CN104129954A - 一种重晶石X/γ射线防护材料 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种X/γ射线防护材料，以现有技术相比，本发明采用比普通混凝土具有更高屏蔽效能和结构效能的重晶石粉作为X/γ主体防护材料，仅由水泥和重晶石组成，具有优异屏蔽效能和结构性能，其比铅当量为0.13-0.14(1毫米厚的的重晶石X/γ射线防护砖及其砌块的屏蔽效果相当于0.13-0.14毫米厚的铅)，远远高于C30普通混凝土，体现出优异的屏蔽防护效能。且成本相对低廉、易于使用，非常适用于医疗、工业及农业等涉及X/γ射线应用领域的防护。
Description
技术领域
本发明涉及一种X/γ射线防护材料，具体的说，涉及一种以重晶石为主成分的X/γ射线防护材料。
背景技术
随着核技术应用的蓬勃发展，医疗、工业及农业等行业中对X/γ射线应用领域的广度和深度日益加强，目前，临床医用电子直线加速器的最高射线能量已达到25MeV，超大型辐照设施的60Co密封放射源的活度已接近500万居里，所有这些设备和放射源都需要防护措施，C30普通混凝土是目前最广泛使用的X/γ射线防护主体建筑材料。
但C30普通混凝土作为X/γ射线防护主体建筑材料的缺点不断显现，主要可归纳为三个方面：1)射线防护材料的屏蔽性能与结构性能(抗压、抗折和抗剪切性能等)的关系是一对矛盾体，防护建筑用C30普通混凝土的抗压强度是混凝土立方体抗压强度标准值为30Mpa/mm2的概率为95％，而其抗折强度一般仅为2.1-3.2MPa；2)C30普通混凝土的典型质量密度为2.35g/cm3，对于X/γ射线的比铅当量值约0.08-0.1(1毫米厚的C30普通混凝土的屏蔽效果相当于0.08-0.1毫米厚的铅)，相对屏蔽性能差，占地面积大，施工成本高；3)采用C30普通混凝土作为防护工程的主体建筑材料，要求一次灌注，一次成型，施工工艺复杂，施工要求高，而且从灌注到成型的时间长，相对防护效果较差。
因此，目前亟需发展一种与普通混凝土射线防护材料相比较，具有更高屏蔽效能和良好结构性能的射线防护材料。
发明内容
本发明的目的是提供一种X/γ射线防护材料，该材料以比普通混凝土具有更高屏蔽效能和结构效能的重晶石粉作为X/γ主体防护材料。
本发明所述X/γ射线防护材料具有优异屏蔽效能和结构性能，且成本相对低廉、易于使用，非常适用于医疗、工业及农业等涉及X/γ射线应用领域的防护。
重晶石的主要成分为硫酸钡。其化学成分主要是：BaO：65.7％，SO3：34.3％，还有少量的Sr、Pb和Ca类质同像替代。
本发明所述的X/γ射线防护材料，主体材料为重晶石。
进一步的，本发明所述的X/γ射线防护材料由重晶石和水泥组成。
其中，所述的重晶石和水泥的质量比为5-8:1。
优选的，所述的重晶石和水泥的质量比为5.88:1。
其中重晶石为重晶石粉，其粒度为直径为0.1cm-0.3cm；
本发明所述的X/γ射线防护材料，可采用以下方法制备：
1)备料：取水泥和重晶石粉，加入水之后混合，水与固体料的质量配比为1:5-6.7；
2)成型：以一定形状进行初压并压实成型，压力500t，压制5-7次；
3)粗凝结：然后在15-17℃，湿度70％的条件下放置5-7h；
4)在20-35℃条件下放置5-7天，或者在70-100℃下进行蒸汽养护3-5天，得到成品。
一般来说，硅酸盐的水化物在适当的温度和湿度的环境下，逐渐浓缩凝聚，形成晶体结构，具有强度。这个过程开始较快，但会逐渐慢下来，这是因为水泥颗粒周围被已经形成的晶体和凝胶所包围，阻止了水继续矿物颗粒内部渗透的结果。实践证明若完成水泥水解水化反应的全过程，其强度和硬度还会进一步提高。
步骤3)中，所述粗凝结的作用就是将产品中的水泥由最初可塑性的浆体逐渐变稠失去可塑性，进行水硬化过程；
