短切碳纤维增强B4C/环氧树脂基中子屏蔽材料的力学性能优化研究

为满足工程应用领域对中子屏蔽材料力学性能的要求,采用短切碳纤维增强方法对传统的含B4C中子屏蔽材料进行了改良,研制出的新型B4C/环氧树脂基中子屏蔽材料具有良好的力学性能和屏蔽性能。重点研究了短切碳纤维含量、长度及表面处理工艺对碳纤维增强环氧树脂屏蔽材料力学性能的影响,结果表明,含10wt%B4C的碳纤维增强环氧树脂材料中树脂与纤维质量之比为5:1时,材料的拉伸强度最佳;当纤维长度为3–10 mm时,对材料拉伸性能影响较小;选用硅烷偶联剂KH-550进行纤维表面处理,能有效提高材料20%的拉伸性能。利用镅-铍中子源对含10wt%B4C碳纤维增强环氧树脂材料与含硼聚丙烯材料进行中子屏蔽比较实验,实验结果证明,该新型中子屏蔽材料能够满足中子屏蔽要求,具有良好的力学性能和广阔的应用前景。     

聚丙烯酸钐/环氧树脂辐射防护材料的制备工艺及性能

通过辐照接枝聚合的方法制备聚丙烯酸钐/环氧树脂辐射防护材料和聚丙烯酸钐/丙烯酸铅/环氧树脂辐射防护材料,研究不同剂量γ射线照射下样品的性能差异和不同金属浓度样品的性能差异,并比较钐元素和铅元素对光子的屏蔽能力。采用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)、能量色散型X射线能谱(EDAX)等方法研究了材料的微观结构;对材料的力学性能进行了测试和分析;用多道γ谱仪和GammaVision软件测试并分析了材料的辐射防护性能。结果表明：复合材料较纯环氧树脂力学性能得到了改善;材料制备过程中γ射线的照射剂量控制在50kGy左右为宜;稀土元素钐防护低能射线的能力强于传统的屏蔽元素Pb。     

2MeV加速器辐射防护的设计

高能电子束在工业生产和社会中的应用越来越多。由于它与物质的作用会产生大量X射线，对人体会造成辐射损伤，必须对其进行一定的屏蔽。出于节省成本和材料，减轻防护质量的目的，必须对防护进行优化设计。本工作首先用蒙特卡罗程序计算了沿束流方向不同屏蔽材料后的辐射剂量，并与经验公式的计算结果进行比较，从而确定了所需要的屏蔽材料厚度。     

Y2-x-yBixEuyMgTiO6荧光粉的发光特性研究

双钙钛矿因其结构灵活、易于掺杂、热稳定性好等优点,成为近几年的研究热点。稀土掺杂双钙钛矿基质材料的光致发光研究常见报道,但和热释光有关的研究较少。本文采用高温固相法合成了Bi³⁺和Eu³⁺共掺的Y_2-x-yBi_xEu_yMgTi O₆(0≤x<1,0≤y<1)系列样品,并测量了样品的X射线衍射谱(X-ray Diffraction,XRD)、光致发光光谱(Photoluminescence,PL)和热释光谱(Thermoluminescence,TL)。XRD分析表明：样品的晶体结构均为单斜晶系P2₁/n,Bi³⁺和Eu³⁺通过替代Y³⁺而掺入Y₂Mg Ti O₆中;PL表明：样品最佳掺杂浓度为x=0.01、y=0.20,该样品在620 nm附近有较强的红光发射(对应Eu³⁺的⁵     

PCL/Fe3O4复合材料的制备及其磁致形状记忆性能研究

研究了三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)类多官能团物质对聚己内酯(PCL)的强化辐射交联效应。添加了TMPTA后的PCL辐射交联规律不再遵从Charlesby-Pinner关系式,而是符合陈欣方-刘克静-唐敖庆关系式。研究了两种粒径及不同Fe3O4量对于复合材料力学性能和形状记忆性能的影响。结果表明:Fe3O4的加入量并没有降低复合材料的拉伸强度,但随着Fe3O4量的增加,断裂伸长率明显降低,材料回复时间减小。最后测试了复合材料在交变磁场诱导加热过程中的形状记忆性能。表明复合材料可以通过磁场诱导间接加热实现形状记忆回复,并随着Fe3O4含量和磁场强度的增加,回复速率越快,产热效率越高。     

