CN111190292B - 航天防辐射镜片的制备方法及航天防辐射眼镜 - Google Patents
航天防辐射镜片的制备方法及航天防辐射眼镜 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111190292B CN111190292B CN202010148502.4A CN202010148502A CN111190292B CN 111190292 B CN111190292 B CN 111190292B CN 202010148502 A CN202010148502 A CN 202010148502A CN 111190292 B CN111190292 B CN 111190292B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- radiation
- lens
- temperature
- aerospace
- proof
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02C—SPECTACLES; SUNGLASSES OR GOGGLES INSOFAR AS THEY HAVE THE SAME FEATURES AS SPECTACLES; CONTACT LENSES
- G02C7/00—Optical parts
- G02C7/10—Filters, e.g. for facilitating adaptation of the eyes to the dark; Sunglasses
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Ophthalmology & Optometry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Abstract
本发明涉及辐射防护领域，特别是涉及针对航天飞行中辐射源对眼睛可能产生的辐射的防护领域，更为具体的说是涉及航天防辐射镜片的制备方法及航天防辐射眼镜，针对目前航天中大量存在的中子辐射和γ射线辐射，提供一种针对眼睛的防护材料，以碳化硼和异辛酸铋作为防辐射材料，配合制备过程中的线性升温程序，从而能够在保证视觉效果的前提下同时防护中子和γ射线的辐射。
Description
技术领域
本发明涉及辐射防护领域，特别是涉及针对航天飞行中辐射源对眼睛可能产生的辐射的防护领域，更为具体的说是涉及航天防辐射镜片的制备方法及航天防辐射眼镜。
背景技术
在航天飞行中，电离辐射主要来源于地球辐射带(ERBS)、银河宇宙射线(GCR)、太阳粒子事件(SEP)三个方面，了解三种宇宙射线的组成可以帮助我们了解宇宙射线与航天器舱体材料的相互反应。
地球辐射带(ERBS)是太阳辐射出的带电粒子和银河宇宙射线被地球磁场捕获与地球的高层大气相互作用形成的，分为内辐射带和外辐射带。地球辐射带的主要辐射类型有质子、电子以及少量中子、γ、氚和氘(秦慕荣.内辐射带高能质子分布及演化特征研究[D].山东大学，2015.)。
银河宇宙射线(GCR)是来自于宇宙深处的高能的带电粒子，其中质子约占总粒子数的90％，氦核约占总粒子数的9％，其他中子、γ、重的元素核和电子约占1％。银河宇宙射线的能量谱的跨度为106eV到109eV(卢伯强.宇宙线和暗物质探测研究[D].南京大学，2017.)。
太阳粒子事件(SEP)是指太阳发生耀斑时所产生的太阳宇宙射线，导致空间中能量粒子的通量突然增强的事件。太阳宇宙射线主要由质子和氦核组成，还有少量的中子与γ(简昳.SEP事件与不同太阳活动的相关性统计研究[D].南京信息工程大学，2014.)。
宇宙射线的能量较高，会与舱体材料产生核反应，产生各种各样不同的次级粒子。高能质子与舱体材料的原子核发生核反应，会产生原子核碎片，碎片与舱体材料继续产生非弹性散射，产生大量的中子与γ。中子与γ光子都是不带电的粒子，与物质相互作用的截面较小，具有很强的穿透能力。中子与γ如果不断累积进入舱内，就会对危害到航天人员的安全健康。
根据目前的研究结果：中子的防护实质上是快中子的慢化与慢中子的吸收；而对γ射线的吸收主要利用γ光子与吸收材料原子核外电子的光电效应与康普顿散射损失能量从而被材料吸收。
由于中子和γ射线是威胁航天人员的重要辐射源，目前在业内如何防护其辐射损害是研究的热点和重点，但是目前关于同时防护中子和γ射线的材料开发主要集中在防护衣等领域，对于视觉器官眼睛的防护却未见报道。不同于防护衣等材料的研发，由于眼镜材料研发中不仅需要考虑防辐射的效果、耐用度等常规的防辐射材料开发问题，同时还需要考虑透光性以及对视力范围的影响等特殊问题，因此在本领域当中这也是一个难点问题。目前尚未有同时防护中子和γ射线的航天防辐射眼镜材料的制备等技术公开。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对目前航天中大量存在的中子辐射和γ射线辐射，提供一种针对眼睛的防护材料，从而能够在保证视觉效果的前提下同时防护中子和γ射线的辐射。
