一种广谱防护核辐射的功能模块的制作方法

一种广谱防护核辐射的功能模块
1.技术领域：本发明涉及一种广谱防护核辐射的功能模块。
2.

背景技术：
在核弹（原子弹或氢弹）爆炸和原子核反应堆的工作过程中，会产生强烈的中子辐射、以及α射线、β射线、γ射线和χ射线等辐射，对人体和/或环境造成严重的损害。
3.密闭空间，特别是核潜艇、核航母、核飞机等平台内的核反应堆，在工作过程中会产生中子、α射线、β射线、γ射线和χ射线等辐射，并产生放射性微尘即核粉尘。核粉尘直径在5～35纳米，与核辐射一样，严重损害人员的健康。
4.在现有公开文献中，防护核辐射的材料大多结构功能单一，难以起到综合全面防护的效果，还容易产生二次辐射，废物难以处理。特别对于战略性的机动平台，如核潜艇、核航母、核飞机内的核反应堆工作时产生的核粉尘，缺乏有效实用的解决方案。
5.

技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题在于提供一种能有效抗击高强度中子辐射以及α射线、β射线、γ射线和χ射线等对人体和环境的损害有效拦截、吸附核粉尘，且不产生二次辐射的广谱防护核辐射的功能模块。
6.本发明的目的是这样实现的：1，将聚酰胺切片与碳化硼
‑
10（
10
b4c）或氮化硼
‑
10（
10
bn）的纳米颗粒（硼
‑
10丰度大于或等于95%）和防老剂，在螺杆挤压机内搅拌混合熔融，上述混合物在螺杆挤压机内的停留时间为20～30分钟，所得熔体经静电纺丝成直径为120～400纳米的超细纤维，再以所述超细纤维分别作为经线、纬线，通过织布，制造出目数为600～1000目的高密纤维布。所述目数，即在25.4毫米纬线长度内，排到600～1000根所述的超细纤维经线丝束。所述高密超细纤维布（以下简称超细纤维布）可以有效拦截吸附核粉尘，拦截吸附率超过99.9%。
7.上述碳化硼
‑
10（
10
b4c）或氮化硼
‑
10（
10
bn）纳米颗粒的加入数量占混合物（聚酰胺切片 碳化硼或氮化硼纳米颗粒 防老剂）的10～25%（wt）。防老剂加入量为0.2～0.5%（wt），即防老剂：混合物=0.2～0.5：100，防老剂牌号为聚芳烃专用牌号1010。
8.2，将聚酰胺、或聚乙烯醇、或聚苯乙烯、或聚酯等聚合物切片中的一种与固体或粉体硼
‑
10酸（h
310
bo3）、或碳化硼
‑
10（
10
b4c）颗粒、或氮化硼
‑
10（
10
bn）颗粒、或单质硼
‑
10（
10
b）颗粒中的一种和防老剂混合，在螺杆挤压机中搅拌、混合、熔融，混合熔体由计量泵送入模具之中，形成各种形状的聚合块。
9.所述混合物在螺杆挤压机中的停留时间为45～60分钟，防老剂加入比例为混合物总量的0.5～1%（wt）。
10.所述的聚酰胺、或聚乙烯醇、或聚苯乙烯、或聚酯等聚合物切片，都属普通市售产品，所述固体或粉体硼
‑
10酸（h
310
bo3）纯度>99%，硼
‑
10丰度≥95%；硼
‑
10酸加入比例为15～35%（wt），即硼
‑
10酸/（硼
‑
10酸 聚合物切片 防老剂）=15～35%（wt）。
11.碳化硼
‑
10（
10
b4c）颗粒、或氮化硼
‑
10（
10
bn）颗粒、或单质硼
‑
10（
10
b）颗粒的加入比例都与硼
‑
10酸（h
310
bo3）的加入比例相同。
12.还包括防护中子辐射材料，所述的防护中子辐射材料是申请号“201910828134.5”的专利文件中记载的防护中子辐射材料。
13.将上述超细纤维布与防护中子辐射材料及聚合块一起整合在以铅—铁合金为内外层壳体的模块内。即将聚合块放置在模块内，聚合块的前侧面向辐射侧，聚合块的后面设若干层防护中子辐射材料，防护中子辐射材料的后面设若干层超细纤维布。
14.将上述模块外层覆盖若干层超细纤维布和防护中子辐射材料，每一层布面均涂敷环氧树脂进行粘连固化，从而构成完整的功能模块。