UO2?-Er2O3燃料芯块制备技术初步研究

对Er₂O₃质量分数为4.32%的UO₂-Er₂O₃可燃毒物燃料芯块的制备技术进行了初步研究。通过对比不同工艺条件（混料、成型、烧结）下,芯块的外观完整度、密度、晶粒度等性能,初步得到了UO₂-Er₂O₃燃料芯块的制备技术。试验表明:干法球磨混合6?h,添加5‰的聚乙烯醇（PVA）,300~350?MPa压力下冷压成型,1700~1750℃、H₂气氛中烧结2~3?h,可得到外观完整、密度大于等于95%理论密度（T.D.）、晶粒尺寸大于8?μm的UO₂?-Er₂O₃燃料芯块。      

添加Al2O3和SiO2的大晶粒UO2芯块制备研究

研究了Al2O3和SiO2添加剂对UO2芯块晶粒尺寸的影响.结果表明加入少量的Al2O3和SiO2,可有效促进烧结过程中UO2芯块的晶粒度长大,过量加入则会阻碍烧结过程中UO2芯块的致密化;在添加量一定的情况下,添加不同比例的Al2O3和SiO2,对芯块晶粒尺寸有较大影响,只添加SiO2,对芯块晶粒尺寸影响不大,Al2O3添加量增加,芯块晶粒尺寸随之增加;添加Al2O3和SiO2促进UO2芯块晶粒长大的机制是在烧结期间发生了液相烧结.     

新型纤维增强环氧树脂基复合材料研制及其中子屏蔽性能研究

核技术应用产业的迅速发展,对中子辐射屏蔽材料的种类、服役环境、结构性能提出更多、更高要求。针对发展功能/结构一体化中子屏蔽材料需求,研制了一种新型玻璃纤维/B₄C/环氧树脂复合材料。力学测试与中子屏蔽实验发现,该复合材料中子屏蔽性能良好,5 cm厚样品屏蔽后中子透射率仅19.6%;材料具有较高强度与模量,性能优于铅硼聚乙烯。增大材料B₄C含量对提升材料中子屏蔽性能作用显著,但同时材料强度、模量有一定减小。综合考虑该材料的中子屏蔽性能、承受载荷以及耐高温特性,其在反应堆、加速器及中子源等核设施外围防护材料,尤其是乏燃料贮存格架材料用途上具有较大应用潜力。     

含TBP-HNO3超临界CO2流体静态络合萃取U3O8

建立了一种快速降低萃取系统压力的静态络合萃取实验装置。在此装置上研究了含TBP-HNO₃超临界CO₂静态络合U₃O₈的快速气化测量方法,探索了含TBP-HNO₃超临界CO₂静态络合萃取U₃O₈的行为规律。     

Al2O3/ZrO2纳米复合陶瓷的微结构及缺陷的正电子寿命研究

纳米Al_2O_3/ZrO_2复合陶瓷具有优良的力学性能,良好的高温稳定性和化学稳定性,并具有良好的抗辐照效应,是目前极具潜力的一种纳米陶瓷材料。采用正电子寿命谱分析同时配合着X射线衍射(X-ray Diffraction,XRD)和透射电子显微镜(Transmission Electron Microscope,TEM)对纳米Al_2O_3、ZrO_2和Al_2O_3/ZrO_2复合陶瓷在不同退火温度下(室温-1 000℃)的微结构及缺陷进行了研究。XRD研究表明:Al_2O_3、ZrO_2和Al_2O_3/ZrO_2纳米复合陶瓷三种样品退火温度低于500℃时,晶粒尺寸保持不变;随着退火温度的增加,Al_2O_3晶粒尺寸变化不大,ZrO_2和Al_2O_3/ZrO_2有所增加,但由于Al_2O_3的抑制,Al_2O_3/ZrO_2的晶粒生长更缓慢。正电子寿命分析表明:样品内主要缺陷是空位、空位团和微孔洞,缺陷主要集中在晶界处。对比ZrO_2纳米陶瓷内缺陷,Al_2O_3和Al_2O_3/ZrO_2纳米复合陶瓷内空位团或微孔洞缺陷尺寸更大,而相对数量更少。退火温度低于500℃时,三种样品内平均缺陷密度基本不变,高于500℃时由于晶粒生长,缺陷开始恢复,ZrO_2变化更明显,而Al_2O_3/ZrO_2由于相互抑制对方的晶粒生长,稳定性更高,这与XRD结果一致。纳米Al_2O_3的TEM图显示出晶粒大小基本不随退火温度变化发生改变,而纳米Al_2O_3/ZrO_2只有在退火温度高于500℃时,晶粒开始慢慢长大,并且发生了团聚,非常直观地证实了XRD和正电子的实验结果。     