为了解决上述技术问题，本发明公开了航天防辐射镜片的制备方法，包括以下步骤：
第一步，将碳化硼、异辛酸铋、不饱和聚酯树脂混合均匀，得到混合树脂溶液；
第二步，向混合树脂溶液中加入固化剂、脱模剂、抑制剂和UVA紫外光吸收剂，搅拌，静置，至无气泡溢出，得到镜片材料溶液；
第三步，将镜片材料溶液倒入模具中，放入干燥箱，在35-103℃范围内逐渐线性升高温度，固化；
第四步，将固化好的镜片，脱模，得到航天防辐射镜片。
作为一种优选的技术方案，第三步所说的35-103℃范围内逐渐线性升高温度是指按照35-42℃、42-60℃、60-90℃、90-103℃、103℃五个阶段升温。
更为优选的技术方案是，第三步所说的35-103℃范围内逐渐线性升高温度是指按照35-42℃保温10分钟、42-60℃保温70分钟、60-90℃保温40分钟、90-103℃保温10分钟、103℃保温10分钟，五个阶段升温。
在一个优选的技术方案中，第一步中所述的碳化硼、异辛酸铋、不饱和聚酯树脂的混合质量比例为，碳化硼与异辛酸铋的混合质量比为0.05：(1-9)，余量为不饱和聚酯树脂。
同时，本发明还公开了利用上述制备方法制得的镜片材料所制作的航天防辐射眼镜。
在所述航天防辐射眼镜中，镜片满足根据中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局和中国国家标准化管理委员会发布的《个体防护装备眼面部防护》(GB 32166.1-2016)第五章第三小节的装成镜片的最小尺寸要求和《眼面部护具通用技术条件》(GB 14866-93)第五章第三小节的眼护具的规格。
优选的，该航天防辐射眼镜的镜片为直径65mm、厚度3.2mm的圆形覆盖单眼的装成镜片。
在本发明的研发过程中当中，基本的难点工作主要体现在以下几个方面：
第一，作为一种镜片，必须同时考虑防辐射效果和透光效果；
第二，由于镜片的主体材料选择是有限的，必须保证所添加物质可以很好的分散在该镜片主体材料中，不影响视物；
第三，需要考虑制作成本以及环保问题。
在本发明中，我们通过对碳化硼的选择，以及对其加入量的调节，获得了0.05％质量分数的优选加入浓度，从而可以很好的保证防辐射效果和透光效果。
其次，以碳化硼和异辛酸铋作为防辐射材料，配合制备过程中的线性升温程序，使其在添加至镜片基础材料不饱和聚酯树脂的过程中，不会产生颗粒物或者其他团块，碳化硼和异辛酸铋可以很好的分散在整个不饱和聚酯树脂基础材料中，从而不会影响最后镜片的视物效果。
再次，由于本发明中无需使用铅等目前行业内常见的防辐射材料，因此，可以实现绿色、环保、无污染、无毒等有益效果。
同时，碳化硼和异辛酸铋有着丰富的来源，可以显著降低本发明公开的航天防辐射镜片的生产成本。
最后，本发明公开的航天防辐射镜片具有良好的防辐射效果，经过蒙特卡洛(MCNP)计算和中子防辐射探测实验以及γ射线防辐射探测实验，本发明公开的航天防辐射镜片对于中子辐射和100KeV左右的γ射线辐射具有良好的屏蔽效果，能够满足航天中对视觉器官的防辐射要求。
附图说明
图1为MCNP模型示意图。
图2为中子屏蔽检测实验装置图。
图3为γ射线防护探测实验示意图。
图4为透光率及均匀度实验结果示意图。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面我们结合具体的实施例对本发明进行进一步的阐述。
实施例1 航空防辐射镜片材料的制备
使用电子天平分别称取质量如表1所示的异辛酸铋、碳化硼、不饱和聚酯树脂。
表1：碳化硼、异辛酸铋、树脂的质量/g
| 样品编号 | 碳化硼 | 异辛酸铋 | 树脂 |
| 1 | 0.05 | 1 | 97.87 |
| 2 | 0.05 | 3 | 95.87 |
| 3 | 0.05 | 5 | 93.87 |
| 4 | 0.05 | 7 | 91.87 |
| 5 | 0.05 | 9 | 89.87 |
然后将碳化硼、异辛酸铋、不饱和聚酯树脂混合均匀，搅拌40分钟，至得到混合均匀的树脂溶液；
紧接着，向混合树脂溶液中加入固化剂、脱模剂、抑制剂和UVA紫外光吸收剂，搅拌，静置，至无气泡溢出，得到镜片材料溶液；
这里所说的固化剂、脱模剂、抑制剂、UVA紫外光吸收剂均为市售的成熟产品，譬如在本实施例中，我们可以采用过氧化甲乙酮(MEKP)、过氧化环乙酮、异辛酸钴/2,4-戊二酮作为固化剂；采用硬脂酸锌、聚乙烯醇/水/酒精混合液作为脱模剂；采用对苯二酚作为抑制剂；采用二苯酮类紫外线吸收剂作为UVA紫外光吸收剂。
