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《核材料科学基础》课程考查

辐射屏蔽材料调研报告

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辐射屏蔽材料调研报告

摘要：辐射防护材料的研究制备成为科研领域最为重要的课题之一，对国防和民

用有着极其重要的意义。本报告先对按照射线的种类调研，X、γ射线，中子的

屏蔽材料进行了调研，对于X射线，分高、低能量调研了现有的屏蔽材料、防

护服等；对于γ射线，一般用铅及含铅的化合物进行辐射防护；对于中子，用含

氢量较高的屏蔽材料进行防护，或者含硼的化合物进行屏蔽。然后按照屏蔽材料

种类调研，分别从非金属屏蔽材料、金属屏蔽材料及混凝土三个粗略的方面分析

总结了一些屏蔽材料。最后分别分析了屏蔽每种射线现有屏蔽材料的优缺点，并

调研了现有研究成果，为给出屏蔽优化结果，总结了屏蔽材料的发展趋势。

关键字：屏蔽材料；X、γ、中子；含硼化合物；屏蔽优化

引言

在核反应堆和其他辐射源中通常因裂变和衰变而释放出带能力的中子和α、

β粒子及γ射线，统称为辐射。由于辐射对环境造成污染，对操作人员带来伤害，

对装置、材料致发热、活化及性能降级是十分必要的，由于α、β粒子在空气中

和固体中的射程很短，无需特殊的屏蔽。相反，中子和γ射线的穿透能力很强，

必须重视对它们的屏蔽。

屏蔽材料是根据其在不同核反应中特殊应用而设计制备的，材料的屏蔽效果

或慢化特征显然是最重要的因素。随着国防科研、放射医学和原子能工业的迅速

发展，辐射屏蔽材料在越来越多的领域得到广泛应用，对辐射屏蔽材料的性能要

求也越来越高，材料的物理学性能、抗辐照性能、热稳定性等也必须加以综合考

虑，传统的辐射屏蔽材料如混凝土、不锈钢、铁等很难满足现有应用要求，比如

说现有的一些屏蔽材料强韧性难以满足作为结构屏蔽材料的要求、耐热性不好、

综合屏蔽效果不良、体积大难于移动及抗辐照能力较差等。因此，对各种新型辐

射屏蔽材料的研究便成为一项十分重要和迫切的课题。

中子与屏蔽材料的各原子核发生相互作用的结果，既可以改变中子的能量和

运动方向，中子也可能被原子核吸收。中子的散射分弹性散射和非弹性散射，除

弹性散射外，所有的中子与屏蔽材料相互作用都能造成次级辐射。γ射线与X

射线一样，是一种比紫外线波长短得多的电磁波，γ射线按其产生机理可分为裂

变γ射线、裂变产物衰变射γ线、俘获γ射线、非弹性散射γ射线、活化产物

γ射线等。一般在动力堆中，穿过屏蔽层的最强的γ射线通常是由中子在热屏、

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压力壳或生物屏蔽层里发生相互作用而产生的。

选择材料时，不单单仅考虑屏蔽一种射线，应考虑其综合屏蔽性能。一般来

说，对γ射线具有良好减弱性能的重元素也会因发生中子非弹性散射和辐射俘

获而产生二次γ射线。针对不同的设计目的需要选择不同的屏蔽材料，如对固定

式的动力堆，价格是首选因素，而对于可移动的堆系统，则屏蔽材料的总重量、

单位效率及结构稳定性是考虑的重点。虽然对中子和γ射线的减弱都有相应较

为有效的材料，但没有哪一种单体材料能同时满足以上性能，所以在应用时必须

对材料加以选择并采用一定的复合制备技术，以期复合材料在满足综合屏蔽效果

的同时具有良好的物理力学性能，如强韧性、热稳定性及抗辐照性能等。

本文分析了一些针对不同射线的现有核辐射屏蔽材料的优点和不足之处总、

结了一些现有屏蔽材料的研究进展，并且分析了以后屏蔽材料的要求和特点。

1.辐射屏蔽的基础知识

辐射屏蔽的基本原理是使辐射与屏蔽材料之间发生相互作用，从而减少辐射

粒子数和降低辐射的能量。通常依据作用方式不同，把该相互作用分成以下两类：

a)散射。指散射与屏蔽材料发生相互作用后，其方向和能量都产生变化的

过程。

b)吸收。指辐射屏蔽材料部分或全部吸收的过程。

此外，还有辐射与材料完全不发生任何相互作用而穿透材料的过程。当然，

作为屏蔽材料的先决条件是对辐射应具有散射或吸收作用。

2.按照射线的种类调研

2.1X射线的辐射屏蔽

X射线主要由原子内层轨道电子跃迁或高能电子减速时与物质的能量交换

产生，是一种波长很短（介于紫外线和γ射线之间）的电磁辐射，约在0.01~10nm

范围内。由德国物理学家W.K.伦琴于1895年发现，故又称伦琴射线。伦琴射线

具有很高的穿透本领，能透过许多对可见光不透明的物质，如墨纸、木料等。这