新型耐高温中子屏蔽复合材料的设计制备及性能研究

采用表面改性处理技术,制备了由环氧树脂、B₄C（或BN）和聚丙烯酸铅组成的新型耐高温中子屏蔽复合材料,重点研究了材料制备工艺及主要性能指标,利用蒙特卡罗程序MCNP对材料中子屏蔽性能进行了模拟计算,并与文献报道的屏蔽材料铅硼聚乙烯进行了比较。结果显示,由环氧树脂、B₄C和聚丙烯酸铅组成的复合材料各项力学性能良好,具有良好的耐高温性能,210 ℃烘烤7 h外观无明显变化。MCNP模拟计算表明,对于从热中子至10 MeV的中子,4 cm厚新材料的中子剂量穿透率和中子注量穿透率均优于文献报道的同等厚度的铅硼聚乙烯材料。Am-Be中子源屏蔽试验的实测数据和模拟计算数据表明,两者随屏蔽材料厚度的变化趋势几乎完全一致,两者的差异随屏蔽材料厚度的增加逐渐减小,在10.5 cm处仅1.34%。     

耐温屏蔽复合材料的研制及性能研究

为满足核电站、乏燃料存储设施等对防护材料的耐温性、热稳定性、耐辐照性能等要求,研制四官能环氧树脂基(AGA型)耐温屏蔽复合材料。首先对基体材料的热稳定性进行分析,由热重分析(thermogravimetric analysis,TG)曲线得到其起始分解温度为353.5℃,200℃恒温储存170 h后,基体材料失重1.22%。动态热机械性能分析(dynamic thermomechanical analysis,DMA)表明,随着钨(W)含量的增加,AGA型耐温屏蔽复合材料的玻璃化温度向高温区移动并且峰型变宽。用⁶⁰Co放射源辐照50 kGy剂量,当AGA型耐温屏蔽复合材料的W含量10.5 wt%,B₄C含量3 wt%时,其辐照前后冲击强度均为最优。用²⁵²Cf中子源测试2 cm厚AGA型耐温屏蔽复合材料的屏蔽性能,当加入3 wt%的B₄C时,AGA-4耐温屏蔽复合材料的快中子透射率为50.00%。实验结果表明,AGA型耐温屏蔽复合材料具有一定的耐温性和耐辐照性能,并且密度较小。     

Al2O3:C光致荧光剂量计初步研究

采用液体成膜法制备了Al₂O₃:C光致荧光剂量计（OSLD）,开展了剂量学性能的初步研究。退火后本底为0.03 mGy,均匀性优于2%,在0.02 mGy~10 Gy测量范围内具有良好线性响应,线性相关系数R²=0.999 6,对β、γ射线响应系数差异约10%,对中子响应系数约为β、γ射线的4%~7%,剂量计多次测量响应信号无明显衰减,照后两个月响应变化为5%,可用于一定周期内剂量存档、复测。上述结果表明,液体成膜方法制备的OSLD具有良好的剂量学性能,证明该方法可行。     

α-Al2O3:C晶体的依赖特性研究

在过去的20年里,光释光方法已经成功应用于剂量学和年代测定领域。现在通用的光释光衰减曲线是一条没有明显特征的曲线,在激发过程中对激发光源强度进行线性调制,就可以得到一个带有特征波峰的光释光曲线—线性调制光释光曲线(LM-OSL曲线)。采用OTOR模型和Maxima数学软件对α-Al2O3:C晶体典型情况下的LM-OSL曲线进行分析和模拟,对该晶体的LM-OSL曲线峰值对于电子陷阱初始浓度n0的依赖特性进行了研究。     

金属/聚合物复合材料对中能电子的屏蔽作用研究

运用MULASSIS计算程序模拟计算了不同组成的屏蔽材料对空间辐射环境的屏蔽效果,在此基础上进行屏蔽材料的初步设计,并制备了一系列不同组成的金属/聚合物复合材料,结合中能电子照射的实验结果,讨论了组成对金属/聚合物复合材料的屏蔽效果的影响.研究发现,高原子序数和低原子序数金属混合添加的复合物样品具有较好的屏蔽效果.     

