CN110619969A - 一种辐射屏蔽容器及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种辐射屏蔽容器及其制备方法，辐射屏蔽容器包括容器盖与容器筒体两部分，均为夹层结构屏蔽容器，包括屏蔽容器包壳，以及填充在屏蔽容器包壳内的中间层；屏蔽容器包壳为不锈钢，中间层为耐热耐辐照的中子屏蔽材料，屏蔽容器包壳用于屏蔽伽玛射线，提供力学强度，中间层用于提供中子射线屏蔽；方法包括包壳加工，配料，初步混料，加引发剂，浇注，静置固化，封焊，打磨，清洗；本发明能够减少氧化钚粉末的储存时对环境辐射的影响，通过本发明中的辐射屏蔽容器能够使氧化钚粉末在储存过程中产生的中子与伽玛射线剂量得到有效屏蔽，避免拼接缝剂量热点，提高容器的屏蔽效果，通过本发明中的制备方法能够提高屏蔽容器的生产效率。

Description

一种辐射屏蔽容器及其制备方法
技术领域
本发明涉及核燃料循环与材料辐射防护领域，具体地，涉及一种辐射屏蔽容器及其制备方法。
背景技术
超铀元素同位素是现代核工业中重要的核材料，包括钚、镅等原子系数大于92的元素同位素，超铀元素如钚的同位素具有极强的化学毒性，并且在存放过程中由于自发衰变产生α射线、放射线气溶胶、伽玛射线，同时自发裂变以及(α，n)反应产生中子射线，超铀元素同位素衰变时会产生热量，比功率较高，物料中心温度高达300℃以上，超铀元素同位素的长期贮存需要考虑中子射线防护，伽玛射线防护，屏蔽材料的耐热问题等。含钚氧化物粉末物料的长期储存对屏蔽容器有较高的要求。现有技术中没有关于同位素长期储存用屏蔽容器相关技术。
发明内容
本发明为了减少氧化钚粉末及其它超铀元素同位素的储存时对环境辐射的影响，使粉末在储存过程中产生的中子与伽玛射线剂量得到有效屏蔽，避免拼接缝剂量热点，提高容器的屏蔽效果，提高屏蔽容器的生产效率。
由于超铀元素同位素如氧化钚粉末放出的伽玛射线能量较低，用较薄的不锈钢材料就能把伽玛剂量降低到较低的水平，而中子射线能量高，屏蔽难度大，需要用氢含量的中子慢化材料与中子吸收截面较大的材料进行屏蔽，而且需要较厚的屏蔽材料才能把中子射线屏蔽到剂量控制值以下。由于超铀元素在存放过程中衰变热功率较大，为了避免放热对屏蔽材料的影响，屏蔽材料长期使用温度需要达到100℃以上。
为实现上述发明目的，本申请一方面提供了一种辐射屏蔽容器，所述辐射屏蔽容器包括屏蔽容器筒体和屏蔽容器盖两部分，屏蔽容器筒体和屏蔽容器盖均为夹层结构，夹层结构包括屏蔽容器包壳，以及填充在屏蔽容器包壳内的中间层；屏蔽容器包壳为不锈钢，中间层为耐热耐辐照的中子屏蔽材料，屏蔽容器包壳用于屏蔽伽玛射线并提供容器搬运所需要的力学强度，中间层用于提供中子射线屏蔽。
屏蔽容器内包壳厚度2-10mm，外包壳厚度2-10mm，主要用于为容器提供力学强度与伽玛射线屏蔽，如果包壳低于2mm，则一方面会导致屏蔽容器外表面伽玛剂量迅速增加，另一方面容器的力学强度会受到一定影响，如果包壳太厚，由于钢的密度比较高，会增加容器的总重量，使容器整体显得笨重，超铀元素伽玛射线能谱较软，伽玛射线在钢中的衰减速度比较快，随着钢材厚度的增加，对总剂量的减弱效果越来越小，经容器屏蔽后剩余大部分剂量为中子剂量。屏蔽容器中间夹层用于中子射线屏蔽，厚度60-150mm，如果屏蔽层厚度小于 60mm，屏蔽容器对中子射线的屏蔽率低于50％，作用不明显，而当屏蔽层厚度达到150mm时，屏蔽率达到80％以上，如果再增加厚度，则作用不明显，而且会大幅增加屏蔽体的重量与体积，增加搬运难度，如若将屏蔽率再提高5％，则屏蔽体的厚度需要再增加40mm以上。
优选的中子射线屏蔽材料为含硼环氧树脂，含硼环氧树脂最高使温度达到150℃，可用浇注的方法进行成型。
优选的含硼环氧树脂中各组分的比例为：环氧树脂：30-50份，碳化硼0.5-2份，氢氧化铝粉：48-69.5份。环氧树脂起粘结作为，并提供一定量的氢，碳化硼为中子吸收材料，氢氧化铝提供氢作中子慢化剂，同时降低屏蔽材料的成本。
