一种用于中能质子加速器的电离辐射屏蔽材料转让专利
申请号 : CN202010989283.2
文献号 : CN112159170B
文献日 : 2021-08-20
发明人 : 王峰
申请人 : 中国原子能科学研究院
摘要 :
权利要求 :
1.一种用于中能质子加速器的电离辐射屏蔽材料,该电离屏蔽材料包括以下部分:含有氢元素的水、含有铁元素占比较高的赤铁矿砂和赤铁矿石、含有硼材料的硬硼钙石,以及其他混凝土成份,包括水泥、粉煤灰、其它外加剂;所述屏蔽材料中的氢元素用于对中能质子加速器产生的中子慢化以及吸收,所述铁元素占比较高的赤铁矿砂和赤铁矿石通过非弹性散射截面能够高效的降低中子能量来提高氢元素对中子的慢化与吸收效率,所述硼材料用于提高热中子的吸收效率,其特征在于:铁/氢元素质量比例为调整达到对中子的屏蔽效果最优的质量比例、硼元素/重混凝土的质量比例达到对热中子的吸收效率最优的质量比例;铁/氢元素质量比例为78:1,硼元素/重混凝土的元素质量比例为0.2%;所述铁/氢元素质量比例即为:赤铁矿砂铁和赤铁矿石中铁元素含量与水、水泥及硬硼钙石中的氢元素含量的质量比例;所述硼元素/重混凝土3
的元素质量比例即为硬硼钙石中硼元素与重混凝土的容重3.3t/m的质量比例。
2.根据权利要求1所述一种用于中能质子加速器的电离辐射屏蔽材料,其特征在于:所述铁/氢元素质量比例为78:1,硼元素/重混凝土的元素质量比例为0.2%,具体为:每立方米重混凝土的比例,其中,水泥为304公斤、水泥中含氢量为76公斤;赤铁矿砂为1170公斤、赤铁矿砂中铁含量为559公斤;赤铁矿石为1162公斤、赤铁矿石中铁含量为762.3公斤;水为
172.7公斤,水中的氢含量为11.2公斤;硬硼钙石为40公斤、硬硼钙石中硼含量为6.6公斤、氢含量为0.024公斤;其它外加剂为3.42公斤。
3.根据权利要求1所述一种用于中能质子加速器的电离辐射屏蔽材料,其特征在于:所述水泥采用水化热低的强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥;所述水采用自来水;所述赤铁3
矿砂用于所述屏蔽材料中的细骨料,其表观密度≥4.2g/cm ,II区级配,含泥量<0.1%;所3
述赤铁矿石用于所述屏蔽材料中的粗骨料、其表观密度≥4.2g/cm ,选用的骨料粒径5mm‑
25mm连续级配,含泥量<1.5%;所述粉煤灰为Ⅰ级;所述其它外加剂中硬硼钙石硼含量>
0.165%;混凝土搅拌时间应控制在1.5min‑2min,搅拌时间自外加剂加入时间开始计算;重混凝土从搅拌机出料到入模的间隔时间控制不超过90min;完成浇筑并养护后的重混凝土3
容重为3.3t/m。
说明书 :
一种用于中能质子加速器的电离辐射屏蔽材料
技术领域
背景技术
要求的剂量率限值,保证放射性工作人员及公众的安全。对于加速器的电离辐射屏蔽通常
需要大厚度的普通混凝土进行防护,防护手段通常采用厚屏蔽墙等建筑结构完成。大厚度
的屏蔽墙体存在施工困难、占地面积大的缺点。
发明内容
装置安全的优点。
及其他混凝土成份,包括水泥、粉煤灰、其它外加剂;所述屏蔽材料中的氢元素用于对中能
质子加速器产生的中子慢化以及吸收,所述铁元素占比较高的赤铁矿砂和赤铁矿石通过非
弹性散射截面能够高效的降低中子能量来提高氢元素对中子的慢化与吸收效率,所述硼材
料用于提高热中子的吸收效率,其特征在于:铁/氢元素质量比例为调整达到对中子的屏蔽
效果最优的质量比例、硼元素/重混凝土的质量比例达为到对热中子的吸收效率最优的质
量比例。
762.3公斤;水为172.7公斤,水中的氢含量为11.2公斤;硬硼钙石为40公斤、硬硼钙石中硼
含量为6.6公斤、氢含量为0.024公斤;其它外加剂为3.42公斤;其特征在于:铁/氢元素质量
比例为78:1,硼元素/重混凝土的元素质量比例为0.2%;所述铁/氢元素质量比例即为:赤