为了充分的搅拌均匀，我们在本实施例中搅拌时间为20分钟。然后静置，气泡自然的溢出，仔细观察，至无气泡溢出时，就完成了镜片材料溶液的制备。
下面就需要将镜片材料溶液倒入模具，并固化。在本实施例中我们将装有镜片材料溶液的模具放入干燥箱(譬如电热鼓风干燥箱)，并且在35-103℃范围内逐渐线性升高温度，固化；
优选的，在本实施例中我们按照表2中所示的升温程序升温，并固化；
表2：电热鼓风干燥箱的设定时间温度
| 温度/℃ | 时间/min |
| 35-42 | 10 |
| 42-60 | 70 |
| 60-90 | 40 |
| 90-103 | 10 |
| 103 | 10 |
最后将固化好的镜片，脱模，得到航天防辐射镜片。
这里优选的，是将模具置入冷水(10至15℃的水)中。
实施例2 MCNP检测
MCNP是通过用蒙特卡洛(Monte Carlo)方法来模拟和解决在多粒子系统中的粒子输运问题的程序。蒙特卡洛方法是一种计算随机过程的方法，是以概率统计理论为知道的计算方法，它对物理方程的严格求解并不感兴趣。蒙特卡洛方法可以模拟在介质材料中相互作用的单个粒子随机过程，将系统结果近似为所有粒子的平均结果。中子、电子以及γ光子的输运过程可以使用MCNP程序来处理。
在本次模拟中，所使用的中子源和γ源是半径3.25mm，圆形过原点并且垂直于x轴的面源，沿x轴方向发射粒子，中子的能量为热中子能量即0.025eV，γ射线能量为100keV；所选用的屏蔽层(眼镜材料)的尺寸为：半径3.25mm，厚度为3.2mm，垂直于x轴的圆柱体，在x轴上的坐标范围为10cm到10.32cm；探测面为垂直于x轴，在x轴上坐标为13cm的平面。
MCNP模型示意图如图1所示。其中1为面源、2为镜片、3为探测面。
防辐射效果如表3所示；
表3：MCNP模拟实验中子及γ射线防护结果
| 样品序号 | 中子屏蔽率 | 100KeV γ射线屏蔽率 |
| 1 | 25.10％ | 5.124％ |
| 2 | 25.10％ | 5.734％ |
| 3 | 25.10％ | 6.949％ |
| 4 | 25.10％ | 8.201％ |
| 5 | 25.10％ | 9.469％ |
实施例3 中子及γ射线辐射探测实验
在本实施例中使用的中子源是Am-Be中子源，探测器使用3He正比计数器，实验装置图如图2所示，其中1为Am-Be中子源，2为准直器，3为样品，4为含硼聚乙烯，5为前置放大器，6为定标器，7为弹道脉冲幅度分析器，8为主放大器，其中1和2共同形成屏蔽体。
计数器时间设定为300s，测量没有中子源时本底计数为n；开启中子源，未放置样品时，测量三次平均计数为N0；将样品紧贴探测器放置后，测量三次平均计数为N1，。由n、N0、N1可得样品的中子屏蔽率为
在本次实验中使用Co-57放射源(能量122keV)，BGO(锗酸铋闪烁体探测器)、多道分析器DigiBASE作为γ射线防护探测实验，示意图如图3所示，其中1为Co-57放射源，2为准直装置，3为样品，4为BGO探测器，5为多道分析器DigBASE，6为计算机。
计数器时间设定为60s，测量没有γ源时本底计数为n；放置γ源，未放置样品时，测量特征峰对应道的计数为N0；将样品紧贴探测器放置后，测量特征峰对应道的计数为N1。由n、N0、N1可得样品的中子屏蔽率为
实验结果如表4所示；
表4：样品的中子屏蔽率和γ射线屏蔽率
实施例4 透光率及均匀度实验
通过肉眼观测镜片的透光率和均匀度，结果见图4。
在图4中上方的三个镜片从左到右依次为样品1、2、3，下方的两个镜片位于左侧的是样品4，位于右侧的是样品5。
可以看到，5个样品均有很好的透光性和均匀度。
以上所述是本发明的具体实施方式。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.航天防辐射镜片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，将碳化硼、异辛酸铋、不饱和聚酯树脂混合均匀，得到混合树脂溶液；
第二步，向混合树脂溶液中加入固化剂、脱模剂、抑制剂和UVA 紫外光吸收剂，搅拌，静置，至无气泡溢出，得到镜片材料溶液；
第三步，将镜片材料溶液倒入模具中，放入干燥箱，在35-103℃范围内逐渐线性升高温度，固化；
第四步，将固化好的镜片，脱模，得到航天防辐射镜片。
2.根据权利要求1所述的航天防辐射镜片的制备方法，其特征在于：第三步所述的35-103℃范围内逐渐线性升高温度是指按照35-42℃、42-60℃、60-90℃、90-103℃、103℃五个阶段升温。
3.根据权利要求2所述的航天防辐射镜片的制备方法，其特征在于：第三步所述的35-103℃范围内逐渐线性升高温度是指按照35-42℃保温10分钟、42-60℃保温70分钟、60-90℃保温40分钟、90-103℃保温10分钟、103℃保温10分钟，五个阶段升温。
