高分子材料核辐射损伤判断方法、装置、设备及介质与流程

1.本发明涉及核辐射技术领域，尤其涉及一种高分子材料核辐射损伤判断方法、装置、设备及介质。


背景技术：

2.核辐射，或通常称之为放射性，存在于所有的物质之中，这是亿万年来存在的客观事实，是正常现象。核辐射是原子核从一种结构或一种能量状态转变为另一种结构或另一种能量状态过程中所释放出来的微观粒子流。核辐射可以使物质引起电离或激发，故称为电离辐射。电离辐射又分直接致电离辐射和间接致电离辐射。直接致电离辐射包括质子等带电粒子。间接致电离辐射包括光子、中子等不带电粒子。
3.国内外科研机构基于科学研究、工程应用等需求，对材料的辐射损伤进行了深入的研究，涉及的材料包括金属、高分子材料等。然而，目前还没有提出一种针对高分子材料辐射损伤的计算方法。


技术实现要素：

4.为解决上述问题，本发明提供一种高分子材料核辐射损伤判断方法、装置、设备及介质。
5.本发明提供一种高分子材料核辐射损伤判断方法，包括：
6.获取高分子材料的组分、密度和厚度，并根据所述高分子材料的组分、密度和厚度，确定辐射场环境下高分子材料内部的光子能量沉积和中子能量沉积；
7.将所述光子能量沉积和所述中子能量沉积输入至高分子材料辐射损伤模型中，得到高分子材料经辐射后的相对分子量；
8.根据高分子材料经辐射后的相对分子量，判断所述高分子材料在辐射场环境下是否发生辐射损伤；
9.其中，所述高分子材料辐射损伤模型是以高分子材料内部的光子能量沉积和中子能量沉积作为样本，以与所述样本对应的高分子材料经辐射后的相对分子量作为样本标签训练得到。
10.可选的，所述根据所述高分子材料的组分、密度和厚度，确定辐射场环境下高分子材料内部的光子能量沉积和中子能量沉积，包括：
11.确定所述高分子材料在辐射场环境下的坐标位置，根据所述高分子材料在辐射场环境下的坐标位置、所述高分子材料的组分、密度和厚度，利用mcnp程序，确定所述高分子材料单位时间内的光子平均能量沉积和种子平均能量沉积。
12.可选的，所述高分子材料辐射损伤模型为：
13.n＝(u
m,n
u
m,p
)
·
na/u
m,0
14.15.其中，n为高分子材料主链断键次数，u
m,n
和u
m,p
分别为每摩尔中子和光子的能量，u
m,0
为高分子材料主链上最弱化学键的键能，na为阿伏伽德罗常数，m0为未经辐射的高分子材料的相对分子量，m为高分子材料经辐射后的相对分子量。
16.可选的，所述根据高分子材料经辐射后的相对分子量，判断所述高分子材料在辐射场环境下是否发生辐射损伤，包括：
17.根据高分子材料经辐射后的相对分子量和未经辐射的高分子材料的相对分子量，确定高分子材料的相对分子变化量，若所述相对分子变化量大于预设阈值，则所述高分子材料在辐射场环境下发生辐射损伤。
18.本发明还提供一种高分子材料核辐射损伤判断装置，包括：
19.获取模块，用于获取高分子材料的组分、密度和厚度，并根据所述高分子材料的组分、密度和厚度，确定辐射场环境下高分子材料内部的光子能量沉积和中子能量沉积；
20.第一处理模块，用于将所述光子能量沉积和所述中子能量沉积输入至高分子材料辐射损伤模型中，得到高分子材料经辐射后的相对分子量；
21.第二处理模块，用于根据高分子材料经辐射后的相对分子量，判断所述高分子材料在辐射场环境下是否发生辐射损伤；
22.其中，所述高分子材料辐射损伤模型是以高分子材料内部的光子能量沉积和中子能量沉积作为样本，以与所述样本对应的高分子材料经辐射后的相对分子量作为样本标签训练得到。
23.可选的，所述高分子材料辐射损伤模型为：
24.n＝(u
m,n
u
m,p
)
·
na/u
m,0
[0025][0026]
其中，n为高分子材料主链断键次数，u
m,n
和u
m,p
分别为每摩尔中子和光子的能量，u
m,0
为高分子材料主链上最弱化学键的键能，na为阿伏伽德罗常数，m0为未经辐射的高分子材料的相对分子量，m为高分子材料经辐射后的相对分子量。
[0027]
可选的，所述第二处理模块，具体用于：
[0028]
根据高分子材料经辐射后的相对分子量和未经辐射的高分子材料的相对分子量，确定高分子材料的相对分子变化量，若所述相对分子变化量大于预设阈值，则所述高分子材料在辐射场环境下发生辐射损伤。
[0029]
本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述高分子材料核辐射损伤判断方法的步骤。
[0030]
本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述高分子材料核辐射损伤判断方法的步骤。
[0031]
本发明还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述高分子材料核辐射损伤判断方法的步骤。
[0032]
本发明提供的高分子材料核辐射损伤判断方法、装置、设备及介质，通过获取辐射场环境下高分子材料内部的光子能量沉积和中子能量沉积；然后将所述光子能量沉积和所述中子能量沉积输入至高分子材料辐射损伤模型中，得到高分子材料经辐射后的相对分子
量；进而可以根据高分子材料经辐射后的相对分子量，判断所述高分子材料在辐射场环境下是否发生辐射损伤；其中，所述高分子材料辐射损伤模型是以高分子材料内部的光子能量沉积和中子能量沉积作为样本，以与所述样本对应的高分子材料经辐射后的相对分子量作为样本标签训练得到。由此可知，本发明基于高分子材料辐射效应机理，提供了一种通过建立高分子材料辐射损伤模型，对高分子材料辐射损伤进行计算的方法，具有较高的应用价值。
附图说明
[0033]
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0034]
图1是本发明提供的高分子材料核辐射损伤判断方法的流程示意图；
[0035]
图2是本发明提供的高分子材料和辐射损伤判断装置的结构示意图；
[0036]
图3是本发明提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
[0037]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0038]
如图1所示，本发明提供的一种高分子材料核辐射损伤判断方法，包括：
[0039]
步骤101：获取高分子材料的组分、密度和厚度，并根据所述高分子材料的组分、密度和厚度，确定辐射场环境下高分子材料内部的光子能量沉积和中子能量沉积；
[0040]
在本步骤中，需要说明的是，降解和交联是高分子材料处于辐射场中发生的最基本的变化，而且这两个过程通常同时发生。辐射降解过程中通常不生成单体分子，辐射降解时发生主链断裂的结果通常是生成较短的分子链，使平均分子量下降。因此，基于该高分子材料核辐射损伤理论，本发明首先通过mcnp(monte carlo n particle transport code)程序，计算高分子材料单位时间内的光子平均能量沉积和种子平均能量沉积。具体的，首先通过建立几何模型、设置坐标系与探测点和分析辐射特性来构建核装置的辐射场计算模型，然后根据高分子材料的组分、密度与厚度和其在核装置中的所处位置，利用通过mcnp程序计算得到高分子材料的光子能量沉积和中子能量沉积。
[0041]
步骤102：将所述光子能量沉积和所述中子能量沉积输入至高分子材料辐射损伤模型中，得到高分子材料经辐射后的相对分子量；其中，所述高分子材料辐射损伤模型是以高分子材料内部的光子能量沉积和中子能量沉积作为样本，以与所述样本对应的高分子材料经辐射后的相对分子量作为样本标签训练得到；
[0042]
在本步骤中，将步骤101获得的数据输入至高分子材料辐射损伤模型中，得到高分子材料经辐射后的相对分子量。需要说明的是，由于分子量将直接影响高分子材料的性能，随着分子量的减小，其拉伸强度、压缩永久变形率等性能指标都会有不同程度的恶化，因此
本发明提出了一种通过计算高分子材料经辐射后的相对分子量判断高分子材料是否发生了辐射损伤，具有较强的参考价值。
[0043]
步骤103：根据高分子材料经辐射后的相对分子量，判断所述高分子材料在辐射场环境下是否发生辐射损伤；
[0044]
在本步骤中，根据高分子材料经辐射后的相对分子量和未经辐射的高分子材料的相对分子量，确定高分子材料的相对分子变化量，若相对分子变化量大于预设阈值，则所述高分子材料在辐射场环境下发生辐射损伤。可选的，假设相对分子变化量的预设阈值为10％，则当计算的高分子材料相对分子变化量大于10％时，则表明高分子材料在辐射场环境下密度、伸长率、压缩模量等性能指标开始发生明显变化，即发生了辐射损伤，否则未发生辐射损伤。
[0045]
本发明提供的高分子材料核辐射损伤判断方法，通过获取辐射场环境下高分子材料内部的光子能量沉积和中子能量沉积；然而将所述光子能量沉积和所述中子能量沉积输入至高分子材料辐射损伤模型中，得到高分子材料经辐射后的相对分子量；进而可以根据高分子材料经辐射后的相对分子量，判断所述高分子材料在辐射场环境下是否发生辐射损伤；其中，所述高分子材料辐射损伤模型是以高分子材料内部的光子能量沉积和中子能量沉积作为样本，以与所述样本对应的高分子材料经辐射后的相对分子量作为样本标签训练得到。由此可知，本发明基于高分子材料辐射效应机理，提供了一种通过建立高分子材料辐射损伤模型，对高分子材料辐射损伤进行计算的方法，具有较高的应用价值。
[0046]
基于上述实施例的内容，在本实施例中，所述获取辐射场环境下高分子材料内部的光子能量沉积和中子能量沉积，包括：
[0047]
在辐射场环境下基于mcnp程序，计算所述高分子材料单位时间内的光子平均能量沉积和种子平均能量沉积。
[0048]
基于上述实施例的内容，在本实施例中，所述高分子材料辐射损伤模型为：
[0049]
n＝(u
m,n
u
m,p
)
·
na/u
m,0
[0050][0051]
其中，n为高分子材料主链断键次数，u
m,n
和u
m,p
分别为每摩尔中子和光子的能量，u
m,0
为高分子材料主链上最弱化学键的键能，na为阿伏伽德罗常数，m0为未经辐射的高分子材料的相对分子量，m为高分子材料经辐射后的相对分子量。
[0052]
基于上述实施例的内容，在本实施例中，所述根据高分子材料经辐射后的相对分子量，判断所述高分子材料在辐射场环境下是否发生辐射损伤，包括：
[0053]
根据高分子材料经辐射后的相对分子量和未经辐射的高分子材料的相对分子量，确定高分子材料的相对分子变化量，若所述相对分子变化量大于预设阈值，则所述高分子材料在辐射场环境下发生辐射损伤。
[0054]
下面通过具体实施例进行说明：
[0055]
实施例一：
[0056]
在本实施例中，以硅橡胶在典型钚弹芯内部辐射场为例判断高分子材料是否发生了辐射损伤。硅橡胶的优良性能和聚硅氧烷的化学结构相关，数均相对分子量在104至105之间，主链上硅氧键的键能为451kj
·
mol-1
。
[0057]
在本实施例中，首先通过mcnp(monte carlo n particle transport code)程序，计算了硅橡胶材料内部的光子和中子能量沉积分别为1.35
×
10-19j·
g-1
和6.30
×
10-21j·
g-1
。假设射线作用于高分子材料只发生辐射降解，且射线对分子链的作用只使主链上最弱的化学键断裂，因此入射粒子沉积的能量完全用于破坏主链上的硅氧键，硅泡沫材料单位时间内平均能量沉积光子为1.35
×
10-19j·
g-1
，中子为6.30
×
10-21j·
g-1
。硅橡胶的数均相对分子量在104至105之间，在此假定为5
×
104。计算得u
m,n
＝6.75
×
10-15j·
mol-1
、u
m,p
＝3.15
×
10-16j·
mol-1
，将上述数据输入至高分子材料辐射损伤模型中，得到单位时间、每摩尔硅橡胶泡沫辐射主链断键次数为：
[0058][0059]