铁矿砂铁和赤铁矿石中铁元素含量与水、水泥及硬硼钙石中的氢元素含量的质量比例;所
3
述硼元素/重混凝土的元素质量比例即为硬硼钙石中硼元素与重混凝土的容重3.3t/m的
质量比例。
水;所述赤铁矿砂用于所述屏蔽材料中的细骨料,其表观密度≥4.2g/cm ,II区级配,含泥
3
量<0.1%;所述赤铁矿石用于所述屏蔽材料中的粗骨料、其表观密度≥4.2g/cm ,选用的骨
料粒径5mm‑25mm连续级配,含泥量<1.5%;所述粉煤灰为Ⅰ级;所述其它外加剂中硬硼钙石
硼含量>0.165%;混凝土搅拌时间应控制在1.5min‑2min,搅拌时间自外加剂加入时间开始
计算;重混凝土从搅拌机出料到入模的间隔时间控制不超过90min;完成浇筑并养护后的重
3
混凝土容重为3.3t/m。
铁矿重混凝土的1/10减弱层的厚度由普通混凝土的1/10减弱层的厚度为60cm下降到50cm,
并且实现了含硼赤铁矿重混凝土在大厚度屏蔽条件下的有效衰减。
附图说明
n为中子在土壤中的衰减;三种材料里含硼赤铁矿重混凝土对中子的衰减效果最优;另外
HC_ph为光子在含硼赤铁矿重混凝土中的衰减;OC_ph为光子在普通混凝土中的衰减;Soil_
ph为光子在土壤中的衰减。三种材料里含硼赤铁矿重混凝土对光子的屏蔽效果最优。
具体实施方式
凝土不能无限增加厚度,因为事实上条件不允许,所以要想办法把厚度降下来,目前在已经
试验过的所有非标混凝土屏蔽材料材料里面,本发明的屏蔽材料效果是最好的。
散射截面能够高效的降低中子能量来提高氢元素对中子的慢化与吸收效率。并且通过对
铁/氢元素质量比例的调整达到对中子的屏蔽效果达到最优。
采用普通硅酸盐水泥,含硼材料的选择采用了成本较为低廉的硬硼钙石(B含量0.165%)。
泥、粉煤灰、其它外加剂、以及含硼材料,所述氢元素用于进行中能质子加速器中的中子慢
化以及吸收的中子的辐射,所述重元素占比较高的赤铁矿砂和赤铁矿石的非弹性散射截面
能够高效的降低中子能量来提高氢元素对中子的慢化与吸收效率,所述含硼材料用于提高
热中子的吸收效率,其特征在于:铁/氢元素质量比例为调整达到对中子的屏蔽效果最优的
质量比例、硼元素/重混凝土的质量占比达到对热中子的吸收效率最优的质量占比。
为762.3公斤,水为172.7公斤,水中的氢含量为11.2公斤;硬硼钙石为40公斤、硬硼钙石中
硼含量为6.6公斤、氢含量为0.024公斤;其它外加剂为3.42公斤;其特征在于:铁/氢元素质
量占比为78:1,硼元素/重混凝土的元素质量占比为0.2%;所述铁/氢元素质量比例即为:
赤铁矿砂铁和赤铁矿石中铁元素含量与水中氢元素含量的质量比例;所述硼元素/重混凝
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土的元素质量占比即为硬硼钙石中硼元素与完成浇筑并养护后的重混凝土容重3.3t/m的
质量比例。
水;所述赤铁矿砂用于所述屏蔽材料中的细骨料,其表观密度≥4.2g/cm ,II区级配,含泥
3
量<0.1%;所述赤铁矿石用于所述屏蔽材料中的粗骨料、其表观密度≥4.2g/cm ,选用的骨
料粒径5mm‑25mm连续级配,含泥量<1.5%;所述粉煤灰为Ⅰ级;所述其它外加剂中硬硼钙石
的硼含量>0.165%;混凝土搅拌时间应控制在1.5min‑2min,搅拌时间自外加剂加入时间开
始计算;重混凝土从搅拌机出料到入模的间隔时间控制不超过90min;完成浇筑并养护后的
3
重混凝土容重为3.3t/m。
生的中子场的屏蔽效果优于普通混凝土的屏蔽效果。本发明的含硼赤铁矿重混凝土的屏蔽
能力表现为:对于典型的中能质子(100MeV)轰击金属(Al)厚靶产生的中子场,含硼赤铁矿
重混凝土的1/10减弱层的厚度为50cm,普通混凝土的1/10减弱层的厚度为60cm。含硼赤铁
矿重混凝土在大厚度屏蔽条件下的衰减曲线见图1。