4.根据权利要求1所述的航天防辐射镜片的制备方法，其特征在于：第一步中所述的碳化硼、异辛酸铋、不饱和聚酯树脂的混合质量比例为，碳化硼与异辛酸铋的混合质量比为0.05：（1-9），余量为不饱和聚酯树脂。
5.以权利要求1至4中任意一项所述的制备方法制得的镜片材料所制作的航天防辐射眼镜。
6.根据权利要求5所述的航天防辐射眼镜，其特征在于：该航天防辐射眼镜的镜片为直径 65mm 、厚度 3.2mm 的圆形覆盖单眼的装成镜片。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010148502.4A CN111190292B (zh) | 2020-03-05 | 2020-03-05 | 航天防辐射镜片的制备方法及航天防辐射眼镜 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010148502.4A CN111190292B (zh) | 2020-03-05 | 2020-03-05 | 航天防辐射镜片的制备方法及航天防辐射眼镜 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111190292A CN111190292A (zh) | 2020-05-22 |
| CN111190292B true CN111190292B (zh) | 2020-11-10 |
Family
ID=70706882
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010148502.4A Active CN111190292B (zh) | 2020-03-05 | 2020-03-05 | 航天防辐射镜片的制备方法及航天防辐射眼镜 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111190292B (zh) |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006036859A2 (en) * | 2004-09-24 | 2006-04-06 | Jackson Todd C | Sweat liner for glasses |
| CN106094252B (zh) * | 2016-06-25 | 2019-04-05 | 芜湖金钥匙信息科技有限公司 | 一种眼镜片光学冷加工工艺 |
| CN106405686A (zh) * | 2016-12-05 | 2017-02-15 | 广东泓睿科技有限公司 | 一种新型的眼镜片材料 |
| JP6792876B2 (ja) * | 2018-01-24 | 2020-12-02 | 株式会社 エリカ オプチカル | 放射線防護メガネ |
-
2020
- 2020-03-05 CN CN202010148502.4A patent/CN111190292B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN111190292A (zh) | 2020-05-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Cossairt | Radiation physics for personnel and environmental protection | |
| Barquero et al. | Neutron spectra and dosimetric features around an 18 MV linac accelerator | |
| Jumpee et al. | Innovative neutron shielding materials composed of natural rubber-styrene butadiene rubber blends, boron oxide and iron (III) oxide | |
| CN107422363B (zh) | 一种用于植物种子中子辐照的252Cf源剂量分配辐照装置 | |
| Yang et al. | Neutron collimator design of neutron radiography based on the BNCT facility | |
| Moradi et al. | Dose mapping inside a gamma irradiator measured with doped silica fibre dosimetry and Monte Carlo simulation | |
