CN117585899A - 具有γ射线屏蔽和中子防护功能的耐辐照玻璃及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种具有γ射线屏蔽和中子防护功能的耐辐照玻璃及制备方法。所述玻璃材料，其包含以下质量百分含量的组分：25%‑45%的SiO2，45%‑55%的PbO，0.5%‑5%的Gd2O3，0.5%‑1.5%的CeO2，0.5%‑5%的Al2O3，0%‑10%的Na2O，2%‑10%的K2O，和含量为0‑3%的选自CaO和MgO中至少一种的碱土金属氧化物，CaO和MgO不同时为0。所述玻璃材料具有优异的伽马射线屏蔽性能、良好的中子防护功能和耐辐照性能，可用于制备核辐射屏蔽窗口，在核电站、核动力设施、放射诊疗和空间探测等同时存在伽马射线和中子辐射的复杂环境下有广泛的推广应用前景。
Description
技术领域
本申请涉及玻璃技术领域，具体涉及一种具有γ射线屏蔽和中子防护功能的耐辐照玻璃及制备方法。
背景技术
在整个说明书中对现有技术的任何讨论都不应被视为承认这些现有技术是广为人知的，或构成本领域公知常识的一部分。
在核能及放射性材料的应用领域，尤其是在核电站、核动力设施、放射诊疗以及空间探测等领域，高效的辐射防护是至关重要的。核反应会释放出α、β、γ射线和中子等高能射线或粒子，对人体健康和仪器的正常运行构成严重威胁。核辐射屏蔽窗口作为研究人员或操作人员在操作室一侧观察核废料固化、乏燃料提纯、核原料加工过程的重要设施，其材料的屏蔽性能和耐辐照性能需求极高。
在辐射防护中，α、β射线因穿透能力弱，易被吸收，通常不是主要关注点。相比之下，γ射线和中子的高能量和强穿透能力使它们成为屏蔽材料考虑的重点。现有的伽马射线屏蔽方法主要依赖于高密度材料，如铅或铅基合金，由于其高原子序数，能有效吸收γ射线。然而，这些材料通常重量大，灵活性差，且在长期辐射暴露下会出现性能退化。对于中子屏蔽，通常需要使用含有大量轻元素（如氢）的材料，因为轻元素能有效减缓和吸收中子。常用的中子屏蔽材料包括含硼聚乙烯和水。然而，这些材料通常在γ射线屏蔽方面表现不佳，且不具备所需的机械强度和化学稳定性，限制了它们的应用范围。
目前市场上的屏蔽材料很少能同时有效屏蔽伽马射线和中子，且存在重量大、不具备光学透过率或光学透过率较低、长期辐射下性能降低等问题。
发明内容
本发明提供了一种具有γ射线屏蔽和中子防护功能的耐辐照玻璃及制备方法。本发明提供的玻璃材料具有优异的伽马射线屏蔽性能、良好的中子防护功能和耐辐照性能，可用于制备核辐射屏蔽窗口，在核电站、核动力设施、放射诊疗和空间探测等同时存在伽马射线和中子辐射的复杂环境下有广泛的推广应用前景。
具体地，本发明提供了下述的技术案。
在本发明的第一方面，提供了一种玻璃材料，其包含或由以下质量百分含量的组分组成：25%-45%的SiO2，45%-55%的PbO，0.5%-5%的Gd2O3，0.5%-1.5%的CeO2，0.5%-5%的Al2O3，0%-10%的Na2O，2%-10%的K2O，和含量为0-3%的选自CaO和MgO中至少一种的碱土金属氧化物，且CaO和MgO不同时为0。
在本发明的一些实施方式中，所述玻璃材料包含以下质量百分含量的组分：25%-45%的SiO2，45%-55%的PbO，0.5%-5%的Gd2O3，0.5%-1.5%的CeO2，0.5%-5%的Al2O3，0%-10%的Na2O，2%-10%的K2O，和含量为0.1%-3%的选自CaO和MgO中至少一种的碱土金属氧化物。
在本发明的一些实施方式中，所述玻璃材料由以下质量百分含量的组分组成：25%-45%的SiO2，45%-55%的PbO，0.5%-5%的Gd2O3，0.5%-1.5%的CeO2，0.5%-5%的Al2O3，0%-10%的Na2O，2%-10%的K2O，和含量为0.1%-3%的选自CaO和MgO中至少一种的碱土金属氧化物，所有成分的含量之和为100%。
