达尔富尔问题董梦格;薛向欣;杨合;李哲夫
【摘 要】Taking the epoxy resin as the research object in this paper ,shielding property of epoxy resin was analyzed in the energy of 0.001‐100 MeV ,and shielding test was carried by 60Co gamma ray .Besides ,the irradiation for epoxy resin was treated by 93.5 kGy gamma ray , w hile the density , macro photograph , mechanical property , micro morphology ,temperature resistance and infrared spectra of epoxy resin before and after irradiation were analyzed .The results show that the attenuation of the gamma ray by epoxy resin is mainly related to the photoelectric absorption in the low energy (E<0.01 MeV) ,is mainly related to the incoherent scattering in the intermediate energy (0.01 MeV < E< 10 MeV ) ,is mainly related to the incoherent scattering and pair production in nuclear field in the high energy (10 MeV< E<100 MeV) ,and the shiel‐ding property of epoxy resin by 60 Co gamma ray is general .T he irradiation of 93.5 kGy gamma ray results in the aging phenomenon of epoxy resin ,the decrease of density and the highest heat resistant temper
ature , the increase of mechanical property and the low ness of destruction level ,w hich show s the irradiation resistance of epoxy resin for 93.5 kGy gamma ray .%本文以环氧树脂为研究对象，分析了环氧树脂对能量范围在0.001～100 M eV的伽马射线的屏蔽性能，测试了环氧树脂对60 Co伽马射线的屏蔽性能，并对其进行了总剂量为93.5 kGy的伽马射线辐照处理，对辐照前后环氧树脂的密度、光学照片、力学性能、断面微观形貌、耐热性能和红外光谱进行了分析。结果表明：环氧树脂对低能（ E＜0.01 M eV ）伽马射线的衰减主要是光电吸收作用，对中能（0.01 M eV＜ E＜10 M eV ）伽马射线的衰减主要是非相干散射作用，对高能（10 M eV＜ E＜100 M eV ）伽马射线的衰减主要是非相干散射作用和电子对核效应作用，环氧树脂对60 Co伽马射线的屏蔽性能一般。93.5 kGy伽马射线辐照导致环氧树脂老化、密度和最大耐热温度降低、力学性能增大、破坏程度低，环氧树脂可耐93.5 kGy伽马射线辐照。 笨笨牛历险记【期刊名称】《原子能科学技术》
【年(卷),期】2016(050)011
【总页数】6页(P2101-2106)
【关键词】环氧树脂;伽马射线;屏蔽性能;伽马射线辐照
【作 者】董梦格;薛向欣;杨合;李哲夫