| Moradgholi et al. | Developing a radiation shield and investigating the mechanical properties of polyethylene-polyester/CdO bilayer composite | |
| Ashbaugh | Gemstone irradiation and radioactivity | |
| CN111190292B (zh) | 航天防辐射镜片的制备方法及航天防辐射眼镜 | |
| Ghassoun et al. | Neutron and photon doses in high energy radiotherapy facilities and evaluation of shielding performance by Monte Carlo method | |
| Cesareo et al. | Nuclear resonant scattering of gamma rays in Ni, Cd, Sn and Bi | |
| Kaur et al. | Effects of Radiation on the Environment | |
| Mortazavi et al. | Production of a datolite-based heavy concrete for shielding nuclear reactors and megavoltage radiotherapy rooms | |
| Gaber et al. | Utilization of boron oxide glass and epoxy/ilmenite assembly as two layer shield | |
| Igwesi et al. | A Comparative study of Dose transmission factor of polythene and borated polythene for high neutron source shielding | |
| El-Sawy | Evaluation of Gamma-Ray Attenuation Parameters for Some Materials | |
| Topuz et al. | 3D Surface Radiation Dosimetry of a Nuclear-Chicago NH3 Neutron Howitzer | |
| Lee et al. | Analysis of Radiation Shielding Effect of Soft Magnetic Material applied to Military Facility | |
| Pomp et al. | A Medley with over ten years of (mostly) light-ion production measurements at The Svedberg Laboratory | |
| Jin et al. | Application of In-beam Activation Analysis in Elemental Distribution Analysis | |
| Cai et al. | Research Article Experimental and Simulation Study on Shielding Performance of Developed Hydrogenous Composites | |
| Miri-Hakimabad et al. | Gamma shielding design studies on 252Cf and 241Am-Be neutron sources | |
| Saneesh et al. | Fabrication and Testing of Beam dump shielding for Neutron detector array at IUAC | |
| Upadhyay et al. | Monte Carlo Studies for Shielding Design for High Energy Linac for Medical Isotope Generation | |
| Abushab et al. | Thermoluminescence energy response of copper and magnesium oxide doped lithium potassium borate using a Monte Carlo N-particle code simulation |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |