CN101671441B - 一种水凝胶中子辐射防护材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于中子辐射防护材料领域，公开了一种水凝胶中子辐射防护材料及其制备方法，包括以下步骤：(1)按照质量比，取聚乙烯醇∶聚氧化乙烯＝95～99∶1～5，将聚乙烯醇和聚氧化乙烯溶于三次蒸馏水中，配成15～20wt％的聚合物溶液，加热搅拌得到均匀溶解的聚合物溶液；(2)将步骤(1)所得聚合物溶液冷冻成固态，然后在20～30℃下融化，重复该冷冻/融化过程2～6次，通过物理交联形成水凝胶，得到中子辐射防护材料。同时制备了一种含有DyCl₃、LiCl、B₂O₃和BaCl₂的水凝胶中子辐射防护屏蔽材料。该水凝胶屏蔽材料价格便宜，制备方法简单，具有良好的理化性能，凝胶分数高达94.9％、溶胀度高达919.1％、抗张强度0.2MPa和断裂伸长率526.7％，对快中子辐射具有显著的慢化和屏蔽作用。

Description

一种水凝胶中子辐射防护材料及其制备方法

技术领域

本发明属于中子辐射防护材料领域，具体涉及一种具有中子辐射防护作用的水凝胶材料。 

背景技术

核科学技术在工业、农业、国防、航天和医学等领域的应用日益广泛，给人类带来巨大的裨益。然而，各种核辐射如X射线、γ射线特别是高LET中子辐射对职业人员、公众和环境生物的有害效应引起国际防护领域的极大关注。国内外对中子辐射生物效应的机理、救治和防护措施进行了较深入的研究。中子辐射屏蔽材料的研制是辐射防护领域极其重要的措施之一。研究表明，对于中子屏蔽，水、石蜡、木材和聚乙烯塑料等轻材料都能较好地慢化中子，锂、硼等材料可吸收热中子，重金属材料如铅等可吸收中子核反应中产生的γ射线。目前主要的中子屏蔽复合材料有屏蔽混凝土、硼钢(参见：Sercombe T B.JMater Sci Eng，2003，A363(3)：242；Arslan G，Kara F，Turan S.J Key EngMater，2004，264-268：1059)、含铅混凝土、利波维茨合金、Rad-block(参见：Tajiri M.Sunaoka M.Fukumura A.et al.J.Medical Physics.2004，Nov.31(11)：3022-3)、铅硼聚乙烯、聚乙烯醇-聚乙烯(PVA-PE)、环氧树脂碳化硼铝(Al-B₄C)(参见：Okuno，Koichi.J Radiation Protection Dosimetry.2005，vol.115(1-4)：258-61)等。但许多中子屏蔽材料难以满足不同领域的辐射防护要求，主要表现为含铅物质容易污染环境；利波维茨合金不仅含有铅并且还在生产制作过程中产生有毒气体；Rad-block制作工艺复杂并且需要特殊设备；铅硼聚乙烯和聚乙烯醇-聚乙烯(PVA-PE)机械强度差、耐热性和耐持久性均不理想；环氧树脂碳化硼铝(Al-B₄C)性能较理想，但其碳化硼价格十分昂贵。因此，材料的辐射屏蔽效果或中子慢化特征是最重要的因素，而材料的物理力学性能、抗辐照性能、热稳定性等也必须加以考虑。 

上述某些屏蔽材料已广泛应用于一些核反应堆屏蔽系统，但随着航天、核 潜艇和中子弹核武器等领域快堆、动力堆及可携带辐射源应用的增加，辐射屏蔽已从大型固定传统屏蔽材料向紧凑型可移动屏蔽材料发展，从注重核设施屏蔽向更加注重辐射危险人群的防护发展。传统辐射屏蔽材料已难以满足现代辐射防护的特殊要求，结构和功能是屏蔽材料的主要矛盾，如氢化锂材料是目前最好的中子减弱体，质量轻而机械性能差。总之，上述材料的不足之处主要有以下几个方面：制备工艺复杂、毒性、强度韧性难以满足结构屏蔽材料的要求、耐热性差、屏蔽效果不良、体积大难以移动及抗辐照能力较弱等。(参见：杨文峰，刘颖，杨林等.材料导报，2007，5(5)82。) 