【作者单位】东北大学冶金学院，辽宁沈阳 110004; 辽宁省冶金资源循环科学重点实验室，辽宁沈阳 110004; 辽宁省硼资源综合开发利用工程技术研究中心，辽宁沈阳 110004; 辽宁省高校硼资源生态化综合利用技术与硼材料重点实验室，辽宁沈阳 110004;东北大学冶金学院，辽宁沈阳 110004; 辽宁省冶金资源循环科学重点实验室，辽宁沈阳 110004; 辽宁省硼资源综合开发利用工程技术研究中心，辽宁沈阳 110004; 辽宁省高校硼资源生态化综合利用技术与硼材料重点实验室，辽宁沈阳 110004;东北大学冶金学院，辽宁沈阳 110004; 辽宁省冶金资源循环科学重点实验室，辽宁沈阳 110004; 辽宁省硼资源综合开发利用工程技术研究中心，辽宁沈阳 110004; 辽宁省高校硼资源生态化综合利用技术与硼材料重点实验室，辽宁沈阳 110004;中国科学院上海应用物理研究所，上海 201800
【正文语种】无锡新城中学中 文
【中图分类】X34;X946
随着我国核电设施的高速发展，射线装置逐步应用于人类生活的各方面，特别是在辐照加工、医学、环境污染治理和农业领域的应用。据不完全统计：在全世界80多个国家中，60Co放射源的装置约为250座，强度已达到9.25×1018Bq[1]。常用的生物防护层是混凝土材料，但混凝土防护层在浇注过程及使用过程中会产生裂缝和贯穿屏蔽结构上不规则形状的空洞[2-3]，需对这些缝隙和空洞进行修复以防止射线泄漏对人体造成伤害。环氧树脂因具有良好的耐腐蚀、耐中子和伽马射线辐照损伤、固化工艺简单、耐热性能好，而被广泛地用于屏蔽材料领域[4-10]，如环氧树脂可用作核电站墙体或地板涂层[11-12]，也可直接用于混凝土的修复，环氧树脂中添加骨料可用来制备混凝土修复的环氧树脂浆料或直接制备屏蔽材料[2,4]，如El-Sayed等[2]曾针对钛铁矿(密度为4.2g/cm3)开展了钛铁矿/环氧树脂复合材料作为混凝土裂缝修复的浆料的研究，李哲夫等[4,8-10]开展了一系列以辽宁特有硼矿制备硼矿/环氧树脂复合材料的研究，制备的复合材料具有良好的中子、伽马射线和X射线屏蔽性能。
从上述环氧树脂的应用可看出，环氧树脂作为基体材料在伽马射线屏蔽材料领域的应用非常广泛，但其主要作用形式是填料对伽马射线的屏蔽作用，本文以环氧树脂为研究对象，分析环氧树脂对能量范围在0.001～100MeV的伽马射线的屏蔽性能，测试环氧树脂对60C
中华民族根本利益所在是
o伽马射线的屏蔽性能，对环氧树脂进行总剂量为93.5kGy的伽马射线辐照处理，并对辐照前后环氧树脂的密度、光学照片、力学性能、断面微观形貌、耐热性能和红外光谱进行分析。
1.1 环氧树脂的制备
将E-44环氧树脂(6101#，蓝星无锡化工树脂厂)及其配套固化剂(651聚酰胺，蓝星无锡化工树脂厂)按质量配比100∶60混合均匀后，静置脱泡，采用敞开式浇注工艺[13]，在特制模具中室温固化24h，脱模后得到环氧树脂，其化学组成列于表1。
1.2 环氧树脂对伽马射线的屏蔽性能
环氧树脂对伽马射线屏蔽性能的表征将通过软件分析与实际测试的方式进行。采用XCOM软件计算屏蔽材料的质量衰减系数μm(cm2/g)，该软件包含所有化学元素对能量在0.001～100000MeV的伽马射线屏蔽的质量衰减系数，也能计算单质和化合物对能量在0.001～100000MeV的伽马射线屏蔽的质量衰减系数，同时可分析屏蔽材料对伽马射线屏蔽衰减的5种作用形式(光电吸收作用、相干散射作用、非相干散射作用、电子对核效应作用、电子
对电子效应作用)，及5种屏蔽衰减的作用形式单独对能量为0.001～100000MeV伽马射线屏蔽的质量衰减系数[14-17]。环氧树脂对伽马射线屏蔽效果的实验测试采用中国计量科学院60Co伽马射线源，其平均能量为1.25MeV，60Co伽马射线标准准直场测试简图如图1所示。
1.3 环氧树脂耐辐照性能测试
利用中国科学院上海应用物理研究所60Co伽马射线辐照场对环氧树脂进行总剂量为93.5kGy的辐照处理[18-19]，分析辐照前后环氧树脂的密度和光学照片，利用电子万能实验机分析辐照前后环氧树脂的力学性能，采用扫描电子显微镜分析辐照前后环氧树脂断面的微观形貌，使用TG-DSC分析仪分析辐照前后环氧树脂的最大耐热温度，并利用红外光谱仪分析辐照前后环氧树脂的红外光谱。
2.1 环氧树脂对伽马射线的屏蔽性能linpack