根据本发明的实施方式，本发明所述玻璃材料在20mm厚时，对于60Co伽马射线的屏蔽率≥40.47%；对于热中子的屏蔽率≥92.63%；560nm处的透光率≥86.42%，经过10000Gy总剂量伽马射线辐照后在560nm处的透过率≥82.61%，经过10000Gy总剂量伽马射线辐照后在560nm处的透过率下降≤6.67%。
SiO2作为玻璃形成体氧化物，是形成玻璃骨架网络结构的主要成分。在本发明的上述实施方式中，SiO2的质量百分含量为25%-45%，进一步地，SiO2的质量百分含量可以为25%-40%，40%-45%，25%-30%，25%-29%，25%-28%，25%-27%，28%-40%，30%-40%，30%-31%，31%-40%，25%-31%，28%-31%等等。在本发明的玻璃组成下，上述SiO2的含量有助于提供结构稳定性和化学耐久性，有助于维持透明度和耐辐射性能。SiO2含量过高会提高玻璃熔点，导致玻璃熔化和加工过程困难和成本增高，SiO2含量过低会导致玻璃骨架网络结构不够稳固，从而降低玻璃的结构稳定性和化学耐久性，可能使玻璃更容易受到化学腐蚀和环境因素的影响，以及影响玻璃的光学性能。
铅属于原子序数较高的重金属元素，质量衰减系数较高，因而PbO被广泛用于辐射屏蔽领域，而且随着PbO含量的升高，屏蔽材料往往具备更好的辐射屏蔽能力。但是，PbO的含量过高会降低玻璃的热稳定性、影响玻璃材可见光区的透过率并导致玻璃材料发黄，而且还存在环境和健康风险。在本发明的上述实施方式中，PbO的质量百分含量为45%-55%，在本发明的玻璃组成中，该含量的PbO有助于平衡玻璃的辐射屏蔽能力、光学透过率和耐辐射性能。并且，进一步地，在本发明的上述实施方式中，PbO的质量百分含量可以为46%-55%，48%-55%，48.7%-55%，50%-55%，51%-55%，52%-55%，53%-55%、54%-55%，45%-53%，48%-53%，48.7%-53%，50%-53%，45%-50%，46%-50%，48%-50%，48.7%-50%，45%-48.7%，46%-48.7%，48%-48.7%，45%-48%，46%-48%等等。
Gd元素具有较大的热中子吸收截面(155Gd热中子微观吸收截面61000靶恩和157Gd热中子微观吸收截面255000靶恩)，被广泛应用于核物理和核医学领域进行中子屏蔽和中子捕获。但是，发明人发现Gd2O3的添加往往会影响玻璃的透明度和化学稳定性，特别是当Gd添加过多时玻璃易出现分相，会影响光谱透过率。在本发明的上述实施方式中，Gd2O3的质量百分含量为0.5%-5%，进一步可以为1%-5%、2%-5%、3%-5%、4%-5%、1%-3%、2%-3%、3%-4%、0.5%-3%等等，在本发明的玻璃组成中，上述含量的Gd2O3有助于平衡玻璃材料的辐射屏蔽能力、化学稳定性和光学透过率。
CeO2通常作为稳定剂，其在玻璃结构中存在电价平衡，其中Ce3+有俘获空穴而被氧化的倾向，形成Ce3+(+)，Ce4+有俘获自由电子而被还原的倾向，形成Ce4+(-)，使辐照产生的自由电子不能进入玻璃结构中的缺陷，从而阻止色心形成，避免玻璃着色。但是，过量的CeO2又可能会导致玻璃颜色改变，影响其透明度和美观性。在本发明的上述实施方式中，CeO2的含量过高或过低都会影响玻璃材料的光学性能，降低光学透过率，而且含量过高还会影响玻璃熔体的粘度和流动性，影响融化过程，以及影响玻璃的结构完成性和机械性能，而含量过低又会使玻璃材料的化学稳定性降低，且降低玻璃材料对于紫外线和辐射的阻挡能力。在本发明的上述实施方式中，CeO2的质量百分含量为0.5%-1.5%，进一步地可以为0.5%-1.2%、0.5%-1%、0.5%-0.6%、1%-1.5%、1%-1.2%、0.6%-1.5%、0.6%-1.2%、0.6%-1%等等，在本发明的玻璃组成中，上述含量的CeO2有助于平衡玻璃材料的光学性能、化学稳定性、结构稳定性等。