另一方面，本发明还提供了一种辐射屏蔽容器的制备方法，所述方法包括：
第一步包壳加工：加工出屏蔽容器筒体包壳与屏蔽容器盖包壳，预留浇注口；
第二步配料：按配方称取一定量的环氧树脂、碳化硼粉末、氢氧化铝；
第三步初步混料，把环氧树脂、碳化硼粉末、氢氧化铝放入真空混料器中，抽真空，搅拌；
第四步在初步混料后的物料中加引发剂，倒入引发剂，抽真空，搅拌；
第五步浇注，把第四步搅拌后物料倒入到屏蔽容器筒体包壳与屏蔽容器盖包壳中，静置固化；
第六步封焊，待环氧树脂固化后，分别盖上屏蔽容器筒体与屏蔽容器盖的盖板，进行封焊，采用水冷措施，避免屏蔽材料在焊接高温作用下损坏；
第七步，打磨并清洗屏蔽容器筒体与屏蔽容器盖。
优选的，环氧树脂、碳化硼粉末、氢氧化铝的配方比例为：环氧树脂：30-50份，碳化硼 0.5-2份，氢氧化铝粉：48-69.5份。环氧树脂为耐高温的粘结相，氢氧化铝为中子慢化剂，碳化硼为中子吸收材料，对慢化后的中子进行吸收，由环氧树脂，氢氧化铝，碳化硼组合而成的屏蔽材料耐热温度高，能在放射性物质衰变放热条件下正常工作，氢含量高，对超铀元素同位素放出的中子射线具有优异的屏蔽效果。
优选的，碳化硼的粒径为5-50微米，如果碳化硼粒径太大则碳化硼颗粒易沉降，粒径太小则易形成微小气泡，使屏蔽材料密度降低。
优选的，氢氧化铝的粒径为30-100微米。如果氢氧化铝粒径太大则颗粒易沉降，粒径太小则易形成微小气泡，使屏蔽材料密度降低，影响屏蔽材料的屏蔽效果。优选的，初步混料的混料时间为10-60min。
优选的，第四步的混料时间为10-60min，根据实验来看，初混混料与第四步混料时间太短，物料不易混均匀，时间太长则会影响生产效率。
优选的，封焊方式为氩弧焊。
本申请提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本发明能够减少氧化钚粉末的储存时对环境辐射的影响，通过本发明中的辐射屏蔽容器能够使氧化钚粉末在储存过程中产生的中子与伽玛射线剂量得到有效屏蔽，避免拼接缝剂量热点，提高容器的屏蔽效果，通过本发明中的制备方法能够提高屏蔽容器的生产效率。如果采用聚乙烯或硼聚乙烯屏蔽材料，则需要板材加工成弧形型材拼装成桶体装或盖状，材料利用率低，本成高，加工效率低，易形成拼接缝，并且聚乙烯、硼聚乙烯等材料使用温度较低，衰变热用下可能会导致屏蔽材料变形塌陷变形，从而影响容器的屏蔽效果。
把装有1.5公斤氧化钚物料放入到本发明所描述的屏蔽容器中，容器表面总剂量率低于 20μSv/h，能够长期安全的储存超铀元素同位素。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在相互不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述范围内的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
实施例1：一种辐射屏蔽容器，所述辐射屏蔽容器包括容器盖与容器筒体两部分，均为夹层结构屏蔽容器，屏蔽容器包壳为不锈钢，内层不锈钢厚度10mm，外层不锈钢厚度5mm，中间层为耐热耐辐照的中子屏蔽材料，厚度120mm,含硼环氧树脂中各组分的比例为：环氧树脂：50份，碳化硼0.5份，氢氧化铝粉：49.5份。
一种辐射屏蔽容器制备方法，第一步包壳加工：加工出屏蔽容器筒体与屏蔽容器盖包壳，预留浇注口；第二步配料：按配方称取一定量的环氧树脂、平均粒径50微米的碳化硼粉末、平均粒径100微米氢氧化铝粉末。第三步初步混料，把环氧树脂、碳化硼粉末、氢氧化铝放入真空混料器中，抽真空，搅拌10min，第四步加引发剂，抽真空，搅拌10min。第五步浇注，静置固化；第六步封焊，封焊方式为氩弧焊，并采用水冷措施；第七步，打磨，清洗。
实施例2：一种辐射屏蔽容器，所述辐射屏蔽容器包括容器盖与容器筒体两部分，均为夹层结构屏蔽容器，屏蔽容器包壳为不锈钢，内层不锈钢厚度2mm,外层不锈钢厚度2mm,中间层为耐热耐辐照的中子屏蔽材料，厚度60mm,含硼环氧树脂中各组分的比例为：环氧树脂:30份，碳化硼0.5份，氢氧化铝粉：69.5份。
一种辐射屏蔽容器制备方法，第一步包壳加工：加工出屏蔽容器筒体与屏蔽容器盖包壳，预留浇注口；第二步配料：按配方称取一定量的环氧树脂、平均粒径5微米的碳化硼粉末、平均粒径30微米氢氧化铝粉末。第三步初步混料，把环氧树脂、碳化硼粉末、氢氧化铝放入真空混料器中，抽真空，搅拌30min，第四步加引发剂，抽真空，搅拌30min。第五步浇注，静置固化；第六步封焊，封焊方式为氩弧焊，并采用水冷措施；第七步，打磨，清洗。
实施例3：一种辐射屏蔽容器，所述辐射屏蔽容器包括容器盖与容器筒体两部分，均为夹层结构屏蔽容器，屏蔽容器包壳为不锈钢，内层不锈钢厚度5mm,外层不锈钢厚度10mm,中间层为耐热耐辐照的中子屏蔽材料，厚度100mm,含硼环氧树脂中各组分的比例为：环氧树脂:50份，碳化硼2份，氢氧化铝粉：48份。
一种辐射屏蔽容器制备方法，第一步包壳加工：加工出屏蔽容器筒体与屏蔽容器盖包壳，预留浇注口；第二步配料：按配方称取一定量的环氧树脂、平均粒径30微米的碳化硼粉末、平均粒径50微米氢氧化铝粉末。第三步初步混料，把环氧树脂、碳化硼粉末、氢氧化铝放入真空混料器中，抽真空，搅拌60min，第四步加引发剂，抽真空，搅拌60min。第五步浇注，静置固化；第六步封焊，封焊方式为氩弧焊，并采用水冷措施；第七步，打磨，清洗。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种辐射屏蔽容器，其特征在于，所述辐射屏蔽容器包括屏蔽容器筒体和屏蔽容器盖两部分，屏蔽容器筒体和屏蔽容器盖均为夹层结构，夹层结构包括屏蔽容器包壳，以及填充在屏蔽容器包壳内的中间层；屏蔽容器包壳为不锈钢，中间层为耐热耐辐照的中子屏蔽材料，屏蔽容器包壳用于屏蔽伽玛射线并提供容器搬运所需要的力学强度，中间层用于提供中子射线屏蔽，屏蔽容器内包壳厚度2-10mm，外包壳厚度2-10mm，中间层厚度60-150mm，屏蔽容器包壳包括屏蔽容器筒体包壳与屏蔽容器盖包壳。
2.根据权利要求1所述的辐射屏蔽容器，其特征在于，所述的耐热耐辐照的中子屏蔽材料为含硼环氧树脂。
3.一种权利要求1-2中任意一个所述辐射屏蔽容器的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
第一步包壳加工：加工出屏蔽容器筒体包壳与屏蔽容器盖包壳，预留浇注口；
第二步配料：按配方称取一定量的环氧树脂、碳化硼粉末、氢氧化铝；
第三步初步混料，把环氧树脂、碳化硼粉末、氢氧化铝放入真空混料器中，抽真空，搅拌；
第四步在初步混料后的物料中加引发剂，倒入引发剂，抽真空，搅拌；
第五步浇注，把第四步搅拌后物料倒入到屏蔽容器筒体包壳与屏蔽容器盖包壳中，静置固化；
第六步封焊，待环氧树脂固化后，分别盖上屏蔽容器筒体与屏蔽容器盖的盖板，进行封焊，封焊时采用水冷措施；
第七步，打磨并清洗屏蔽容器筒体与屏蔽容器盖。
4.根据权利要求3所述的辐射屏蔽容器的制备方法，其特征在于，环氧树脂、碳化硼粉末、氢氧化铝的配方比例为：环氧树脂:30-50份，碳化硼0.5-2份，氢氧化铝粉：48-69.5份。
5.根据权利要求3所述的辐射屏蔽容器的制备方法，其特征在于，碳化硼的粒径为5-50微米。
6.根据权利要求3所述的辐射屏蔽容器的制备方法，其特征在于，氢氧化铝的粒径为30-100微米。
7.根据权利要求3所述的辐射屏蔽容器的制备方法，其特征在于，初步混料的混料时间为10-60min。
8.根据权利要求3所述的辐射屏蔽容器的制备方法，其特征在于，第四步的混料时间为10-60min。
9.根据权利要求3所述的辐射屏蔽容器的制备方法，其特征在于，封焊方式为氩弧焊。
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