15.本产品的使用方法：一，将其披挂在核反应堆外部，测得核反应堆外面的辐射值低于自然本底值；二，将其披挂在野战指挥车、作战舰艇控制室外部，测得野战指挥车、作战舰艇控制室外部的辐射值低于自然本底值。
16.本发明的优点是：能有效抗击高强度的中子辐射以及α射线、β射线、γ射线和χ射线等辐射对人体和环境的损害，使用本发明后，辐射水平低于天然本底值，核粉尘拦截吸附率可达99.9%以上。且无二次辐射，废物易处理。
17.附图说明：图1是本发明的结构示意图；图中1是铅
‑
铁合金外壳，2是聚合块，3是防护中子辐射材料，4是超细纤维布。
18.图2是本发明中碳化硼
‑
10（
10
b4c）颗粒的工艺流程图；图中7是等离子反应器、5是等离子体发生器、8是产品储罐、6是等离子体发生电源、9是吸收塔、10是压缩机。
19.具体实施方式：下面结合图1和图2对本发明做进一步说明；1，将聚酰胺切片与碳化硼
‑
10（
10
b4c）或氮化硼
‑
10（
10
bn）纳米颗粒和防老剂在螺杆挤压机内搅拌、混合、熔融，停留时间为20～30分钟，上述聚酰胺切片可以是聚酰胺
‑
6、聚酰胺
‑
66、聚酰胺
‑
11、聚酰胺
‑
610、聚酰胺
‑
1010中的一种；碳化硼
‑
10（
10
b4c）或氮化硼
‑
10（
10
bn）纳米颗粒的粒径范围为20～70纳米，硼
‑
10（
10
b）丰度≥95%。
20.上述碳化硼
‑
10（
10
b4c）或氮化硼
‑
10（
10
bn）纳米颗粒的加入数量占混合物（聚酰胺切片 碳化硼或氮化硼纳米颗粒 防老剂）的10～25%（wt）。防老剂加入量为0.2～0.5%（wt），即防老剂：混合物=0.2～0.5：100，防老剂牌号为聚芳烃专用牌号1010。
21.采用静电纺丝的方法制备超细纤维；在喷丝口与收集器之间施加52000～60000伏的高压静电。上述聚酰胺切片与碳化硼
‑
10（
10
b4c）或氮化硼
‑
10（
10
bn）纳米颗粒以及防老剂的熔融混合液，通过计量泵送往喷丝口。在高压电场作用下，混合液滴形成射流，射流固化后形成丝条落在收集装置上，得到直径为120～400纳米的超细纤维。将所述的超细纤维分别作为经线和纬线，进行织布，制得目数为600～1000目的高密度超细纤维布（以下简称超细纤维布）。所述目数，即在25.4毫米纬线长度内，排列600～1000根所述超细纤维经线丝束。所述超细纤维强度>8.1厘牛/分特，初始模量>217厘牛/分特。所述超细纤维布可有效拦截吸附核粉尘，拦截吸附率达99.9%以上。
22.2，将聚酰胺、或聚乙烯醇、或聚苯乙烯、或聚酯等聚合物切片中的一种与固体或粉体硼
‑
10酸（h
310
bo3）、或碳化硼
‑
10（
10
b4c）颗粒、或氮化硼
‑
10（
10
bn）颗粒、或单质硼
‑
10（
10
b）颗粒中的一种及防老剂混合，在螺杆挤压机中搅拌、混合、熔融，混合熔体由计量泵送入模具之中，形成各种形状的聚合块。所述混合物在螺杆挤压机中的停留时间为45～60分钟，防
老剂加入比例为混合物总量的0.5～1%（wt）。
23.所述的聚酰胺、或聚乙烯醇、或聚苯乙烯、或聚酯等聚合物切片，都属普通市售产品，所述固体或粉体硼
‑
10酸（h
310
bo3）纯度>99%，硼
‑
10丰度≥95%；硼
‑
10酸加入比例为15～35%（wt），即硼
‑
10酸/（硼
‑
10酸 聚合物切片 防老剂）=15～35%（wt）。
24.碳化硼
‑
10（
10
b4c）颗粒、或氮化硼
‑
10（
10
bn）颗粒、或单质硼
‑
10（
10
b）颗粒的加入比例都与固体或粉体硼
‑
10酸（h
310
bo3）的加入比例相同。
25.所述的聚合块，厚度通过模具控制在5～100毫米，典型的厚度为20毫米。
26.还包括防护中子辐射材料，所述的防护中子辐射材料是申请号“201910828134.5”的专利文件中记载的防护中子辐射材料。
