專利名稱：一種抗輻射屏蔽方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種抗輻射屏蔽方法，屬防輻射材料處理方法及相關(guān)防輻射屏蔽技術(shù)領(lǐng)域。
本發(fā)明是一種抗輻射屏蔽方法，在航天器或飛行器外殼固有屏蔽材料鋁或鋁鎂合金殼層涂以重金屬材料，其特征在于與傳統(tǒng)涂層的方式不同，涂層不是涂在殼層的表面，而是涂在殼層的背面或內(nèi)部，即在鋁或鋁鎂合金外殼層的背面或內(nèi)部涂上一層一定厚度的重金屬鎢和具有抗輻射性能的高分子粘結(jié)劑，如聚氨酯、聚醚醚酮的混合粉末層，也即高原子序數(shù)金屬摻雜層；然后再涂上一層一定厚度的低原子序數(shù)金屬摻雜層。重金屬鎢和具有抗輻射性能的高分子粘結(jié)劑的混合粉末涂層其兩者的重量比為10∶1。固有屏蔽層厚度取決于各殼層厚度，摻雜層的厚度也視輻射環(huán)境而具體決定，規(guī)律是讓高原子序數(shù)的摻雜層處在粒子深度劑量分布曲線的最大值部位并具有一定的深度(見(jiàn)實(shí)例)。
本發(fā)明申請(qǐng)者對(duì)原有傳統(tǒng)涂層方式的鋁殼在輻射電子能量從0.1-3.5Mev下進(jìn)行抗輻射屏蔽性能測(cè)試，通過(guò)試驗(yàn)和科學(xué)計(jì)算，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的采用鋁外殼外加涂層的屏蔽方式并不理想，同樣等效厚度下其屏蔽效果還不及純鋁的屏蔽效果好(對(duì)比結(jié)果可見(jiàn)附表)。本發(fā)明申請(qǐng)者嘗試改進(jìn)材料及調(diào)整厚度的辦法，不斷進(jìn)行試驗(yàn)和計(jì)算，都未取得滿意的結(jié)果。所以申請(qǐng)者認(rèn)為過(guò)去傳統(tǒng)的方法不可取，可以換一個(gè)新的角度來(lái)考慮問(wèn)題。
從高能電子與材料物質(zhì)相互作用的機(jī)理上考慮，原有傳統(tǒng)方法也是不合適的。這是由于高能電子首先進(jìn)入重金屬涂層，此時(shí)高能電子尚未經(jīng)過(guò)材料慢化，能量很高，而重金屬的原子序數(shù)也很高，大約在80左右，會(huì)在重金屬層中產(chǎn)生大量的韌致輻射(電子對(duì)材料韌致輻射系數(shù)與材料原子序數(shù)的平方和入射電子的能量成正比)，而后面太薄的低原子序數(shù)的摻雜層和鋁層并不能有效的吸收掉韌致輻射。此外，電子在材料中的能量損失與深度曲線呈一定的分布，形狀是從小到大，然后又變小，把重金屬放在最前面，盡管它對(duì)電子的阻止本領(lǐng)大，但是深度太小，能量損失有限，所以比較優(yōu)化的做法是將重金屬的位置放在曲線的最大值部位，也就是放在鋁層的后背面。
本發(fā)明抗輻射屏蔽方法，其特點(diǎn)是將高原子序數(shù)的重金屬鎢涂層涂在鋁殼層的背面或內(nèi)部，這種涂層方式的理由是先讓高能電子通過(guò)最上面的較厚的鋁殼層進(jìn)行有效阻止，重金屬鎢對(duì)透射電子有很強(qiáng)的背散射和吸收作用，而韌致輻射也減少一定份額，然后透射電子再進(jìn)入低原子序數(shù)混合涂層，輻射能量被進(jìn)一步吸收。同樣的鋁殼材料在同樣的涂層情況下，本發(fā)明方法的此種涂層方式的抗輻射屏蔽效果比原有方式提高3倍多。
本發(fā)明方法的優(yōu)點(diǎn)和效果是使鋁殼體能起到更有效的抗輻射作用。本發(fā)明充分利用了鋁殼體這個(gè)天然屏障，首先讓它對(duì)輻射射線進(jìn)行初步慢化，減少韌致輻射的發(fā)生；而后當(dāng)射線進(jìn)入涂層后，利用涂層中高原子序數(shù)重金屬材料背散射系數(shù)大的特點(diǎn)，又讓前面鋁殼體吸收掉從涂層重金屬背散射回到鋁殼體里的能量，巧妙地兩次利用鋁殼體吸收輻射能量。雖然從表面看，似乎只是涂層與鋁殼體(固有屏蔽層)在位置上的顛倒，但是這種顛倒方式是有條件的，它是輻射屏蔽優(yōu)化選擇的結(jié)果，而且建立在大量試驗(yàn)和科學(xué)計(jì)算的基礎(chǔ)上的。本發(fā)明方法在理論上也是合理的，它可以在實(shí)際應(yīng)用中起到有效的抗輻射屏蔽作用。
圖2是本發(fā)明方法中的鋁殼體的背后面上的涂層方式示意圖。
