻璃样品对可见光的透过率随Gd2O3含量增加而提高,表明Gd2O3能够增强钡磷酸盐玻璃的抗辐照特性。辐照使玻璃禁带宽度(Eg)降低,且辐照剂量越高,Eg越小,说明辐照使得玻璃结构中非桥氧增加。辐照后玻璃振动光谱特征峰位置不变,但振动峰强度降低,说明辐照引起玻璃微观结构化学键长和键角发生一定变化,但未形成新的微观结构单元。伽马射线辐照引起玻璃微观结构混乱度增加,Tg提高。
[硕士论文] 曾庆波
核科学与技术 中国科学技术大学 2017(学位年度)
摘要:经过重大维修改造后的合肥光源(Hefei Light SourceⅡ,HLS-Ⅱ)是由800MeV电子直线加速器、输运线和800MeV电子储存环组成的第二代同步辐射装置。为了切实保障相关人员的辐射安全以及消除对周边环境的辐射污染,需要依据辐射防护三项原则(即正当化、最优化、个人剂量当量限值)给装置建立科学完善的辐射监测系统。
  为了更好地促进用户实验的科研产出,合肥光源正在进行恒流运行关键系统改造。原有的辐射监测系统是为衰减运行模式而设计建造的,不能满足恒流运行的要求。因此,改造辐射监测系统尤为重要。
  在改造中,新的辐射剂量监测系统采用EPICS框架,并和合肥光源控制系统集成在一起。系统由探测器、通讯模块、数据采集监测软件、数据分析系统等组成。该系统不仅可以监测光源区和周边环境的辐射剂量率,也可以计算积分剂量、历史数据的查询以及实施安全联锁保护。
  通过将注入口处刮束器的狭缝减小到一定程度,使得过大振幅的电子尽量丢失在此处。在刮束器周围增加铅砖墙进行屏蔽。采用加速器束流模拟软件Accelerator Toolbox(AT)对注入和踢束两种情况进行了模拟,验证了束流丢失位置的准确程度。
  在新系统运行的七个月期间,能够监测光源区及周边的辐射剂量率水平,进行历史剂量查询以及必要的安全联锁等功能,能很好地满足合肥光源恒流运行模式对辐射监测的要求,为加速器技术与研究人员提供了足够的安全保障。
[硕士论文] 马权
材料科学与工程 西南科技大学 2017(学位年度)
摘要:随着各个领域辐射技术的广泛应用,辐射防护问题越发明显。与传统防护材料相比聚合物基辐射防护材料具有质轻、便于成型、机械性能优异等特点。三元乙丙橡胶具有低密度、高填充性、耐老化性、耐腐蚀性、弹性而作为一种辐射防护材料;考虑到铅元素可能对人体的危害性,以及无机粉体与橡胶基体的相容性问题。选择了丙烯酸铅和聚丙烯酸铅粉体作为填料,三元乙丙橡胶作为基体。本文研究了不同的加工方式对三元乙丙橡胶复合材料的力学性能、辐射防护性能的影响,同时对耐辐照性能与原位聚合机理进行了探究,为辐射防护材料产业化提供数据支持,结果显示:
  丙烯酸铅分别以聚合-混合、机械混合-聚合、溶液混合-聚合三种加工方式制备复合材料。溶液混合-聚合制备的S-100复合材料拉伸强度达到2.64MPa;机械混合-聚合制备的S-100复合材料拉伸强度达到2.53MPa;聚合-混合的加工方式制备的S-100复合材料只达到2.38MPa。三种复合材料的拉伸强度随粉体含量的增加逐渐提高;混合-聚合加工方式制备的复合材料的力学性能优于聚合-混合加工方式制备的复合材料。
  复合材料对于射线的质量衰减系数,随着粉体含量的增加而提高,随着射线能量增加而逐渐降低。聚合-混合的加工方式制备2mm厚的S-100复合材料对105.31KeV的射线质量衰减系数可达到1.498cm2/g,机械混合-聚合制备的2mm厚的S-100复合材料对105.31KeV的射线质量衰减系数可达到1.582cm2/g,溶液混合-聚合制备的2mm厚的S-100复合材料对105.31KeV的射线质量衰减系数可达到1.598cm2/g,
  将机械混合-聚合的加工方式制备的复合材料与硫化后纯的三元乙丙橡胶作对照实验,对其进行不同辐照剂量(0,30,100,160,220kGy)辐照,并探究复合材料在空气中的辐照老化作用,结果表明,复合材料对于辐照具有滞后性;表征了不同硫化时间的机械混合-聚合复合材料,结果表明,丙烯酸铅在三元乙丙橡胶基体中的“溶解-扩散-聚合-相分离”的反应过程,最终形成了纳米复合材料,并且提出了通过原位聚合机理。
[博士论文] 聂保杰
核能科学与工程 中国科学技术大学 2017(学位年度)
摘要:氘氚聚变反应在实现能量自持方面需要最低的聚变三重积,因而被认为是能够率先实现商业聚变能的聚变反应。氘氚聚变反应也带来了特殊的放射性安全问题:一方面氚具有放射性,另一方面聚变反应产生的中子和材料发生活化反应,产生放射性活化产物。以国际聚变堆ITER为例,整个聚变系统内的最大氚盘存量约4 kg,其中真空室内最大可移动的放射性物质分别为1 kg氚和1000 kg活化粉尘。放射性物质的潜在环境释放会影响公众健康,大量级的释放还可能导致公众急性死亡。因此,聚变堆放射性物质释放的环境和公众影响是制约未来聚变能发展的重要因素。