其中，贮存1a，硅橡胶的相对分子量为：
[0060][0061]
相对分子变化量为：
[0062][0063]
本发明基于高分子材料辐射效应机理，提供了一种通过建立高分子材料辐射损伤模型，对高分子材料辐射损伤进行计算的方法，具有较高的应用价值。
[0064]
下面对本发明提供的高分子材料核辐射损伤判断装置进行描述，下文描述的高分子材料核辐射损伤判断装置与上文描述的高分子材料核辐射损伤判断方法可相互对应参照。
[0065]
如图2所示，本发明提供的一种高分子材料核辐射损伤判断装置，包括：
[0066]
获取模块1，用于获取高分子材料的组分、密度和厚度，并根据所述高分子材料的组分、密度和厚度，确定辐射场环境下高分子材料内部的光子能量沉积和中子能量沉积；
[0067]
第一处理模块2，用于将所述光子能量沉积和所述中子能量沉积输入至高分子材料辐射损伤模型中，得到高分子材料经辐射后的相对分子量；
[0068]
第二处理模块3，用于根据高分子材料经辐射后的相对分子量，判断所述高分子材料在辐射场环境下是否发生辐射损伤；
[0069]
其中，所述高分子材料辐射损伤模型是以高分子材料内部的光子能量沉积和中子能量沉积作为样本，以与所述样本对应的高分子材料经辐射后的相对分子量作为样本标签训练得到。
[0070]
在本实施例中，需要说明的是，降解和交联是高分子材料处于辐射场中发生的最基本的变化，而且这两个过程通常同时发生。辐射降解过程中通常不生成单体分子，辐射降解时发生主链断裂的结果通常是生成较短的分子链，使平均分子量下降。因此，基于该高分子材料核辐射损伤理论，本发明首先通过mcnp(monte carlo n particle transport code)程序，计算高分子材料单位时间内的光子平均能量沉积和种子平均能量沉积。
[0071]
在本实施例中，将上述获得的数据输入至高分子材料辐射损伤模型中，得到高分子材料经辐射后的相对分子量。需要说明的是，由于分子量将直接影响高分子材料的性能，
随着分子量的减小，其拉伸强度、压缩永久变形率等性能指标都会有不同程度的恶化，因此本发明提出了一种通过计算高分子材料经辐射后的相对分子量判断高分子材料是否发生了辐射损伤，具有较强的参考价值。
[0072]
在本实施例中，根据高分子材料经辐射后的相对分子量和未经辐射的高分子材料的相对分子量，确定高分子材料的相对分子变化量，若相对分子变化量大于预设阈值，则所述高分子材料在辐射场环境下发生辐射损伤。可选的，假设相对分子变化量的预设阈值为10％，则当计算的高分子材料相对分子变化量大于10％时，则表明高分子材料在辐射场环境下密度、伸长率、压缩模量等性能指标开始发生明显变化，即发生了辐射损伤，否则未发生辐射损伤。
[0073]
本发明提供的高分子材料核辐射损伤判断装置，通过获取辐射场环境下高分子材料内部的光子能量沉积和中子能量沉积；然而将所述光子能量沉积和所述中子能量沉积输入至高分子材料辐射损伤模型中，得到高分子材料经辐射后的相对分子量；进而可以根据高分子材料经辐射后的相对分子量，判断所述高分子材料在辐射场环境下是否发生辐射损伤；其中，所述高分子材料辐射损伤模型是以高分子材料内部的光子能量沉积和中子能量沉积作为样本，以与所述样本对应的高分子材料经辐射后的相对分子量作为样本标签训练得到。由此可知，本发明基于高分子材料辐射效应机理，提供了一种通过建立高分子材料辐射损伤模型，对高分子材料辐射损伤进行计算的方法，具有较高的应用价值。
[0074]
基于上述实施例的内容，在本实施例中，所述高分子材料辐射损伤模型为：
[0075]
n＝(u
m,n
u
m,p
)
·
na/u
m,0
[0076][0077]
其中，n为高分子材料主链断键次数，u
m,n
和u
m,p
分别为每摩尔中子和光子的能量，u
m,0
为高分子材料主链上最弱化学键的键能，na为阿伏伽德罗常数，m0为未经辐射的高分子材料的相对分子量，m为高分子材料经辐射后的相对分子量。
[0078]