現(xiàn)將本發(fā)明方法結(jié)合附圖
和實(shí)施例敘述于后
(2)涂層方式將重金屬鎢和聚氨酯做成的混合粉末涂層涂在鋁殼層的內(nèi)表面，然后再涂一層低原子序數(shù)混合的涂層，如圖2所示(3)各層材料厚度的最佳搭配根據(jù)輻射源的情況而定，如在1MeV電子輻射情況下，鋁殼取1mm，重金屬鎢摻雜層的折合厚度視混合涂料的密度而定，若其達(dá)到的等效厚度為1.62g/cm2時(shí)(即等效厚度＝密度×實(shí)際厚度)，則相當(dāng)于0.60mm厚的鋁；假如選取涂層的厚度為0.2mm，則其等效厚度近似取為0.448g/cm2。
為了對(duì)比，將三利屏蔽材料在1MeV-3MeV不同電子入射能量下，測(cè)得其透射系數(shù)。這三種不同屏蔽材料是(1)未涂復(fù)的純鋁(厚度為1.66mm)，(2)為在上面有涂層的鋁殼(傳統(tǒng)方式)，(3)在背底面有涂層的鋁殼(本發(fā)明方法)。
這里，最終屏蔽效果以透射系數(shù)來(lái)表示。定義為透射屏蔽層的剩余能量與入射能量之比。
現(xiàn)將1MeV-3MeV電子輻射能量下各屏蔽方式的透射系數(shù)的比較如下表所示


由上表數(shù)據(jù)可知，純鋁透射系數(shù)為1/121，傳統(tǒng)方法在此等效厚度下只有1/65，也就是說(shuō)要達(dá)到純鋁同樣的屏蔽效果，傳統(tǒng)方法的涂層還要加厚很多，本發(fā)明方法在傳統(tǒng)方法同樣的材料和工藝條件下透射系數(shù)達(dá)到1/203，透射系數(shù)減弱是純鋁殼的2倍，是原有技術(shù)的3倍。
在較高能量的入射電子(如2MeV，3MeV)，在同樣條件下，本發(fā)明方法對(duì)傳統(tǒng)方法依然保持了2～3倍的優(yōu)勢(shì)。
本發(fā)明方法不僅可以對(duì)航天器實(shí)現(xiàn)輻射屏蔽，而且在所有需要進(jìn)行輻射屏蔽的場(chǎng)所，包括醫(yī)院、實(shí)驗(yàn)室、工廠、電站、核事故現(xiàn)場(chǎng)等使用放射源的地方都可以參考本發(fā)明的原則進(jìn)行有效的屏蔽設(shè)計(jì)。
權(quán)利要求
1.一種抗輻射屏蔽方法，在航天器或飛行器外殼固有屏蔽材料鋁或鋁鎂合金殼層涂以重金屬材料，其特征在于與傳統(tǒng)涂層的方式不同，涂層不是涂在殼層的表面，而是涂在殼層的背面或內(nèi)部，即在鋁或鋁鎂合金外殼層的背面或內(nèi)部涂上一層一定厚度的重金屬鎢和具有抗輻射性能的高分子粘結(jié)劑，如聚氨酯、聚醚醚酮的混合粉末層，也即高原子序數(shù)金屬摻雜層；然后再涂上一層一定厚度的低原子序數(shù)金屬摻雜層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種抗輻射屏蔽方法，其特征在于所述的重金屬鎢和具有抗輻射性能的高分子粘結(jié)劑的混合粉末涂層其兩者的重量比為10∶1；固有屏蔽層厚度取決于殼層厚度，摻雜層的涂抹厚度也視輻射環(huán)境而具體決定，規(guī)律是讓高原子序數(shù)的摻雜層處在粒子深度劑量分布曲線的最大值部位并具有一定的深度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種抗輻射屏蔽方法，屬防輻射材料處理方法及相關(guān)防輻射屏蔽技術(shù)領(lǐng)域。在航天器外殼固有屏蔽材料鋁或鋁鎂合金殼層涂以重金屬材料，其特征在于與傳統(tǒng)涂層的方式不同，涂層不是涂在殼層的表面，而是涂在殼層的背面或內(nèi)部，即在鋁或鋁鎂合金外殼層的背面或內(nèi)部涂上一層一定厚度的重金屬鎢和具有抗輻射性能的高分子粘結(jié)劑的混合粉末層，也即高原子序數(shù)金屬摻雜層；然后再涂上一層一定厚度的低原子序數(shù)金屬摻雜層。
文檔編號(hào)B64G1/54GK1446730SQ0311569
公開日2003年10月8日 申請(qǐng)日期2003年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月7日
發(fā)明者王傳珊, 徐加強(qiáng), 藍(lán)增瑞, 信太林, 王秀霞, 沈嶸康 申請(qǐng)人:上海大學(xué), 上海衛(wèi)星工程研究所