  鉴于氚的环境迁移和生物代谢特性,本文针对聚变堆在正常运行和事故状态下混合氚源(HT和HTO)的环境释放,在FDS团队多年深入研究开发的TAS2.0基础上,建立了氚大气弥散模型、土壤迁移模型、生物代谢模型和剂量计算模型。同时根据个体受辐照剂量和急性死亡、癌症发生率的关系,最后实现了氚释放的环境迁移和公众健康评价。并开展了国际知名程序UFOTRI、ACUTRI和HotSpot的子模块测试,IAEA-EMRAS-WG7框架协议例题的集成测试,及加拿大大气HT释放实验数据的验证,为聚变堆氚释放的环境迁移和公众后果评价提供了一套合理、准确的模型。
  其次,基于模型程序,对聚变堆在正常运行和事故状态下氚释放的环境迁移规律和公众剂量进行模拟分析,并对聚变堆的氚释放标准进行讨论和建议。正常运行时,评估了ITER类型聚变堆正常运行的公众剂量,结果表明,ITER类型聚变堆正常运行的公众辐射剂量远低于辐射剂量限值,甚至低于豁免水平。因此,从辐射防护的角度,未来聚变堆的氚排放标准建议在ITER氚排放标准基础上适当放宽,约一个量级。事故状态下,对单位氚瞬态释放后,环境中的氚浓度和公众个人剂量进行评估分析,同时参考中国和ITER对事故分类、对应的剂量限值的规定,对聚变堆不同事故状态下的最大允许氚释放源项进行反推,从辐射防护角度阐述聚变堆的最大允许氚释放源项参考数据。
  最后,考虑到历史上两次7级裂变核事故对环境和公众造成的严重后果,对聚变堆假想事故在保守释放和环境状况下的环境和公众后果进行评价。主要从事故描述、放射性释放源项、公众个人剂量、致死区域和环境恢复时间等角度进行系统性评价,此外,考虑到中国积极的核能政策和人口密度大的国情,基于中国某沿海核电厂址周边80 km内的人口分布数据,对假想事故导致的公众急性死亡、急性癌症率进行评价。为进一步从环境和公众后果角度阐述聚变堆的安全特性,分别与两次7级裂变核事故的环境释放源项在同等环境状况下的公众后果进行对比分析。结果表明,聚变堆虽然具有一定的安全优势,但同样可能引起严重的公众辐射后果。
[硕士论文] 赵杨
化学 西南科技大学 2017(学位年度)
摘要:γ射线在国防和民用行业迅速发展,为人类提供便利的同时潜在地威胁着人类的身体健康和生命安全,因此,γ射线防护材料的理论研究和应用开发愈加重要。通常使用的防护材料如含铅的板材,玻璃等,其屏蔽率较低,迁移率较高,且笨重对人体有伤害性,不能满足人们对材料的实用性及安全性的需要,因此急需研发具有轻质、高效、低毒的γ射线防护材料。铋和钨均作为一种“绿色金属”,拥有低毒、易加工等优点,组成的化合物钨酸铋对γ射线有较强的吸收,能够替代传统铅系材料作为主要的γ射线防护功能组元。本论文利用一种温和的湿化学法-溶剂热法来合成形貌与微观结构可控的钨酸铋纳米晶,并结合各种结构表征和性能的研究,探讨了其微观结构和形貌与其性能之间的内在联系。
  本文研究了pH值,反应温度及溶剂类型对溶剂热法合成不同纳米结构的Bi2WO6的物相组成、微观形貌和发光性能、辐射防护性能的影响,并探讨了反应条件在Bi2WO6晶体生长过程中的作用。利用XRD,SEM,TEM,HRTEM和DRS,PL,γ谱仪等表征手段对Bi2WO6晶体的组成、形貌、禁带宽度、发光强度以及γ射线防护性能等进行了详细的表征。实验结果表明,在不添加任何表面活性剂和分散剂的情况下,不同的工艺条件对Bi2WO6纳米结构有较大的影响。当pH值高于9.5时,制得的样品为的Bi2WO6和Bi7.89W0.11O12.16混合相;pH处于7.5~9.5,得到纯相的Bi2WO6。且随着pH值或温度升高,样品的结晶度提高,(131)和(002)晶面有明显的择优生长趋势,发光强度也随之增长。所有样品中,前驱体溶液的pH=7.5,反应温度为220℃,选择乙二醇作为溶剂的条件下合成的完整纳米片状Bi2WO6粉体对86.5KeV的γ射线屏蔽率最佳,高达69.51%,已经远远高于课题组之前合成的填充量为30%的PbWO4橡胶复合材料以及微米级蜂窝球状Bi2WO6橡胶复合材料的屏蔽率。
  以Ce(NO3)3·6H2O为Ce源,采用溶剂热法制备了Ce掺杂的Bi2WO6纳米粉体。Ce替代Bi3+进入Bi2WO6晶格,影响了Bi2WO6纳米晶的微观结构及性能。结果表明,随掺杂量增加,Bi2WO6晶体内部及表面缺陷增多,结晶度逐渐降低,掺杂量达20%时只有(131)和(002)两个晶面微弱的衍射峰。稀土离子添加抑制了晶面的生长速率导致纳米片结构消失,逐步瓦解成纳米颗粒,高倍透射电镜图证实掺杂后样品的晶面间距减小。XPS显示掺杂后Ce4+,Ce3+同时存在于样品中,Bi4f价带能量提高了5.34eV。γ射线防护测试表明,Ce的掺杂量为5%mol时,对105.3KeVγ射线的屏蔽率达到最大,约为38.66%,且γ射线屏蔽效果随着粉体质量的增加呈先迅速提高后趋于平缓的趋势。
[博士论文] 辜峙钘
核能科学与工程 中国科学技术大学 2017(学位年度)
摘要:革新型核能系统是未来核能之路。铅基反应堆是最具潜力堆型之一。不少国家、机构均制定了庞大的铅基堆发展规划,中国在最近几年来开始加大对铅基反应堆的投入,作为国内铅基反应堆的主要推动者,中科院核能安全技术研究所FDS团队目前已完成中国铅基研究实验堆详细方案设计。反应堆无保护瞬态分析是评估其固有安全特性的有效手段,也是检验、指导其设计的重要途径。鉴于此,本文采用NTC-2D对上述铅基研究实验堆开展了系统、深入的无保护瞬态安全特性分析。