Na2O和K2O是玻璃的网络外体氧化物，碱金属离子在玻璃体中易于移动扩散，可以降低玻璃高温熔制的粘度，使玻璃易于熔化，是良好的助熔剂。在本发明中，发明人发现，Na2O和K2O的含量过高会降低玻璃的化学稳定性、热稳定性和力学强度，增加玻璃的热学膨胀系数，容易导致在温度波动下玻璃出现更多的应力，影响其光学性质，如透光率和光学均匀性，以及，可能会稀释玻璃中高原子序数元素的浓度，降低辐射屏蔽效能，导致稳定性降低。为了更好地平衡上述性能，获得综合性能更为优异的玻璃材料，在本发明的上述实施方式中，K2O的质量百分含量为2%-10%，进一步可以为2%-6.9%、2%-6.8%、2%-3.9%、2%-2.5%、2.5%-10%、2.5%-6.9、2.5%-6.8%、2.5%-3.9%、3.9%-10%、3.9%-6.9%、3.9%-6.8%、6.8%-10%、6.8%-6.9%、6.9%-10%等等。Na2O的质量百分含量为0%-10%，进一步可以为0%-2%、0-4%、0-4.5%、0-7.3%、2%-7.3%、2%-4.5%、2%-4%、4%-10%、4%-7.3%、4%-4.5%、4.5%-10%、4.5%-7.3%等等。
Al2O3作为形成玻璃结构的网络中间体，其含量的高低影响玻璃的热膨胀系数和化学、热学稳定性能，Al2O3可以增加玻璃的机械加工性能，但过多又会降低料性。在研究过程中，发明人发现即使少量的Al2O3也会导致玻璃中的微小结晶，因为Al2O3的溶解度在玻璃熔体中很差。如果玻璃熔体中含有Al2O3，即便是很少量的Al2O3也必须将熔化温度提高到约1550℃才可能获得透明的玻璃熔体。然而，如此高的熔化温度是不可取也不经济的。
CaO和MgO是碱土金属氧化物，在玻璃结构中属于网络外体氧化物。在研究过程中，发明人发现，CaO和/或MgO的添加会影响玻璃的光学透过率、化学稳定性，并且过多的添加还会稀释铅或钆的浓度，影响辐射屏蔽效果。
在本发明的上述实施方式中，发明人发现在玻璃材料组成中含有25%-45%的SiO2，45%-55%的PbO，0.5%-5%的Gd2O3，0.5%-1.5%的CeO2，0%-10%的Na2O和2%-10%的K2O的基础上，同时添加特定量的Al2O3，和选自CaO和MgO中至少一种的碱土金属氧化物，制备得到的玻璃材料不仅具备良好的光学透过率，而且具有良好的辐射屏蔽能力，而且特别地，本发明的玻璃材料在制备时的高温熔化温度最高仅为1350℃。本发明所述特定量的Al2O3为质量百分含量0.5%-5%，该含量可以进一步地为0.5%-4%、0.5%-3%、0.5%-2%、0.5%-1%、1%-5%、1%-3%、1%-2%、2%-5%、2%-3%、3%-5%等等。本发明所述特定量的选自CaO和MgO中至少一种的碱土金属氧化物，其中，选自CaO和MgO中至少一种的碱土金属氧化物的质量百分含量为0.1%-3%，优选为0.5%-2.5%，进一步可选自0.5%-2%、1.5%-2.5%，特别为1.5%-2%。特别地，在本发明的一些实施方式中，CaO的质量百分含量为0-2%，优选为0.5%-2%，更优选为1%-2%。MgO的质量百分含量为0-1%，优选为0-0.5%，更优选为0.5%-1%，更优选为0.5%或0。
特别地，在本发明的一些实施方式中，所述玻璃材料由以下质量百分含量的组分组成：25%-45%的SiO2，45%-55%的PbO，1%-5%的Gd2O3，0.5%-1.2%的CeO2，0.5%-3%的Al2O3，2%-7.3%或0%的Na2O，2%-10%的K2O，和含量为0.1%-3%的选自CaO和MgO中至少一种的氧化物，所有成分的含量之和为100%。
特别地，在本发明的一些实施方式中，所述玻璃材料由以下质量百分含量的组分组成：25%-45%的SiO2，45%-55%的PbO，1%-5%的Gd2O3，0.5%-1.2%的CeO2，0.5%-3%的Al2O3，2%-7.3%或0%的Na2O，2%-10%的K2O，0.5%-2%的CaO和0-1%的MgO，所有成分的含量之和为100%。
特别地，在本发明的一些实施方式中，所述玻璃材料由以下质量百分含量的组分组成：25%-45%的SiO2，45%-55%的PbO，1%-5%的Gd2O3，0.5%-1.2%的CeO2，0.5%-3%的Al2O3，2%-7.3%或0%的Na2O，2%-10%的K2O，1.5%-2%的CaO和0-1%的MgO，所有成分的含量之和为100%。