高分子聚合物如上述的聚乙烯醇、聚乙烯和环氧树脂用于辐射屏蔽材料，制备成各种不含水分的固体板块状材料使用。高分子聚合物溶液通过物理、化学和辐射交联，可制备成各种性能和用途的水凝胶材料，如作为人工皮肤、伤口敷料、器官替代物、药物控释系统和生物传感器等。但是尚未检索到将应用在中子辐射防护领域的水凝胶。 

发明内容

本发明目的是提供一种水凝胶中子辐射防护材料及其制备方法。 

为达到上述目的，本发明具体技术方案是，一种水凝胶中子辐射防护材料的制备方法，包括以下步骤： 

(1)按照质量比，取聚乙烯醇(PVA)∶聚氧化乙烯(PEO)＝95～99∶1～5，将聚乙烯醇和聚氧化乙烯溶于蒸馏水中，配成15～20wt％的聚合物溶液，加热搅拌得到均匀溶解的聚合物水溶液； 

所述聚乙烯醇的聚合度为1600～1800，聚氧化乙烯的分子量为1×10⁵～5×10⁵。 

(2)将步骤(1)所得聚合物溶液冷冻成固态，然后在20～30℃下融化，重复该冷冻/融化过程2～6次，通过物理交联形成水凝胶，得到一种中子辐射防护材料。 

上述技术方案中，步骤(2)中，聚合物溶液冷冻过程中的温度小于0℃，现有技术中供选择的有-20℃～-80℃等，温度越低对设备的要求越高，同时考虑到冷冻的经济性以及所需的冷冻时间，因此，优选的技术方案中，冷冻温度为-20℃；冷冻时间为0.5h以上，优选的技术方案中，冷冻时间为4～8h，本领域技术人员 可以根据最终形成的水凝胶的理化性能选择冷冻时间。 

上述技术方案中，步骤(2)中，融化时间为1～3h。 

优选的技术方案中，在上述水凝胶中掺入重金属离子，制备一种含金属离子水凝胶中子辐射防护材料的方法，具体包括以下步骤： 

(1)按照质量比，取聚乙烯醇(PVA)∶聚氧化乙烯(PEO)＝95～99∶1～5，将聚乙烯醇和聚氧化乙烯溶于蒸馏水中，配成15～20wt％的聚合物溶液，加热搅拌得到均匀的聚合物溶液； 

(2)向步骤(1)所得聚合物溶液中加入三氯化镝(DyCl₃)、氯化锂(LiCl)、三氧化二硼(B₂O₃)和氯化钡(BaCl₂)，搅拌得到均匀的水溶液； 

所述溶液中，三氯化镝的终浓度为25g/L～50g/L，氯化锂的终浓度为50g/L～100g/L，三氧化二硼的终浓度为3g/L～8g/L，氯化钡的终浓度为25g/L～75g/L；上述终浓度为质量-体积浓度，用单位体积溶液中所含溶质的质量数来表示浓度； 

(3)将步骤(2)所得聚合物水溶液冷冻成固态，然后在20～30℃下融化，重复该冷冻/融化过程2～6次，通过物理交联形成含有重金属离子的水凝胶，得到中子辐射防护材料。 

上述技术方案中，所述蒸馏水选自：二次蒸馏水或三次蒸馏水中的一种； 

上述技术方案中，步骤(3)中，聚合物水溶液冷冻过程中的温度小于0℃，现有技术中供选择的有-20℃～-80℃等，温度越低对设备的要求越高，同时考虑到冷冻的经济性以及所需的冷冻时间，因此，优选的技术方案中，冷冻温度为-20℃；冷冻时间为0.5h以上，优选的技术方案中，冷冻时间为4～8h，本领域技术人员可以根据最终形成的水凝胶的机械性能选择冷冻时间。 