  本文分析工具是NTC-2D程序,该程序是由FDS团队自主开发的中子-热工耦合安全分析程序,已开展大量验证工作。在此基础上,本文开展了基于“PDS-XADS安全分析例题”的程序对比验证,以验证其整体性功能;同时开展了基于“JAEA水注入铅铋实验”的实验对比验证,以验证其“铅铋与水相互作用”模型。对比发现,NTC-2D与成熟商业软件及实验结果均吻合较好。
  首先,根据国内外无保护瞬态安全分析的经验,同时考虑该铅基研究实验堆自身设计特点,最终确定了本文无保护瞬态安全分析的具体内容。即:无保护超功率瞬态、无保护失流瞬态、无保护失热阱瞬态、无保护失流合并失热阱瞬态、无保护主换热器破口瞬态。基于NTC-2D对以上五种工况进行瞬态模拟,分析各种工况下的具体瞬态响应过程及机理,最终完成对其无保护瞬态安全特性的分析,具体分析结果如下:
  前四种瞬态工况,该反应堆展现出良好的固有安全特性,主要体现在以下三个方面:(1)该反应堆具有良好的负反馈特性:超功率工况下它阻止了功率的持续上升,在失流、失热阱及失流合并失热阱工况下,它自动降低反应堆功率,甚至停堆以保障反应堆安全;(2)主回路热容量很大,热惰性强,大大减缓了失热阱,失流合并失热阱工况下堆芯温度增长速率,大大缓解了事故后果;(3)主回路拥有良好的自然循环特性:反应堆在失流工况下依靠自然循环自动达到稳定状态,在失流合并失热阱工况下,反应堆仅靠自然循环进行堆芯冷却,大大缓解了事故后果。
  主换热器破口模拟揭示了“铅铋与水相互作用”的相关现象与机理,重点揭示了水蒸汽在主容器内的迁移规律:(1)下封头断裂工况下,部分水蒸汽向下迁移,发现水蒸汽进入堆芯;(2)上封头断裂工况下,几乎所有水蒸汽向上迁移,未发现水蒸汽进入堆芯。
  本文研究意义:(1)可以为该铅基研究实验堆安全评价工作(初步安全分析报告撰写等)提供一定借鉴意义;(2)可以为该铅基研究实验堆设计优化提供初步依据,进而实现设计的“built in”而不是“added on”;(3)可以为未来商业铅基反应堆发展提供一定参考价值。
[博士论文] 刘易鑫
光学工程 重庆大学 2017(学位年度)
摘要:γ光子(伽玛光子),系是γ射线(伽玛射线)的俗称(犹如X光,即为X射线俗称),γ射线又称γ粒子流,是波长小于0.001nm的电磁波,它是原子核能级跃迁蜕变时释放出来的。γ光子探测器,作为对γ光子进行测量和度量的仪器,被广泛应用于国防和国民经济众多领域之中。它既是保障核设施、核装置、涉核工作人员和公众安全极为重要的工具,在国民经济、核武器研制生产应用和相关科学研究中发挥着不可或缺的作用,又是避免核泄漏产生核辐射或消除核讹诈引起核恐慌强有力的保障。
  迄今,常用的测量γ光子的便携式测量仪器,均是送至配置有标准参考辐射场(Standard Reference Radiation,SRR)专业电离辐射计量机构中进行校准。然而,电离辐射计量机构与核仪器仪表使用单位之间的距离,通常在数百甚至上千公里,仪器仪表的送检周期,通常需要数周以上,送检效率极低。此外,对于固定安装在核设施上的场所γ光子探测器,由于无法整体拆卸送检,目前只能通过简易替代法,采用活度较低的放射源照射到仪器探头上,观察仪器响应并判断仪器的性能。但是,该方法无法对仪器的中、高量程进行校准,且未考虑到仪器使用现场的环境散射影响,因此,无法或难以对核仪器仪表的性能进行科学评估。
  有鉴于此,本文在中国工程物理研究院(九院)实验室基础研究项目“伽玛空气比释动能遂行定度关键技术研究”(项目编号:JW20*2005043)与国防科技工业局“十三五”技术基础科研项目“辐射防护用伽玛剂量(率)仪遂行校准装置研制”(项目编号:622)联合资助下,开展了基于小尺度参考辐射(Minitype Reference Radiation,MRR)γ光子探测器遂行校准技术的理论、装置及方法技术等研究工作,研究与开发了一套辐射防护用γ光子探测器遂行校准装置或系统。论文的研究内容,主要包括:
  (1)阐述了γ光子探测器,尤其是,场所γ光子(γ射线)剂量仪器校准方法的国内外研究现状及发展趋势。针对野外或室外、现场和原位校准面临的关键技术问题,研究了基于小尺度参考辐射(MRR)γ光子探测器遂行校准技术理论(原理和方法),提出了基于MRR检验点处γ空气比释动能约定真值(CAK)的测定方法及基于样本的机器预测方法,奠定了开展本论文研究工作基础。
  (2)开展了MRR构建和剂量场特征研究。通过对基于MRR的γ光子探测器遂行校准技术原理分析,构建了参考辐射MRR,利用蒙特卡罗(Monte Carlo,MC)模拟方法,开展了MRR剂量场特征研究,这为遂行校准技术进一步提供了理论支持。
  (3)开展了基于小波降噪和主元分析方法的散射γ能谱特征提取技术研究。针对散射γ能谱存在的噪声干扰以及能谱数据冗余等关键技术问题,采用小波分析方法对散射γ能谱进行降噪,去除能谱中的干扰噪声;然后,采用主元分析方法提取了散射γ能谱的特征主元,大大降低了建模所用的数据维数和数据数量,显著提高了小尺度参考辐射场中空气比释动能约定真值的定度精度。