步骤4)的作用在于，当水泥完成了粗凝结硬化后，由于砖整体上还是属于潮湿状态，可以借助其中的水分，在较高的温度或高温高湿条件下，进一步的完成水泥的硬化过程。因此还需要在20-35℃条件下经过天然成型5-7天，或者在70-100℃下进行蒸汽养护3-5天，得到成品。
在使用状态下，本发明的防护材料基本不含水分。
因此，本发明还提供上述X/γ射线防护材料的制备方法，包括以下步骤：
1)备料：取水泥和重晶石粉，加入水之后混合；
2)成型：以一定形状进行初压并压实成型，压力500t，压制5-7次；
3)粗凝结：然后在15-17℃，湿度70％的条件下放置5-7h；
4)在20-35℃条件下放置5-7天，或者在70-100℃下进行蒸汽养护3-5天，得到成品。
其中，所述的重晶石粉的粒度为直径0.1cm-0.3cm。
步骤1)中，所述的重晶石粉与水泥的比例为5-8:1；水与固体料的质量配比为1:5-6.7。
优选的，所述的重晶石粉与水泥的比例为5.88:1。
本发明所述的X/γ射线防护材料仅采用普通水泥，将重晶石粉作为主体材料，通过特定的制备方法就能够制备出防护功能很好的X/γ射线防护材料。
经检测，本发明所述的X/γ射线防护材料包括以下组分：BaO：45％～55％；SiO2：10％～15％；CaO：5％～10％；SO3：20％～25％：Al2O3、Fe2O3、MgO：1％～5％；其他。
本发明还提供上述X/γ射线防护材料的应用方法。
将根据上述方法制备的防护材料直接按照需要的规格堆砌起来，砌缝用水泥进行粘接，注意不要有贯通的砌缝就可以良好屏蔽和防护X/γ射线。
本发明采用比普通混凝土具有更高屏蔽效能和结构效能的重晶石粉作为X/γ主体防护材料，具有优异屏蔽效能和结构性能，本发明提供的重晶石X/γ射线防护砖及其砌块的比铅当量为0.13-0.14(1毫米厚的的重晶石X/γ射线防护砖及其砌块的屏蔽效果相当于0.13-0.14毫米厚的铅)，远远高于C30普通混凝土，体现出优异的屏蔽防护效能。且成本相对低廉、易于使用，非常适用于医疗、工业及农业等涉及X/γ射线应用领域的防护。
附图说明
图1为本发明所述的重晶石材料的制备流程图。
图2为本发明实施例1-3与C30混凝土在6Mev时的屏蔽性能比较。
图3为本发明实施例1-3与C30混凝土在15Mev时的屏蔽性能比较。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
实施例1
按以下成分配比制备本发明所述的X/γ射线防护材料：重晶石1t，水泥200公斤，水泥选用普通硅酸盐水泥，水200公斤。
本发明所述的X/γ射线防护材料，可采用以下方法制备：
1)备料：取水泥和重晶石粉，加入水之后混合，水与固体料的质量配比为1:5-6.7；
2)成型：以一定形状进行初压并压实成型，压力500t，压制5次；
3)粗凝结：然后在17℃，湿度70％的条件下放置5-7h；
4)在20-35℃条件下放置7天，得到成品。
实施例2
按以下成分配比制备本发明所述的X/γ射线防护材料：重晶石1t，水泥125公斤，水泥选用普通硅酸盐水泥，水168公斤。
本发明所述的X/γ射线防护材料，可采用以下方法制备：
1)备料：取水泥和重晶石粉，加入水之后混合；
2)成型：以一定形状进行初压并压实成型，压力500t，压制7次；
3)粗凝结：然后在15℃，湿度70％的条件下放置5h；
4)在100℃下进行蒸汽养护5天，得到成品。
实施例3
按以下成分配比制备本发明所述的X/γ射线防护材料：重晶石1t，水泥170公斤，水泥选用普通硅酸盐水泥，水234公斤。
本发明所述的X/γ射线防护材料，可采用以下方法制备：
1)备料：取水泥和重晶石粉，加入水之后混合；
2)成型：以一定形状进行初压并压实成型，压力500t，压制5次；
3)粗凝结：然后在15℃，湿度70％的条件下放置7h；
4)70℃下进行蒸汽养护3天，得到成品。
检测各材料的屏蔽性能。
基于MCNP4C程序通过蒙卡模拟对实施例1-3以及C30普通混凝土做了能量：6MeV的个人剂量(个人剂量：是反映各种射线或粒子被吸收后引起的生物效应强弱的电离辐射量)的计算，结果如表1所示：