上述技术方案中，步骤(3)中，融化时间为1～3h。 

本发明同时要求保护根据上述方法制备得到的水凝胶，上述技术方案中，所述水凝胶的厚度大于等于6cm。 

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点： 

(1)本发明制备了新型PVA/PEO水凝胶以及含有四种金属离子的水凝胶中子辐射屏蔽材料：该中子辐射屏蔽材料应用物理交联技术，制备工艺简易，成本低廉，水凝胶形状和厚度可根据实际应用设计。 

(2)本发明所述水凝胶中子辐射屏蔽材料具有良好的理化和生物学性能：经8h冷冻形成的1mm厚水凝胶膜的凝胶分数高达94.9％、溶胀度高达919.1％，具有良好的抗张强度(0.2MPa)和断裂伸长率(526.7％)；对生物机体无毒、无致敏性和刺激性。 

(3)本发明所述水凝胶屏蔽材料对中子辐射具有良好的屏蔽慢化作用：该中子辐射屏蔽材料以含量较多H元素作为屏蔽体的主要材料(其中C、H、O的原子个数比为10∶67∶23)，在此基础上掺入可屏蔽和慢化中子的可溶性氯化镝、氯化钡、氯化锂和氧化硼的金属离子。通过Monte Carlo模拟计算和实验测量证实，该中子辐射屏蔽材料对2.45MeV快中子辐射具有显著的慢化和屏蔽作用，中子屏蔽慢化作用随着水凝胶厚度的增加而增强，并且含金属水凝胶材料中子屏蔽效果优于单纯水凝胶材料。12cm厚的含金属离子水凝胶材料对源距只有1cm的2.45MeV快中子的通量计数可减少高达62.4％。 

(4)本发明制备的水凝胶作为金属离子的载体在中子辐射防护中显示出重要的作用，为进一步研制中子屏蔽复合材料提供了新的实验依据。 

(5)本发明为高LET的中子辐射提供了一种简易有效的防护屏蔽材料，对于中子弹等核战争、核辐射事故以及核突发事件受照人群和生物的防护，减少人员伤亡、提高部队战斗力具有重要应用价值。 

附图说明

图1.实施例二中中子实验测量装置示意图； 

图2.实施例二中2.45MeV中子在不同厚度单纯水凝胶中的中子能量分布模拟计算曲线图； 

图3.实施例二中2.45MeV中子在不同厚度含金属水凝胶中的中子能量分布模拟计算曲线图； 

图4.实施例二中2.45MeV中子在不同厚度单纯水凝胶中的弹性碰撞次数模拟计算曲线图； 

图5.实施例二中2.45MeV中子在不同厚度含金属水凝胶中的弹性碰撞次数模拟计算曲线图； 

图6.实施例二中2.45MeV中子在不同厚度单纯水凝胶中的能量损失模拟 计算曲线图； 

图7.实施例二中2.45MeV中子在不同厚度含金属水凝胶中的能量损失模拟计算曲线图； 

其中，1、中子源；2、屏蔽材料；3、B探测器；4、影锥；5、A探测器。 

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述： 

实施例一 

1.1试剂和仪器 

聚乙烯醇(polyvinyl alcohol，PVA)购自日本Meisei Kagaku Kogyo公司，聚合度为1700；聚氧化乙烯(polyethylene oxide，PEO)购自日本Kuraray公司，分子量为1×10⁵～5×10⁵；氯化镝(DyCl₃)购自上海帝阳化工有限公司；氯化锂(LiCl)、氧化硼(B₂O₃)、氯化钡(BaCl₂)购自上海元吉化工有限公司，均为化学纯。恒温干燥箱为重庆实验设备厂产品，-20℃冰箱，座式自动电热压力蒸汽灭菌器为上海申安医疗设备厂生产。 