  (4)开展了基于随机黑洞融合改进粒子群算法的MRR检验点处空气比释动能约定真值定度模型优化方法研究。MRR检验点处空气比释动能约定真值的定度模型,乃是基于实验样本数据、采用最小二乘支持向量机建立。研究中采用随机黑洞融合改进粒子群算法,优化了建模参数。较之于传统的粒子群、黑洞等算法,随机黑洞融合改进粒子群算法具备较强的全局寻优能力,优化后的模型测量精度优于其他算法。
  (5)研究了MRR的γ光子探测器遂行校准装置用于探测器校准时对探测器进行能量响应校正的原理及方法。通过分析不同探测器的能量响应曲线及γ能谱成分,计算得到了不同探测器的能量响应修正因子。在实际应用中,能量响应修正因子应用于对探测器进行能量响应经验校正,进而对校准结果进行修正。
  (6)研制了MRR的γ光子探测器遂行校准装置且测试了装置工作性能。研究分析了装置在测量过程中引起测量误差的因素,进而对每个因素引起的测量不确定度进行评估,得到了遂行校准装置测量标准不确定度为4.57%,扩展不确定度为9.14%。
  本项研究工作涉及了关乎辐射防护和核安全的γ射线剂量学,在国内外不仅率先研究了基于MRR的γ光子探测器遂行校准的理论及技术方法,而且还研制了一台γ光子探测器遂行校准装置样机,这既为γ光子遂行校准技术开辟了一个全新的发展方向,又可为γ光子探测器的现场和野外场地校准提供了一种新的示范装备。
[博士论文] 张潇湘
核能科学与工程 中国科学技术大学 2017(学位年度)
摘要:外源驱动次临界系统(如ADS)是一种新型核能系统。在线重构次临界度是ADS反应堆物理的主要研究内容之一。由于ADS具有连续的强外中子源及反应堆处于次临界状态,传统的反应性重构方法面临新的物理问题:外中子源效应问题和空间/能谱效应问题,需要研究次临界状态下的反应性(次临界度)在线重构方法。本文从中子输运理论出发,研究了次临界度重构的基本原理,开展了基于逆动态法的次临界系统次临界度重构方法研究,克服了这两个新问题,实现了次临界系统次临界度的精准在线重构。本文主要研究内容及创新点包括:
  (1)发展了一种结合外源刻度的次临界逆点动态法,实现了基于核功率的次临界系统次临界度在线重构,充分考虑了次临界度在线重构中的外中子源效应问题。本文针对外源驱动次临界系统的动力学特点,利用次临界稳态核功率及初始次临界度进行外源刻度,开发了次临界逆点动态算法,使用欧盟发布的次临界系统PDS-XADS进行一系列数值验证,测试了覆盖常见次临界度应用范围的多种不同初始次临界度情况下(对应初始keff在0.97290~0.88991之间)的次临界度重构性能,重构相对误差范围为6.81%~13.12%。结果表明该方法可以有效实现次临界系统次临界度在线重构。
  (2)提出了一种结合最优空间/能谱响应区间的次临界逆空间动态法,实现了基于中子通量密度的次临界系统次临界度精准在线重构,克服了次临界度在线重构的空间/能谱效应问题。考虑到反应性重构受到空间/能谱效应的影响,本文系统的研究了次临界状态下的空间/能谱效应,预测并验证了次临界度重构的最优空间/能谱响应区间。基于次临界系统PDS-XADS对次临界逆空间动态法进行综合测试验证,实现了基于最优空间/能谱响应区间的中子通量密度进行次临界度的精准在线重构,当初始keff在0.97071时,次临界度重构相对误差在1.0%以内,优于次临界逆点动态法结果(相对误差为6.7%)。
  综上所述,本文发展了次临界逆点动态法并提出了次临界逆空间动态法,克服了次临界度重构的外中子源效应和空间/能谱效应问题,实现了基于核功率或中子通量密度的次临界度精准在线重构,为外源驱动次临界系统次临界度在线测量提供理论指导。
[博士论文] 汪振
核能科学与工程 中国科学技术大学 2017(学位年度)
摘要:铅基反应堆(以下简称铅基堆)是第四代核能系统与加速器驱动次临界系统的重要候选堆型。与其他快中子反应堆一样,由于铅基堆在正常运行时堆芯布置不是使Keff为最大的,堆芯熔化后材料的重新布置,有可能导致反应性急剧增加,期间释放出的巨大能量可能会造成堆芯解体。为确保铅基堆在严重事故下能够包容放射性物质从而使人和环境免受辐射危害,对其进行假想堆芯解体事故(Hypothetical Core Disruptive/Disassembly Accident,HCDA)的研究是非常必要的。然而,目前国际上对铅基堆HCDA的研究还处于起步阶段,对HCDA分析在铅基堆安全评价中占据的地位以及所要达到的安全目标等尚不明确,对铅基堆HCDA相关物理现象及事故演化过程的认识也十分匮乏。
  本文以中国铅基研究实验堆为研究对象,针对上述铅基堆HCDA事故研究存在的问题,从宏观的评价方法到微观的事故现象机理,多尺度开展了安全研究与探索。具体工作如下:
  (1)基于福岛事故后最新的核安全理念,并借鉴钠冷快堆的先进经验,建立了一个适用于铅基堆HCDA的评价方法,提出了把HCDA作为铅基堆的“设计扩展工况”来处理,同时明确了其消除重返临界的确定论与概率论要求,首次阐明了铅基堆HCDA研究在安全评价中所处的地位以及所需达到的安全目标,并进一步指出铅基堆HCDA事故分析需采用现象学、机械论、概率论等相结合的分析方法,为后续章节的分析提供了方法论基础。