硼酸盐晶须增强聚乙烯复合材料及其热中子屏蔽性能研究

以硼酸镁(Mg2B2O5)和硼酸铝(Al4B2O9)晶须作为中子吸收体与高密度聚乙烯(HDPE)复合,制备了硼酸盐晶须/HDPE复合材料。讨论了影响材料力学性能及屏蔽性能的因素,并与常用的碳化硼(B4C)屏蔽材料进行了对比。实验结果表明:3种复合材料对热中子的屏蔽效果为B4CMg2B2O5Al4B2O9,复合材料对热中子的屏蔽率均随吸收体含量和材料厚度的增加而增大,当硼酸镁晶须/HDPE复合材料的厚度为15.76mm时,材料对热中子的屏蔽率可达86.58%。晶须/HDPE复合材料的拉伸强度随晶须含量的增加而增大,当硼酸镁晶须的含量为9.1%时,复合材料的拉伸强度可达24.39 MPa,和碳化硼/HDPE复合材料相比,硼酸盐晶须更能增强HDPE基屏蔽材料的力学性能。     

Effects of Mg-ion implantation in α-Al2O3 and α-Al2O3:Mg crystals: Electrical conductivity and electronic structure changes

Undoped and Mg-doped α-Al₂O₃ single crystals were implanted with Mg ions, with an energy of 90 keV and a fluence of 10¹⁷ ions/cm². DC electrical measurements using the four-point probe method, between 295 and 428 K, were used to characterize the electrical conductivity of the implanted area. Measurements in this temperature range indicate that the electrical conductivity after implantation is thermally activated with an activation energy of about 0.03 eV both in undoped and in reduced Mg-doped α-Al₂O₃ crystals, whereas the activation energy in oxidized Mg-doped α-Al₂O₃ crystals remains close to that before implantation. The I-V characteristics of the latter samples reveal a blocking behavior of the electrical contacts on the implanted area in contrast to the ohmic contacts observed in α-Al₂O₃ single crystals with the c-axis perpendicular to the broad face, where the Mg ions were implanted. We conclude that the enhancement in conductivity observed in the implanted regions is related to the intrinsic defects created by the implantation, rather than to the implanted Mg ions. The relationship between the oxygen vacancy concentrations at different stages of etching and the changes in the electronic structure, the chemical bonding, and the Al³⁺(2p)/O²⁻(1s) and Mg²⁺(1s)/O²⁻(1s) relative intensities was studied by X-ray Photoemission Spectroscopy.     

PVP包覆纳米Fe3O4对U（Ⅵ）的吸附

以聚乙烯吡咯烷酮（polyvinyl pyrrolidone, PVP）包覆纳米Fe₃O₄（以Fe₃O₄@PVP表示,下同）作为U（Ⅵ）吸附剂,开展了pH值、初始铀浓度、吸附温度、离子强度、吸附时间等因素对吸附U（Ⅵ）的影响研究,同时进行了吸附等温线、吸附动力学、吸附热力学与循环利用研究。结果表明,在pH=6.00、温度为20～40℃时,Fe₃O₄@PVP吸附U（Ⅵ）达到平衡的时间为5～60 min,单次铀吸附率均大于75%。该吸附过程符合准二级吸附动力学模型,温度为20～40℃时,准二级吸附速率常数为0.000 646～0.012 500 g/（mg·min）;该过程符合Redlich-Peterson与Langmuir等温线模型,根据Langmuir等温线预估20～40℃时Fe₃O₄@PVP吸附U（Ⅵ）的饱和吸附容量为185.8～291.0 mg/g。此吸附过程是一个吸热过程（标准吸附焓变ΔH^?     

γ辐射联合H2O2处理垃圾渗滤液的研究

考察了吸收剂量、初始H2O2浓度以及初始pH值对辐照处理垃圾渗滤液效果的影响。使用紫外可见光吸光度、化学需氧量和浑浊度测定方法,对垃圾渗滤液中污染物浓度进行分析。结果表明:添加H2O2能有效地提高垃圾渗滤液中污染物的辐照降解效果。初始pH=3、吸收剂量为40 kGy、H2O2浓度为10 mmol/L时,垃圾渗滤液的处理效果最好。其中,CODcr去除44.3%、浑浊度下降98.3%。初始H2O2浓度与初始pH值对γ辐射联合H2O2处理垃圾渗滤液具有重要影响。