1.2水凝胶屏蔽材料的制备 

将质量百分比为95～99∶1～5的PVA和PEO溶于三蒸水中，配制浓度为15～20wt％的混和物溶液，充分混匀，放置过夜。然后将混和物溶液放入高压灭菌器中120℃加热2h，加热搅拌均匀，将溶液倒入长宽为28cm×17cm的平底玻璃皿中，厚度分别为1.0mm和1.0cm。将玻璃皿分别放入-20℃的冰箱中冷冻0.5～8h，然后置25℃室温下融化1～3h，如此冻融循环2～6次，通过物理交联形成水凝胶屏蔽材料，将水凝胶样本分别塑封包装，置4℃冰箱保存备用。 

1.3水凝胶膜的性能测定 

1.3.1凝胶分数的测定 

将上述厚度为1.0mm水凝胶膜取5个样本置于真空干燥箱中，50℃，4h，此为干燥样本，称重。而后在室温25℃下，将其浸入三蒸水中24h，浸出溶胶，然后取出凝胶置于真空干燥箱中，50℃，4h，此为干燥凝胶，称重。按下列公式计算凝胶分数： 

凝胶分数(％)＝(干燥凝胶质量/干燥样本质量)×100％。 

1.3.2溶胀度的测定 

将上述厚度为1.0mm水凝胶膜取5个样本置于真空干燥箱中，50℃，4h，使之成为干样本，称重。而后在在室温25℃下，将其浸入去离子水中24h，使之成为湿样本，称重。按下列公式计算溶胀度： 

溶胀度(％)＝[(湿样本质量-干样本质量)/干样本质量]×100％。 

1.3.3抗张强度与断裂伸长率 

将上述厚度为1.0mm水凝胶膜取5个制备成哑铃形状，总长度为59mm，宽度为10mm，两侧为哑铃柄部分，中间弧形凹陷处为样本部分，样本长度为10mm，样本宽度(即弧形凹陷之间的最短距离)为7mm，样本厚度为1mm。在室温25℃，空气湿度为40％的条件下，以100mm/min的拉伸速率，应用SZL-200数显专用拉压试验机，测定样本断裂时的张力(N)和伸长度(mm)。按下列公式分别计算抗张强度和断裂伸长率： 

抗张强度(MPa)＝样本断裂时的张力/(样本宽度×样本厚度)， 

断裂伸长率(％)＝[(样本断裂时的伸长度-样本长度)/样本长度]×100％。 

厚度为1.0mm经不同冷冻时间物理合成的水凝胶膜的凝胶分数(Gelfraction，GF)、溶胀度(Degree of swelling，DS)、抗张强度(Tensile strength，TS)、断裂伸长率(Elongation at break，EB)的测定结果列于表1。 

表1.水凝胶的性能(x±s，n＝5) 

冷冻时间(h)	GF(％)	DS(％)	TS(MPa)	EB(％)
					0.5	60.58±4.54	976.39±43.41	-	-
1	95.14±0.33	964.43±27.39	0.085±0.007	202.88±8.8
					2	95.41±0.38	901.61±36.57	0.183±0.026	570.58±8.4
4	96.10±0.23	841.21±23.34	0.222±0.027	673.50±20.5
					8	94.88±0.23	919.13±32.59	0.210±0.020	526.72±6.4

由表1结果可见，随冷冻时间的延长，水凝胶膜的抗张强度和断裂伸长率均逐渐增大，至冷冻时间为4h的水凝胶，抗张强度和断裂伸长率均最大；然而，冷冻时间为8h的水凝胶溶胀度较大，抗张强度和断裂伸长率适于应用。因此，冷冻8h形成的水凝胶膜的理化性能适于作为中子辐射防护屏蔽材料。 