  (2)基于“现象学”的事故分析方法,借助NTC-2D程序对铅基研究实验堆HCDA过程中的主要物理现象展开了数值模拟研究。发现了铅基堆HCDA事故下独特的热工水力现象:堆芯熔融物能迁移出堆芯,从而有潜力消除重返临界;但在迁移过程中熔融包壳会再凝固导致堆芯流道堵塞、最终形成的熔池会发生组份分层导致熔融燃料的聚集,这两种行为可能使事故朝恶化方向发展,需要特别关注。基于此,本文还给出了未来一种开展铅基堆HCDA实验研究的思路。
  (3)基于“机械论”的事故分析方法,利用NTC-2D程序建立了铅基研究实验堆(包括临界堆与次临界堆)的事故分析模型,并全面探究了两种堆型在两类典型事故(无保护瞬态超功率与燃料组件瞬时全堵)始发的HCDA下全堆芯瞬态过程以及影响因素。研究发现,次临界堆比临界堆固有安全性更好,不会发生无保护超功率导致的HCDA。在发生燃料组件瞬时堵流事故时,燃料孔隙率对两者的HCDA事故进程均影响显著。两种堆型皆可通过对设计参数(包括燃料孔隙率、冷却剂的驱动形式等)的选取实现堆芯熔融物的漂浮并且冷却,而不需要额外的工程措施。
  本文的研究成果不仅为铅基研究实验堆实现消除重返临界的安全目标提供了重要依据;同时还完善了铅基堆严重事故现象学知识,对未来大型商用铅基堆的安全设计具有重要的借鉴意义。
[硕士论文] 贺淑相
核科学与技术;核能科学与工程 华北电力大学;华北电力大学(北京) 2017(学位年度)
摘要:核电站在正常运行及停堆大修期间都会产生大量放射性物质,因此如何准确的预测辐射强度及辐射分布情况是辐射防护与屏蔽设计工作的关键问题。本研究涉及了计算机辅助设计、辐射防护与屏蔽设计、计算机图形学、人机交互以及虚拟仿真等多学科多领域,同时结合当下可视化与虚拟仿真技术开展辐射场数据的应用分析,直观准确的反映核电厂真实工作场景,提高核电厂辐射防护工作的技术水平。本研究主要工作及创新如下:
  (1)实现辐射场高效计算与可视化仿真的关键是如何准确快速地确保虚拟环境下的辐射剂量与真实核电厂辐射剂量同步。首先,在源强计算方面,本文结合核电厂关键位置处实时监测辐射剂量的探测器实际分布情况,利用点核积分离散方式,创新性的提出了基于最小二乘法的辐射源强逆推计算方法与迭代权重函数,通过多次迭代循环得到最佳估计源强,既能实现在不直接接触辐射源测量情况下得到辐射源强度,又能减小探测器误差对源强结果的影响。其次,在辐射场分布计算方面,本文剖析现有点核积分程序的缺陷,引入人机交互界面、并行计算机制、最新计算方法与数据库等,开发了先进的面向大规模辐射场计算的点核积分程序,使之能够满足辐射场高效计算与可视化仿真的速度精度要求。
  (2)充分调研国内外技术现状及计算机新技术的发展,结合辐射防护与屏蔽设计的目的,初步开发了一套辐射场计算与可视化仿真系统ARShield。本系统针对核电站正常运行或事故工况下的辐射防护工作开展层次化的分析研究,并提供了CAD正向/逆向建模、放射性源强与辐射场分布高效计算、辐射场可视化与工程仿真三个功能模块,为核电站的作业方案设计及优化提供指导。
[硕士论文] 钱治成
核能科学与工程;辐射防护与环境保护 华北电力大学;华北电力大学(北京) 2017(学位年度)
摘要:低能正负电子致原子内壳层电离截面的测量研究,在原子物理领域有着极为重要的意义。一方面,正负电子致原子内壳层电离截面的数据可以用来检验理论模型的准确性,推动理论模型的发展;另一方面,正负电子致原子内壳层电离截面的数据广泛应用于许多高科技领域。从目前已公布的电离截面数据来看,其多集中与K和L壳层,且不同作者公布的测量结果之间存在一定的偏差,而M壳层的数据仅局限于少部分元素。
  用于低能正负电子致原子内壳层电离截面测量的靶材可分为四类:自支撑薄膜薄衬靶、薄膜厚碳衬、纯厚靶和气体靶。自支撑薄膜薄衬靶虽然能得到较为精确的结果,但其制备困难且运输不便;因为靶材结构的影响,薄膜厚碳衬和纯厚靶会带来一定的修正误差;而气体靶虽然能减少入射粒子的多次散射效应,但能制备成气体靶的元素较少。为克服上述靶材的缺陷,本课题组创新性的提出了一种新型的靶材——自支撑薄膜网格衬靶。在制靶时,直接将一层几纳米厚的样品镀在厚度仅为20μg/cm2的自支撑碳网格衬底上。这种自支撑碳网格由强度极高的超长碳纳米管阵列构成。由于衬底较薄,碳网格衬底引起的修正可以忽略不计,同时又克服了自支撑薄膜薄衬靶运输不便的缺陷。
  本论文主要进行了以下工作:1、利用三种不同结构的薄网格衬靶(单原子网格衬靶、密网格衬靶、疏网格衬靶)分别测量了5-30 keV的电子致钨原子Lα、Lβ和MαβX射线产生截面值,并与DWBA理论值做了对比。2、在同等实验条件下,又利用与网格衬靶同批制备的薄膜厚碳衬靶测量了5-30 keV的电子致钨原子Lα及LβX射线产生截面值,并利用PENELOPE软件中的Penmain程序对靶膜中的多次散射效应、由于衬底存在而产生的反射电子和韧致辐射光子引起的额外计数进行了修正,最后将L壳层的测量结果同三种网格衬靶所测的结果做了对比。3、对比发现,在三种不同结构的网格衬靶中,单原子网格衬靶和密网格衬靶所测的结果与DWBA理论值符合较好,这两种靶可用于低能电子致原子电离截面的测量;而疏网格衬靶的测量结果与DWBA理论值偏差较大,不适合用于低能电子致原子电离截面的测量。同时,对于薄膜厚碳衬靶,Lα和LβX射线产生截面值与单原子网格衬靶及密网格衬靶一致。另外,W元素的MαβX射线产生截面数据为首次测量。