表1能量6MeV时各材料的个人剂量
将上述数据制图，见图2，由图2可知，在射线能量为6MeV的条件下，三个实施例的屏蔽性能基本相同，而C30混凝土的屏蔽性能要远比比实施例的任何一个的屏蔽性能都要差。
同时对各材料进行了15MeV能量的屏蔽实验，实验结果如表2所示：
表2能量15MeV时各材料的个人剂量
将上述数据制图，见图3，由图3可知，在射线能量为15MeV的条件下，三个实施例的屏蔽性能基本相同，而C30混凝土的屏蔽性能要远比比实施例的任何一个的屏蔽性能都要差。
另外，对实施例3和C30普通混凝土的抗压强度和抗折强度进行了比较。
根据国家建筑材料工业技术监督研究中心，建筑材料工业干混砂浆产品质量监督检验测试中心提供的检验报告。本发明提供的重晶石X/γ射线防护砖及其砌块与C30普通混凝土的抗压强度和抗折强度比较见表3。
表3重晶石防护射线材料与C30普通混凝土的抗压强度和抗折强度
2)根据核工业地质分析测试研究中心提供的分析测试报告。本发明提供的重晶石X/γ射线防护砖及其砌块的基本组分见下表。
BaO：45％～55％；SiO2：10％～15％；CaO：5％～10％；SO3：20％～25％：Al2O3、Fe2O3、MgO：1％～5％；其他：约为1％。
3)根据中国疾病预防控制中心辐射防护与核安全医学所，射线防护器材检测中心提供的检测报告。本发明提供的重晶石X/γ射线防护砖及其砌块的比铅当量为0.13-0.14(1毫米厚的的重晶石X/γ射线防护砖及其砌块的屏蔽效果相当于0.13-0.14毫米厚的铅)，远远高于C30普通混凝土，体现出优异的屏蔽防护效能。
Claims (10)
1.一种X/γ射线防护材料，其特征在于，所述X/γ射线防护材料的主体材料为重晶石。
2.如权利要求1所述的X/γ射线防护材料，其特征在于，所述X/γ射线防护材料由重晶石和水泥组成。
3.如权利要求2所述的X/γ射线防护材料，其特征在于，所述的重晶石和水泥的质量比为5-8:1。
4.如权利要求1或2所述的X/γ射线防护材料，其特征在于，所述的重晶石和水泥的质量比为5.88:1。
5.如权利要求1-4任一所述的X/γ射线防护材料，其特征在于，采用以下方法制备：
1)备料：取水泥和重晶石粉，加入水之后混合，水与固体料的质量配比为1:5-6.7；
2)成型：以一定形状进行初压并压实成型，压力500t，压制5-7次；
3)粗凝结：然后在15-17℃，湿度70％的条件下放置5-7h；
4)在20-35℃条件下放置5-7天，或者在70-100℃下进行蒸汽养护3-5天，得到成品。
6.如权利要求5所述的X/γ射线防护材料，其特征在于，所述的重晶石粉的粒度为直径0.1-0.3cm。
7.如权利要求1-4任一所述的X/γ射线防护材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)备料：取水泥和重晶石粉，加入水之后混合；
2)成型：以一定形状进行初压并压实成型，压力500t，压制5-7次；
3)粗凝结：然后在15-17℃，湿度70％的条件下放置5-7h；
4)在20-35℃条件下放置5-7天，或者在70-100℃下进行蒸汽养护3-5天，得到成品。
8.如权利要求7所述的X/γ射线防护材料的制备方法，其特征在于，所述的重晶石粉的粒度为直径0.1-0.3cm。
9.如权利要求7所述的X/γ射线防护材料的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述的重晶石粉与水泥的比例为5-8:1，水与固体料的质量配比为1:5-6.7。
10.如权利要求7或9所述的X/γ射线防护材料的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述的重晶石粉与水泥的比例为5.88:1。
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