实施例二  含重金属离子的水凝胶屏蔽材料的制备 

2.1按实施例一的1.2所述制备PVA、PEO和水的混合物，然后加入DyCl₃、LiCl、B₂O₃和BaCl₂，三氯化镝的终浓度为25g/L～50g/L，氯化锂的终浓度为50g/L～100g/L，三氧化二硼的终浓度为3g/L～8g/L，氯化钡的终浓度为25g/L～75g/L； 

按1.2所述方法制备含重金属离子的1.0cm厚的水凝胶屏蔽材料，置4℃冰箱保存备用。 

2.2水凝胶中子屏蔽作用的Monte Carlo模拟计算方法和条件 

基于蒙特卡罗模拟的SHIELD程序是模拟高能粒子和复杂宏观靶事件之间相互作用的一个工具程序。SHIELD的最初版本是由俄罗斯科学研究院核物理研究协会的科学家N.Sobolevsky于1972年研制出来的。目前，SHIELD程序的现代版本已经可以用来模拟低能中子、π介子、κ介子和μ子等能量高达1TeV的各种粒子在靶物质中的输运，以期在理论上证实PVA/PEO水凝胶材料对中子辐射的屏蔽作用。本实验应用SHIELD程序，模拟计算了2.45MeV中子在不同厚度单纯水凝胶和含金属水凝胶中的输运情况，跟踪粒子数为10⁵个。 

应用SHIELD程序，模拟计算了2.45MeV中子在厚度为2、4、6、8、10和12cm单纯水凝胶和含金属水凝胶的中子能量分布，计算出射中子数百分率和能量小于1.4MeV的中子数百分率，给出中子与屏蔽体靶原子发生弹性碰撞的次数及其能量损失。 

2.2.1  2.45MeV中子通过两种水凝胶屏蔽材料后的中子百分率的变化 

应用SHIELD程序模拟计算出2.45MeV中子通过2～12cm厚度单纯水凝胶和含金属水凝胶后出射中子百分率和能量小于1.4MeV的中子百分率，结果列于表2和表3。 

表2  2.45MeV中子通过不同种类和厚度水凝胶后出射中子百分率的变化 

水凝胶厚度(cm)	2	4	6	8	10	12
							单纯水凝胶(％)	100	99.6	99.8	97.34	94.22	90.54
含金属水凝胶(％)	99.02	92.5	80.7	67.29	55.85	46.13

表3  2.45MeV中子通过不同种类和厚度水凝胶后能量＜1.4MeV中子百分率变化 

水凝胶厚度(cm)	2	4	6	8	10	12
							单纯水凝胶(％)	15.42	31.23	44.19	54.63	62.3	67.83
含金属水凝胶(％)	22.19	38.9	47.83	54.57	59.52	63.02

由表2结果可见，单纯水凝胶材料随厚度增加对通过该屏蔽的出射中子百分率的降低影响较小，而含金属水凝胶材料随厚度增加可使通过该屏蔽的出射中子百分率明显降低，表明含金属水凝胶对快中子辐射具有显著的防护屏蔽作用。 

由表3可见，单纯水凝胶和含金属水凝胶材料随厚度增加可使通过该屏蔽的能量小于1.4MeV的出射中子百分率亦明显增加，表明这两种水凝胶屏蔽材料对快中子具有显著的慢化作用。 

2.2.2两种水凝胶屏蔽材料中的中子能量分布 

图2和图3结果显示，2.45MeV中子通过厚度0-12cm的单纯(图2)或含金属水凝胶(图3)屏蔽材料，随着水凝胶屏蔽材料厚度的增加，高能量出射中子百分率逐渐减少；与单纯水凝胶屏蔽材料比较，同一厚度含金属水凝胶屏蔽材料对高能量出射中子百分率的降低比较明显。 