[博士论文] 杨子辉
核科学与技术 中国科学技术大学 2016(学位年度)
摘要:在先进核能系统的设计以及现役核电站的运维、延寿、退役工作中,核电安全标准对涉核作业方案的设计和工作人员的综合素质提出更高的要求。随着信息技术的快速发展,以模拟推演形式的大规模辐射场景三维实时仿真,能真实地模拟工作环境、沉浸式交互体验作业方案、评估人员辐射受照风险,已成为快速地设计与分析核领域作业方案和虚拟培训工作人员的一种重要手段,但依然存在三维辐射场景因设备模型结构复杂繁多而无法实时渲染、缺乏便捷高效的三维人机交互方式,人员受照剂量评估耗时严重等问题亟待解决。
  针对上述问题,本文在调研国内外核领域仿真研究现状的基础上,针对涉核作业及核领域三维实时仿真存在的问题,进行了深入的研究,基于超级蒙特卡罗核计算仿真软件系统SuperMC实现了针对大规模辐射场景的沉浸式三维实时仿真和精确受照剂量仿真评估,主要研究内容与创新点如下:
  1)提出了基于K-dimensionaltree(KD树)的大规模辐射场景快速构建与优化管理方法以及基于双目视觉方法的场景立体渲染方法,发展了面向核设施大规模辐射场景的实时交互渲染方法,实现了大规模虚拟场景实时交互渲染,结合六自由度三维人机交互,提高了人员作业方案设计与优化的效率。
  2)提出并实现了基于统一计算框架(Computeunifieddevicearchitecture,CUDA)的多人协同作业受照剂量实时评估方法。本文基于CUDA的流处理器、共享显存硬件框架和并行计算流程模型,发展了辐射环境中人体体素级受照剂量的并行计算方法,显著降低百万量级体素人体模型的受照剂量计算时间,满足涉核作业三维仿真中对人体辐射剂量计算的实时性要求。
  3)设计并构建了能够进行高沉浸感实时交互仿真原型系统,并应用到加速器驱动次临界系统铅基堆换料机的维修更换作业方案设计与验证中。该系统可直观交互演练与优化作业过程,并实时评估人体受照剂量,对于提高核设施的工作方案的设计与验证效率、辅助优化方案、丰富人员辐射安全防护培训方式和降低核能从业人员培训成本等具有重要意义。
[硕士论文] 徐阳
光学工程 重庆大学 2016(学位年度)
摘要:众所周知,与其它大多数检(监)技术和方法相似,对射线辐射剂量测量的仪器仪表,必须进行标定或刻度。小尺度参考辐射(MRR)亦称移动式校准装置,可以对射线辐射剂量测量的仪器仪表进行标定或刻度,它是正在发展的辐射防护仪器仪表遂行校准技术的基础。然而,受实验条件的限制,目前已经开展的部分实验研究对MRR校准装置的计量学特性认识尚不够全面,有待深入和加强。此外,为了设计和制造遂行校准装置,亦需要深入研究MRR校准装置的辐射防护问题。
  本文参照实验研究装置构建物理模型,利用蒙特卡罗模拟程序MCNP对MRR校准装置的计量学特性进行了模拟研究,同时,还研究了MRR校准装置中的散射成分特征及规律,发现来自放射源的伽玛射线在铅屏蔽壁和待检仪器探头的散射射线,乃是影响 MRR校准装置均匀性和检验点伽玛空气比释动能(air kerma)约定真值的主要因素,其影响随着探头尺寸的增加而增大。铅屏蔽壁和半径为105mm的探头,可分别导致检验点剂量率增加达8.9%和15.4%;MRR校准装置不同位置的散射伽玛射线,其成份也是不尽相同的,铅屏蔽壁和探头引起的散射伽玛射线,在伽玛能谱上皆有明显的特征峰,空间位置不同,特征峰的位置也将发生变化。在一定的条件下,探测器和铅屏蔽壁的特征峰可以互相重叠,在MRR校准装置中存在一个相对最优的位置(点),其散射伽玛射线谱成份中铅屏蔽壁和探头的特征明显,可以选用该点为计量特征点,用于表征待检仪器探头的物理信息。上述模拟研究结果,得到了已经开展的实验研究结果的印证。与此同时,针对1Ci的同位素铯源,开展了MRR校准装置(也称参考辐射装置)的辐射屏蔽研究,通过蒙特卡洛模拟的方法,弄清楚了MRR空间的剂量分布,并依此开展了辐射屏蔽方案研究,还与传统设计方法进行了比较和验证,最终获得了优化的钢铅复合屏蔽方案。在满足辐射防护剂量限值的前提下,与传统设计方法相比较,论文提出的辐射屏蔽方案,可以降低或减轻MRR校准装置屏蔽体的重量达44%。最后,为验证本论文的研究成果,开展了对研制的小尺度参考辐射装置的测试研究。研究结果表明,对涉及十一种仪器的模型,MRR装置可以实现对检验点air kerma约定真值测量,且相对误差不超过5%,为辐射防护仪器仪表的现场就地检定,提供可行实用的方法,促进了移动式校准装置技术的发展。
[硕士论文] 魏霞
计算机应用技术 三峡大学 2016(学位年度)
摘要:在近来的几十年里,计算机软件技术得到了迅猛的发展,也在社会各方面得到了广泛的应用,而其中也产生了大量的优秀应用软件。为了拓宽它们的应用范围,延长它们的使用周期,同时也可以在不同的平台系统运行,就需要对它们进行移植,Linux系统是目前较Windows更为稳定的系统。要加强加速仿真技术的开发和使用,使仿真技术在可靠、稳定、安全的系统平台中运行。其中福岛核事故、三哩岛核事故、切尔诺贝利核事故等敲响了警钟。