基于上述实施例的内容，在本实施例中，所述第二处理模块，具体用于：
[0079]
根据高分子材料经辐射后的相对分子量和未经辐射的高分子材料的相对分子量，确定高分子材料的相对分子变化量，若所述相对分子变化量大于预设阈值，则所述高分子材料在辐射场环境下发生辐射损伤。
[0080]
图3示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图3所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)310、通信接口(communications interface)320、存储器(memory)330和通信总线340，其中，处理器310，通信接口320，存储器330通过通信总线340完成相互间的通信。处理器310可以调用存储器330中的逻辑指令，以执行高分子材料核辐射损伤判断方法，该方法包括：获取高分子材料的组分、密度和厚度，并根据所述高分子材料的组分、密度和厚度，确定辐射场环境下高分子材料内部的光子能量沉积和中子能量沉积；将所述光子能量沉积和所述中子能量沉积输入至高分子材料辐射损伤模型中，得到高分子材料经辐射后的相对分子量；根据高分子材料经辐射后的相对分子量，判断所述高分子材料在辐射场环境下是否发生辐射损伤；其中，所述高分子材料辐射损伤模型是以高分子材料内部的光子能量沉积和中子能量沉积作为样本，以与所述样本对应的高分子材料经辐射后的相对分子量作为样本标签训练得到。
[0081]
此外，上述的存储器330中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0082]
另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，计算机程序可存储在非暂态计算机可读存储介质上，所述计算机程序被处理器执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的高分子材料核辐射损伤判断方法，该方法包括：获取高分子材料的组分、密度和厚度，并根据所述高分子材料的组分、密度和厚度，确定辐射场环境下高分子材料内部的光子能量沉积和中子能量沉积；将所述光子能量沉积和所述中子能量沉积输入至高分子材料辐射损伤模型中，得到高分子材料经辐射后的相对分子量；根据高分子材料经辐射后的相对分子量，判断所述高分子材料在辐射场环境下是否发生辐射损伤；其中，所述高分子材料辐射损伤模型是以高分子材料内部的光子能量沉积和中子能量沉积作为样本，以与所述样本对应的高分子材料经辐射后的相对分子量作为样本标签训练得到。
[0083]
又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各方法提供的高分子材料核辐射损伤判断方法，该方法包括：获取高分子材料的组分、密度和厚度，并根据所述高分子材料的组分、密度和厚度，确定辐射场环境下高分子材料内部的光子能量沉积和中子能量沉积；将所述光子能量沉积和所述中子能量沉积输入至高分子材料辐射损伤模型中，得到高分子材料经辐射后的相对分子量；根据高分子材料经辐射后的相对分子量，判断所述高分子材料在辐射场环境下是否发生辐射损伤；其中，所述高分子材料辐射损伤模型是以高分子材料内部的光子能量沉积和中子能量沉积作为样本，以与所述样本对应的高分子材料经辐射后的相对分子量作为样本标签训练得到。
[0084]
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
[0085]
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
[0086]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管
参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。