特别地，在本发明的一些实施方式中，所述玻璃材料由以下质量百分含量的组分组成：25%-45%的SiO2，45%-55%的PbO，1%-5%的Gd2O3，0.5%-1.2%的CeO2，0.5%-3%的Al2O3，2%-7.3%或0%的Na2O，2%-10%的K2O，0.5%-2%的CaO，所有成分的含量之和为100%。
特别地，在本发明的一些实施方式中，所述玻璃材料由以下质量百分含量的组分组成：25%-45%的SiO2，45%-55%的PbO，1%-5%的Gd2O3，0.5%-1.2%的CeO2，0.5%-3%的Al2O3，2%-7.3%或0%的Na2O，2%-10%的K2O，1%-1.5%的CaO和0.5-1%的MgO，所有成分的含量之和为100%。
本发明上述实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
如无特殊说明，本发明中所述的数值范围包括此范围内所有的数值，并且包括此范围内任意两个数值组成的范围值。比如，1.5%-2%，此数值范围包括1.5%-2%之间所有的数值，并且包括此范围内任意两个数值（例如：1.51%、1.99%）组成的范围值（1.51%-2%、1.99%-2%、1.51%-1.99%）；本发明所有实施方式中出现的同一指标的不同数值，可以任意组合，组成范围值。
在本发明的第二方面，提供了一种制备上述第一方面中所述的玻璃材料的方法，其包括：将原料混合、经高温熔化、辅助搅拌澄清、降温成型、精密退火后制得。
在本发明的实施方式中，高温熔化温度为1235~1350℃，成型温度为1108~1222℃，退火温度为405~450℃。
在本发明的第三方面，提供了一种辐射屏蔽材料，其包含上述第一方面中所述的玻璃材料或由上述第一方面中所述的玻璃材料制成。
在本发明的实施方式中，所述辐射屏蔽材料用于屏蔽伽马射线和/或中子辐射。
在本发明的第四方面，提供了一种光学元件，其包含上述第一方面中所述的玻璃材料或由上述第一方面中所述的玻璃材料制成。
在本发明的一种实施方式中，所述光学元件为辐射屏蔽光学窗口元件；所述辐射尤其为伽马射线辐射和/或中子辐射。
在本发明的第五方面，提供了上述第一方面所述的玻璃材料或上述第三方面中所述的辐射屏蔽材料或上述第四方面中所述的光学元件在辐射屏蔽领域或光学领域中的应用。
在本发明的一些实施方式中，所述应用包括但不限于在核电站设施领域、核动力设施领域、放射诊疗领域和空间探测领域中使用。
通过上述一个或多个技术手段，可实现以下有益效果：
本发明提供了一种具有γ射线屏蔽和中子防护功能的耐辐照玻璃，该玻璃材料具有优异的伽马射线屏蔽性能、良好的中子防护功能和耐辐照性能，同时具有良好的光学透过率，其中，所述玻璃材料在20mm厚度，对于60Co伽马射线的屏蔽率高于40.47%，对于热中子的屏蔽率高于92.63%，560nm处的透光率高于86.42%，经过10000Gy总剂量伽马射线辐照后在560nm处的透过率依然高于82.61%，经过10000Gy总剂量伽马射线辐照后在560nm处的透过率下降≤6.67%。该玻璃材料可用于制备核辐射屏蔽窗口，在核电站、核动力设施、放射诊疗和空间探测等同时存在伽马射线和中子辐射的复杂环境下有广泛的推广应用前景。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。以下，结合附图来详细说明本申请的实施方案，其中：
图1为252Cf源中子经过聚乙烯慢化得到的中子能谱。
图2示出了本发明实施例6玻璃材料经过10000Gy总剂量伽马射线辐照前后的(560nm处)透过率对比情况。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本申请。应理解，这些实施例仅用于说明本申请而不用于限制本申请的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。