  本课题针对中核武汉核电运行技术股份有限公司在将Windows系统SimBase平台下的“百万千瓦级严重事故模拟机研制”移植于Linux系统SimBase平台要求,研究使用Awk对原系统数据高效提取及格式转换,形成了满足于所有基于Fortran脚本的各类项目系统在移植时所需的便于操作、通用、高效的数据格式转换方法。
  本文第一章首先介绍软件移植的现状,并且提出现存的问题,是后续工作的铺垫。第二章到第四章是本文的核心,结合基于Fortran语言的实际项目系统移植,具体说出了用于数据库应用、程序分析、软件测试等都必须的、重要的前提:数据提取及格式转换方法。同时也介绍了将此方法与面向对象的结合,并且在具体的项目系统中进行测试。第五章是对基于此方法思维的总结和展望。
[硕士论文] 刘江心
机械工程 南华大学 2016(学位年度)
摘要:目前,核电站在世界上已经运行了五六十年,为解决人类能源问题做出了很大的贡献,但核设施寿命是有限的。大量的核设施将陆续进入退役,因此需要防核辐射机械工具进行退役施工;运行中的核电站也有泄露事故发生,需要施工处理。核电站充满大量的辐射,如果施工或者防范措施不当,会对人体带来很大的伤害。因此,针对上述情况设立课题,主要任务是研制放射性环境下安全作业设备即防辐射挖掘机。对于本论文主要研究的是:挖掘机驾驶室放射性物质的屏蔽、钢铅板结构设计和驾驶室的结构力学性能分析。抗振防核辐射复合钢铅板,主要用于密闭挖掘机驾驶室。本论文主要研内容如下:
  (1)挖掘机驾驶室的放射性材料分析。目前,有很多可以防辐射的材料,包括高分子防辐射材料,而针对挖掘机要选用合适的防辐射材料,做到经济又能达到防辐射性能要求。材料选用工业纯铅,纯度为99%;厚度为22mm。
  (2)抗振高强度复合钢铅板的设计。铅块参数:长为1.8m,宽为1.6m,厚度为22mm,重量达到718kg;铅的硬度很低,易于变形。为解决问题,设计出复合钢铅板。钢板盒子里面壁上,焊接22个折弯钢片(筋板)。铸铅后通过加固折弯钢片,使铅与钢板紧密结合。
  (3)复合钢铅板的结合力实验。实验测出没有紧固折弯钢板时,铅板和钢板的结合力系数为389(N/m2);当有一个紧固折弯钢板时,结合力约为3553N/(个)。对于不同的钢铅板,焊接数量不等的紧固折弯钢板。
  (4)复合钢铅板的有限元分析。利用有限元分析软件对复合钢铅板进行拉伸模拟仿真,仿真结果与实验结果对比,分析误差在±8%之内,对不同的折弯角度进行分析,为设计提供数据参考。对复合钢铅板进行模态分析,谐响应分析等。对分析结果进行研究,挖掘机发动机怠速时激振频率为32.7~34.7Hz和钢铅板的模态频率44.2H,相差约为9.5Hz,不会发生共振;挖掘机正常工作时,激振频率为62.2Hz和钢铅板模态频率84.9Hz,相差约为22.7Hz,因此不会引起共振。
  (5)防辐射复合钢铅板驾驶室的有限元分析。复合钢铅板驾驶室整体分析:主要分为翻倾保护结构(roll.over protective structure)简称ROPS、落物保护结构(falling.object protective structure)简称FOPS和挠曲极限量(deflection.limiting volume)简称DLV,分析得出ROPS最大变形为14.4mm,小于空间距离262mm;FOPS最大变形为59mm,小于空间距离131mm,因此驾驶舱的变形不会侵入DLV内,保证了工作人员的安全。
[硕士论文] 龙慧佳
核科学与技术 南华大学 2016(学位年度)
摘要:随着核工业发展的备受重视,我国对于铀矿资源开采正在逐年向更快,更深方向发展。据研究表明,铀矿冶系统对公众产生的集体剂量中,气态放射性流出物造成的集体辐射剂量占76.6%,且井下作业的工作人员所受辐射危害,85%是来自铀矿通风风流中的氡及其子体对人体造成的内照射。GB23726—2009《铀矿冶辐射环境监测规定》和GB23727—2009《铀矿冶辐射防护和环境保护规定》等国家标准,都提到排风井氡浓度及排放率是矿山放射性气态流出物监测项目之一,但目前对于铀矿冶气态流出物的排放限值国内标准中并没有相关规定。排风井氡排放浓度是具有一定分布规律的,但实际工作中仅简单从排风井口选取一点进行取样测量氡浓度以及风速,从而估算出来的氡排放率会有很大误差。因此急需对铀矿排风井的氡浓度分布规律进行研究,并据此建立一种快速准确测量氡排放率的方法。