2.2.3中子与水凝胶屏蔽材料的弹性碰撞次数和能量损失 

应用SHIELD程序，模拟计算出2.45MeV中子在各种水凝胶中输运时与其发生的弹性碰撞次数及其碰撞后的能量损失，结果示于图4、图5、图6和图7。 

由图4和图5可见，随着水凝胶厚度的增加，发生弹性碰撞的次数和能量损失也在增多，其中弹性碰撞次数的高峰发生在水凝胶4～6cm厚度处，单纯水凝胶的弹性碰撞次数大于含金属水凝胶，这与其水的相对含量较多有关。然而，中子在含金属水凝胶中的能量损失高于单纯水凝胶，能量损失的高峰发生在不同厚度水凝胶起始2cm处，表明含重金属离子水凝胶屏蔽材料能有效地降低2.45MeV快中子的能量。 

2.3中子辐射测量与校正 

2.3.1中子辐射测量方法 

中子辐照及屏蔽测量在上海大学射线应用研究所完成。实验采用氘-钛靶(Ф2.8cm)中子加速器，K-400型高压倍加器对氘气电离加速，获能的氘离 子与靶片中的氘通过(D，D)核反应，产生2.45MeV快中子作为实验用中子源(1)。中子源强用BH3105型中子剂量当量仪测量。为了保证各次测量时中子源强的一致性，实验采用两个BF₃探测器，一个BF₃探测器(用A探测器(5)表示)测量经过屏蔽材料后的中子通量计数，另一个BF₃探测器(用B探测器(3)表示)用作倍加器出射中子源强的监测。A计数器的灵敏体积为：Ф3.0cm×20cm，距离中子源的距离为75.5cm；B计数器的灵敏体积为：Ф4.2cm×25cm，距离中子源的距离为6cm。将不同厚度的水凝胶屏蔽材料(2)置于距离中子源1cm处，以屏蔽中子辐射，每次测量时间为100秒，平行测量6次。中子实验测量装置分布请参考图1，包括：中子源(1)、屏蔽材料(2)、B探测器(3)、A探测器(5)，其中，中子源(1)经过屏蔽材料形成辐照区域即影锥(4)。 

2.3.2中子屏蔽效率的计算 

Na0和Nb0分别为无屏蔽层时A计数器和B计数器的6次测量计数的均数。 

设f＝Na0/Nb0，为A、B两计数器的校正系数。Nax和Nbx分别为Xcm厚度屏蔽层时A、B计数管的计数测量值，x cm屏蔽层时A计数管的空白校正值应为： 

N⁰ax＝Na0/Nb0×Nbx 

A计数管在x cm屏蔽层时测量值与空白校正值之差值表示了该厚度屏蔽层的屏蔽效果： 

ΔNax＝N⁰ax-Nax 

则Xcm厚度水凝胶屏蔽后，中子通量计数的减少率即可表示为中子屏蔽效率Fx： 

$\mathrm{Fx}=\mathrm{\ΔNax}/N^0\mathrm{ax}=(N\stackrel{\‾}{a0}/N\stackrel{\‾}{b0}-\mathrm{Nax}/\mathrm{Nbx})/(N\stackrel{\‾}{a0}/N\stackrel{\‾}{b0})=1-\left(\frac{\mathrm{Nax}}{\mathrm{Nbx}}\right)/f$

所述方法中，应用BH3105型中子剂量当量仪分别测量了不同种类和厚度水凝胶屏蔽材料的中子通量计数，计算出中子通量减少的百分率，结果列于表4。 

表4.不同种类和厚度水凝胶中子通量减少百分率的变化(x±s，n＝6) 

水凝胶厚度(cm)

2

4

6

8

10

12

单纯水凝胶中子   通量减少百分率(％)

16.06±0.87

33.86±0.71

42.82±0.78

49.42±1.07

58.55±0.81

61.15±0.74

含金属水凝胶中子   通量减少百分率(％)

