功能元素纳米化对新型环氧树脂基辐射防护材料的影响规律及机理研究

核科学技术快速发展对辐射防护材料提出了更多、更高的要求，需在设计思路方面不断创新。传统辐射屏蔽理论认为，材料的微观结构基本不会影响其辐射防护性能；但申请者最近研究发现，含纳米功能粒子的材料对γ射线的线性衰减系数要比含微米颗粒的样品高6%-14%。本项目就是从上述特殊现象出发，围绕"纳米功能粒子'是否'以及'如何'有效提升材料辐射防护性能"这一科学问题，通过对功能粒子/环氧树脂基辐射防护材料的实验研究，探讨功能元素纳米化对材料辐射防护性能的影响规律及机理，寻求利用纳米技术改善材料辐射防护性能的新途径，以此为基础试制1-2种可用于移动式核动力装置、核废料处置容器等领域的新型环氧树脂基n-γ混合场辐射防护材料。本项目的顺利实施，将突破传统思路，促进对材料微观结构与辐射防护性能的关联性认识，推动形成基于纳米技术的辐射防护材料设计新思路，拓展纳米材料在辐射防护领域的应用，为新型防护材料开发提供基础。

我国核科学技术迅猛发展，核安全备受关注，辐射防护材料需求迫切。本项目围绕功能元素纳米化对材料辐射防护性能的提升作用开展研究工作。通过模拟计算对辐射防护功能元素进行了初步筛选，利用传统方法和γ射线辐照法合成了Sm2O3、Bi2O3、ZnS等多种微纳米功能粒子及功能粒子修饰的碳纳米管，制备了WO3、Bi2O3、功能化碳纳米管等多种微纳米功能粒子改性环氧树脂防护材料并对其微观结构及性能等进行了测试分析。重点研究了功能元素纳米化对材料辐射防护性能的提升作用及功能粒子配比、尺寸形貌、分布结构以及射线种类能量的影响，并对机理进行了初步探讨。基于理论和实验结果，优化设计并制备了功能元素协调配比的多层环氧树脂复合材料、辐射防护复合纤维等针对n、γ辐射场的多种新型辐射防护材料，掌握了关键技术及工艺，有望在核电及核技术应用领域得到应用。本项目的顺利实施有利于推动基于纳米技术的辐射防护材料设计新思路，拓展纳米材料在辐射防护领域的应用。