  采用单点采样法测量研究了我国某铀矿排风井排放口的氡浓度以及风速分布,并用插值积分程序计算排氡率,研究结果发现,铀矿排风井井口2m深度断面上的氡浓度及风速径向分布均呈近似轴对称的抛物线状分布,即中心最高,从中心往两边,距离井壁越近,氡浓度和风速都越低。在此研究基础上设计了一种便于无人值守监测的混合平均测量氡浓度法。在结束单点采样测量后,应用混合平均测氡方法进行了对同一铀矿通风口进行了约12小时的连续监测,实验结果表明,混合平均测氡法刚开始测量的一段时间内,氡浓度测量结果较稳定,该方法测量出来的平均氡浓度约为6.36×104Bq/m3,计算出来的氡排放率为7.414×106Bq/s,而单点采样计算出来的平均氡浓度约为6.35×104Bq/m3,计算出来的氡排放率为7.419×106Bq/s,两种方法得平均氡浓度测量结果相对偏差在0.1%以下,二者最终结果非常接近,这印证了混合平均测氡法的有效性。由此可以看出单点采样法能够较准确的测量铀矿排风井的氡浓度分布情况,而混合平均测量氡浓度法适合对排风井的平均氡浓度测量,该方法既保证了测量的准确性,又能够节约大量的人力物力,因此混合平均法是发展铀矿排风井氡排放率连续监测的重要手段。
  此研究工作为今后实现矿山排风井氡排放率的连续准确监测奠定了基础。
[硕士论文] 曹渊
物理电子学 河南师范大学 2016(学位年度)
摘要:近年来,国内的放射性物质在存储过程中丢失或被盗事件发生频繁,给社会带来了一定的危害。放射性物质作为新一代的绿色能源,今后对其研究与应用的比重会日益增加,这使得对放射性物质进行实物监控与保护的研究成为了必要。现在常用的放射性物质管理系统大多是基于有线系统的视频在线监控,在实物追踪中利用全球定位技术进行区域范围确定。系统在实时监测方面有所欠缺,有线设施的安装布线操作繁琐、成本花费较高,对放射性物质在存储中发生的辐射泄漏无法做到准确的监测与确认,而且系统的灵活性与智能性无法充分体现。局域无线网络技术多用于特殊环境的监控,在核技术方面常见的是在核电站等核材料操作区域的大范围辐射监测。无线网络可以进行室内定位技术,为放射性物质的实物保护提供了一种全新的监控方式,多节点无线连接方式不仅对放射性物质的盗窃和错误移动进行监控,而且对存储过程中的辐射泄漏可以做到精确的测量。节点安装简便,成本低廉,可以最大程度的使得放射性物质监控达到智能化、微型化的目标。
  课题立足于无线区域定位技术和辐射测量技术,利用时下流行的无线网络ZigBee技术,设计了基于ZigBee技术放射性物质安全监控系统设计。首先,通过对现有流行的几种无线网络技术的对比,说明了ZigBee技术的优势所在和系统选取的无线网络技术的合理性,深入分析了ZigBee技术的网络拓扑结构和组网协议,设计出适合放射性物质小区域监控的网络结构;其次,分析现有的辐射探测模块,结合本课题监控系统的需求、实现难易程度和成本等问题,对比了常用的辐射传感器,选用了J705型号的盖革计数管作为辐射测量仪器;再者,比较现有无线定位方式和定位算法,考虑到选用的ZigBee核心模块自身计算能力和系统功耗,采用信号强度指示值标定的方式进行定位技术改进,减小了因外界因素造成的定位误差问题;最后,对辐射探测模块和整套监控系统进行软、硬件性能测试,结果表明,该系统能够实现实时监控、环境监测、及时警报等功能。
  系统可以根据物质数量、区域大小可以任意的调配,具有很好的应用价值。为放射性物质的安全监控提供了保障,也为相关部门的及时防护和环境监护提供了可靠地数据;确保了放射性物质的安全存储问题,也为其他的特殊物质或特殊环境下的实物监控提供了参考方案。
[硕士论文] 代旭之
核科学与技术 南华大学 2016(学位年度)
摘要:随着核工业与核技术应用的快速发展,射线的应用涉及到各个领域,其防护问题引起了世界各国特别是发达国家的重视,不断加大在此领域的投入资金及科研力量,取得了可观成果。传统的辐射防护材料铅及其化合物、混泥土等已经应用于粒子加速器、核工业等领域。最近几年,随着大量先进放射诊断及治疗设备的使用、核工业及航天事业的飞速发展,传统防护材料已满足不了应用要求,亟需轻质、环保、物理性能优异的新型辐射防护材料。辐射防护材料的研究和开发又引起了广泛关注,国内相关研究人员也在橡胶、防辐射纤维的研究上取得了一些成果,然而,就目前的情况来说还有很多需要解决的问题,该方面研究具有必要性和紧迫性的。
  本文主要以对环境友好、各方面性能较好的环氧树脂材料为基体,通过掺入氧化钇、氧化锗等功能性粒子的来探索研究新型的环境友好型辐射防护材料。通过在环氧树脂基体里添加纳米Y2O3、GeO2粒子制备了纳米Y2O3/GeO2/环氧树脂辐射防护材料,在制备过程中对其制备各个过程中温度进行了控制。并对其结构和屏蔽性能进行了表征和测试。
  对测试结果进行分析,结果表明:
  添加纳米氧化钇和纳米锗氧化物的功能粒子可以有效地改善环氧树脂基的辐射防护材料的屏蔽性能,加入的氧化锗与氧化钇并未与环氧树脂发生键和反应,而只是混合在环氧树脂中。计算出各个样品的线性衰减系数和质量衰减系数,并与传统材料铅做比较。结果表明,提高材料中钇和锗元素的质量分数是提高复合材料屏蔽性能至关重要的因素;样品的线性衰减系数和质量衰减系数与射线能量相关,铅在80KeV附近质量衰减系数很低,在对80KeV射线的屏蔽时,样品中纳米功能粒子质量分数达到33.3%时,其质量衰减系数已经接近铅,这说明Y2O3/GeO2/环氧树脂基辐射防护材料在低能射线的防护上是完全可以替代铅的。
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