27.将上述聚合块、超细纤维布、防护中子辐射材料整合在以铅
‑
铁合金为内外层壳体的模块内，即将聚合块放置在模块内，聚合块的前侧面向辐射侧，聚合块的后面设若干层防护中子辐射材料，防护中子辐射材料的后面设若干层超细纤维布。
28.并在模块外面先敷盖10～40层超细纤维布，然后再敷盖10～30层防护中子辐射材料，每一层布面均涂敷环氧树脂进行粘连固化。环氧树脂为普通市售产品，模块总体厚度在8～120毫米之间，典型的模块厚度为28毫米。
29.所述铅
‑
铁合金，铁含量为10～20%（wt）,合金厚度为1～3毫米，典型的厚度为2毫米。所述模块外层敷盖的超细纤维布和防中子辐射材料典型的层数为30层和20层。所述模块内超细纤维布、防中子辐射材料的配置层数与模块外层的布置层数相同，模块内的每一层布面均涂敷环氧树脂进行粘连固化。
30.所述的碳化硼
‑
10（
10
b4c）颗粒的生产方法：采用连续等离子体cvd法制备碳化硼
‑
10（
10
b4c）颗粒，具体过程如下：用高纯氮气将流程系统置换到含氧量小于1ppm，再用ar气置换系统直到其中的氮气含量小于0.01%。用ar气将系统充压至50kpa（g）—100kpa（g），并通过压力调节阀自动调整，保持该系统压力。将辅助气体ar、h2先后导入等离子体发生器，开启等离子体发生电源，形成等离子体射流，再与三氟化硼
‑
10和甲烷气体一起进入等离子反应器，在等离子反应器中形成等离子态富集硼
‑
10碳化硼和气态氟化氢（hf），等离子态富集硼
‑
10碳化硼（
10
b4c）在等离子反应器的器壁上冷凝生成富集硼
‑
10碳化硼（
10
b4c）粉末，刮料板将富集硼
‑
10碳化硼粉末从器壁刮落，由螺杆输送机送往富集硼
‑
10碳化硼储罐，超声波连续作用于等离子反应器，起到震荡作用。富集硼
‑
10碳化硼产品从富集硼
‑
10碳化硼储罐底部出料管线采出。反应后的混合气体（ar、hf、ch4、h2）从富集硼
‑
10碳化硼储罐的混合气体管线出来，由压缩机抽送去吸收塔用水吸收。不溶于水的ar和h2从吸收塔顶出来，经压缩机增压后回到等离子体发生器，循环使用。
31.所述原料混合气中，原料组分的摩尔比为：
10
bf3：ch4=3.5
‑
4.5:1；ar：（
10
bf3 ch4）=1
‑
3:100；h2：ch4=2
‑
3:1；等离子体发生电源频率为600mhz—1.45ghz。利用高频电源给感应线圈通电。
32.等离子反应器冷却夹套中的冷却剂可以是冷却盐水、循环水等冷却介质。等离子反应器内壁温度不高于60℃。超声波功率在200
‑
450kw。
33.制备纳米富集硼
‑
10碳化硼（
10
b4c）颗粒所使用的设备包括：等离子反应器、等离子体发生器、产品储罐、等离子体发生电源、吸收塔、压缩机；等离子体发生器上设有氩气（ar）
进料管线、氢气进料管线、甲烷气体进料管线、三氟化硼气体进料管线，等离子体发生器的出口与等离子反应器的进料口相连，等离子体发生器与等离子体发生电源通过导线连接，等离子反应器外壁外面缠有感应线圈；等离子反应器是一个由内衬烧结硼化锆的316l合金钢制成的反应器，其包括内壁和外壁，内壁和外壁之间是夹套，内壁的内表面镀上金或银涂层，外壁上设有与夹套相连通的冷却剂进口和出口；等离子反应器内部安装有螺杆输送机，螺杆输送机的螺杆上固定有刮板，螺杆输送机工作通过螺杆带动刮板转动，刮板外边缘与内壁内表面接触，刮板和螺杆输送机的材质都是碳纤维复合材料，并且表面镀有金或银涂层，等离子反应器的出料口与产品储罐进料口相连，产品储罐有管线与吸收塔底部相连，吸收塔上部有进水管线，吸收塔顶与压缩机通过管线连接，压缩机出口管线与氩气（ar）进料管线相连通。
34.用上述方法连续生产制备出的富集硼
‑
10碳化硼（
10
b4c）颗粒，粒度为20—70纳米，产品纯度在99.9%以上，收率大于99%。