17.49±1.27

32.76±0.59*

46.24±0.79*

51.9±0.64*

61.32±1.11**

62.37±0.85

注：^＊P＜0.05，^＊＊P＜0.01 

通过SAS8.0软件分析，表4数据资料均为完全随机设计多组均数比较的方差分析，方差齐性检验符合方差齐性条件。单纯水凝胶材料的中子测量数据ANOVA检验F＝2406.58，P＜0.01，故可认为不同厚度单纯水凝胶膜的中子通量减少百分率不全等或全不等。采取SNK做两两比较，各组之间均有显著统计学差异。说明不同厚度的水凝胶屏蔽中子的效率不同。含金属离子水凝胶的中子测量数据ANOVA检验F＝2220.83，P＜0.01，故可认为不同厚度含金属离子水凝胶的中子通量减少百分率不全等或全不等。采取SNK做两两比较，除了10cm和12cm两组之间没有统计学差异以外，2cm、4cm、6cm、8cm与10cm或12cm之间均有统计学差异。 

中子屏蔽作用随着水凝胶厚度的增加而增强，根据表4测量数据拟合出线性回归方程，单纯水凝胶中子屏蔽线性方程为y₁＝-4.3769x+86.981，R＝0.9434；含金属水凝胶中子屏蔽线性方程为y₂＝-4.5103x+86.229，R＝0.9351。根据上述线性方程，可方便的计算出不同屏蔽要求所需的水凝胶屏蔽材料的厚度。 

应用SAS软件对单纯水凝胶和含金属离子水凝胶中子通量减少百分率进行了t检验分析。厚度为6～10cm含金属离子水凝胶组的中子通量计数减少的百分率显著高于单纯水凝胶组(P＜0.05或P＜0.01)，12cm厚的含金属离子水凝胶材料中子通量计数率可减低至62.4％。结果表明，含金属离子水凝胶材料的中子屏蔽效果明显优于单纯水凝胶材料。 

Claims (7)

1.一种水凝胶中子辐射防护材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)按照质量比，取聚乙烯醇∶聚氧化乙烯＝95～99∶1～5，将聚乙烯醇和聚氧化乙烯溶于蒸馏水中，配成15～20wt％的聚合物溶液，加热搅拌得到均匀溶解的聚合物水溶液；

(2)将步骤(1)所得聚合物溶液冷冻成固态，然后在20～30℃下融化，重复该冷冻/融化过程2～6次，通过物理交联形成水凝胶，得到一种中子辐射防护材料。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，聚合物溶液冷冻过程中的温度小于0℃。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，聚合物溶液冷冻过程中的温度为-20℃。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，聚合物溶液冷冻过程中，冷冻时间为0.5h以上。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，融化时间为1～3h。

6.一种含金属离子水凝胶中子辐射防护材料的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

(1)按照质量比，取聚乙烯醇∶聚氧化乙烯＝95～99∶1～5，将聚乙烯醇和聚氧化乙烯溶于蒸馏水中，配成15～20wt％的聚合物溶液，加热搅拌，得到均匀溶解的聚合物溶液；

(2)向步骤(1)所得聚合物溶液中加入三氯化镝、氯化锂、三氧化二硼和氯化钡，搅拌得到均匀的水溶液；

所述溶液中，三氯化镝的终浓度为25g/L～50g/L，氯化锂的终浓度为50g/L～100g/L，三氧化二硼的终浓度为3g/L～8g/L，氯化钡的终浓度为25g/L～75g/L；

(3)将步骤(2)所得聚合物水溶液冷冻成固态，然后在20～30℃下融化，重复该冷冻/融化过程2～6次，通过物理交联形成含有重金属离子的水凝胶，得到一种含金属离子中子辐射防护材料。

7.采用权利要求1或权利要求6所述制备方法得到的水凝胶中子辐射防护材料，所述水凝胶的厚度大于等于6cm。

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