图2为环氧树脂对不同能量伽马射线的屏蔽性能，可看出，随着伽马射线能量的增加，环氧树脂的质量衰减系数呈现先快速下降(E<0.01MeV)再缓慢下降(0.01MeV<E<100MeV)的趋
势，这主要取决于伽马射线与屏蔽物质作用的5种形式(光电吸收作用、相干散射作用、非相干散射作用、电子对核效应作用和电子对电子效应作用)。当伽马射线的能量小于0.01MeV时，光电吸收作用是环氧树脂对伽马射线造成衰减的主要形式，其他衰减作用形式可忽略不计；当伽马射线的能量为0.01～0.05MeV时，光电吸收作用与非相干散射作用是环氧树脂对伽马射线造成衰减的主要形式；当伽马射线的能量为0.05～7MeV时，非相干散射作用是环氧树脂对伽马射线造成衰减的主要形式；当伽马射线的能量为7～100MeV时，非相干散射作用和电子对核效应作用是环氧树脂对伽马射线造成衰减的主要形式。从以上分析可看出，环氧树脂对不同能量伽马射线的衰减主要是由5种作用形式中的一种或多种引起的，其中环氧树脂对低能(E<0.01MeV)伽马射线的衰减主要是光电吸收作用，对中能(0.01MeV<E<10MeV)伽马射线的衰减主要是非相干散射作用，对高能(10MeV<E<100MeV)伽马射线的衰减主要是非相干散射作用和电子对核效应作用。
表2所列为环氧树脂对60Co伽马射线屏蔽的测试结果，可看出，随着环氧树脂厚度的增加，仪器读数减小，表明屏蔽性能随环氧树脂厚度的增加而增加。环氧树脂屏蔽60Co伽马射线的线性衰减系数μt(cm-1)、质量衰减系数μm(cm2/g)和半值层厚度HVL(cm)[20-21]通过式(1)～(3)计算得到：
其中：R0为无屏蔽材料时仪器的读数；R为不同厚度屏蔽材料时仪器的读数；d为环氧树脂的厚度，cm；ρ为环氧树脂的密度，cm3/g。
计算得到环氧树脂对60Co伽马射线的线性衰减系数为0.05081cm-1，质量衰减系数为0.04537cm2/g，半值层厚度为13.639cm，其屏蔽性能弱于混凝土和水(混凝土和水的半值层厚度分别为5.17cm和11cm[15])，环氧树脂的屏蔽性能一般。
2.2 93.5kGy伽马射线辐照对环氧树脂的影响
辐照前后环氧树脂的光学照片如图3所示，环氧树脂的颜由淡黄变为深褐，有老化现象出现[22]。辐照前后环氧树脂性能的变化(密度、抗折强度、最大耐热温度)列于表3，可看出，辐照后环氧树脂的密度降低，降低率约为0.45%，这是由于环氧树脂经伽马射线辐照后分解成小分子排出造成的，环氧树脂含有的官能团主要有烷烃、芳烃、醚、酯、胺基等，而伽马射线辐照使环氧树脂分子成为激发态，处于激发态的分子会在薄弱结构点发生均裂生成多种自由基，均裂形成的自由基间会发生反应生成多种新的化合物，辐照后分解产物主要为氢气、甲烷、乙烷等，其中部分小分子在辐照、放置过程中会从树脂中溢出[4,23]，但环氧树脂密度的降低程度不大。通过分析辐照前后环氧树脂的抗折强度(表3)和
断面微观形貌(图4)后发现，伽马射线的辐照使得环氧树脂的抗折强度提高，辐照前环氧树脂的断面平滑，有明显裂纹、清晰的河流样纹及解理台阶，为明显的脆性断裂，而辐照后环氧树脂的断面裂纹减少，断面之间的裂纹呈平行的直线，河流样纹和解理台阶部分消失，说明伽马射线的辐照降低了环氧树脂的脆性，这是因为环氧树脂及其固化剂的固化作用主要是通过环氧树脂的环氧基团及固化剂中的胺基基团发生交联反应实现的，伽马射线的辐照使得环氧基团与胺基基团间的交联作用加强[24-25]。辐照前环氧树脂的最大耐热温度为235℃，辐照后最大耐热温度为230℃，无明显变化。
图5为伽马射线辐照前后环氧树脂的红外光谱，可看出，辐照前后的样品中在1639、1510、1380、1250和830cm-1处均具有振动峰，其中，1639、1510、1250和830cm-1处振动峰是环氧树脂的特征振动峰[25-26]，依次为碳碳双键振动峰、苯环振动峰、苯醚键的不对称伸缩振动峰和对位取代苯环上两个相邻氢原子的面外弯曲振动峰，但振动峰强度不同，而辐照后的环氧树脂在1610cm-1和670～1000cm-1处产生振动峰，其中波数为670～1000cm-1时，振动峰呈现杂乱振动，原因可能是辐照造成了环氧树脂分析的部分分解造成的，可看出，93.5kGy伽马射线的辐照虽引起了环氧树脂的破坏，但不足以完全破坏环氧树脂，可见环氧树脂对高剂量伽马射线具有良好的耐辐照性能。