除非另行定义，文中所使用的所有专业与科学用语与本领域熟练人员所熟悉的意义相同。本申请所使用的试剂或原料均可通过常规途径购买获得，如无特殊说明，本申请所使用的试剂或原料均按照本领域常规方式使用或者按照产品说明书使用。此外，任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本申请方法中。文中所述的较佳实施方法与材料仅作示范之用。
下述实施例中的性能参数按照以下方法测量的得到：
由中国工程物理研究院进行60Co伽马射线屏蔽测试。样品尺寸为150×150×50mm，采用NaI探测器测量实验空间里的射线本底，收集射线通过屏蔽材料后1.173MeV和1.332MeV两个γ射线全能峰的计数n以及无样品时的计数n0。运用软件分析和处理数据，去除本底，取60Co的2个γ射线全能峰的净计数作为全能峰计数。通过公式，计算材料的γ射线屏蔽率I。
用紫外可见红外分光光度计进行透过率测试。
热中子屏蔽率的测试：使用252Cf源产生中子，并利用聚乙烯作为慢化剂，将快中子慢化成热中子。252Cf源中子经过聚乙烯慢化得到的中子能谱见图1。用3He正比计数器探测热中子和快中子的响应计数率，这个计数率包含了未被材料屏蔽的热中子和快中子的总响应。为了单独得到快中子的响应计数率，给探测器外包一层镉片，由于镉对热中子有很强的吸收作用，这样可以屏蔽热中子的响应，只测量快中子的响应计数率。测试中未加样品时的“热中子+快中子”响应计数率记为，仅“快中子”响应计数率记为/>。测试中加入待测样品后的“热中子+快中子”响应计数率记为/>，仅“快中子”响应计数率记为/>。材料的热中子屏蔽率κ th可以用以下公式计算，下述公式反映了在加入待测样品之前和之后，热中子响应计数率的变化，从而可以衡量材料对热中子的屏蔽效果：
。
实施例1
本实施例伽马射线屏蔽和中子防护功能的耐辐照玻璃材料，由以下质量百分比的组分组成：40%的SiO2、46%的PbO、5%的Gd2O3、0.5%的CeO2、0.5%的Al2O3、4.5%的Na2O、2%的K2O、1%的CaO、0.5%的MgO。
本实施例伽马射线屏蔽和中子防护功能的耐辐照玻璃材料以石英砂、三氧化二铝、碳酸钙、碳酸镁、红丹、氧化铈、碳酸钠、碳酸钾和氧化钆为原料，将各个玻璃原料按比例混合后，配合料经1301℃高温熔化，辅助搅拌澄清，1158℃机械成型，438℃退火后得到。
本实施例制备方法得到的伽马射线屏蔽和中子防护功能的耐辐照玻璃材料的20mm厚样品的60Co伽马射线屏蔽率40.78%，20mm厚样品的热中子屏蔽率96.00%，20mm厚样品经过10000Gy总剂量伽马射线辐照后的(560nm处)透过率为83.55%(下降6.46%)。
实施例2
本实施例伽马射线屏蔽和中子防护功能的耐辐照玻璃材料，由以下质量百分比的组分组成：30%的SiO2、53%的PbO、4%的Gd2O3、0.6%的CeO2、1%的Al2O3、4%的Na2O、6.9%的K2O、0.5%的CaO。
本实施例伽马射线屏蔽和中子防护功能的耐辐照玻璃材料以石英砂、三氧化二铝、碳酸钙、硅酸铅、氧化铈、硝酸钠、碳酸钾和氧化钆为原料，将各个玻璃原料按比例混合后，配合料经1257℃高温熔化，辅助搅拌澄清，1130℃机械成型，411℃退火后得到。
本实施例制备方法得到的伽马射线屏蔽和中子防护功能的耐辐照玻璃材料的20mm厚样品的60Co伽马射线屏蔽率43.23%，20mm厚样品的热中子屏蔽率95.36%，20mm厚样品经过10000Gy总剂量伽马射线辐照后的(560nm处)透过率为83.00 %(下降4.02%)。
实施例3
本实施例伽马射线屏蔽和中子防护功能的耐辐照玻璃材料，由以下质量百分比的组分组成：45%的SiO2、45%的PbO、2%的Gd2O3、0.5%的CeO2、1%的Al2O3、2%的Na2O、2.5%的K2O、1%的CaO、1%的MgO。
本实施例伽马射线屏蔽和中子防护功能的耐辐照玻璃材料以石英砂、氢氧化铝、碳酸钙、碳酸镁、黄丹、氧化铈、碳酸钠、碳酸钾和氧化钆为原料，将各个玻璃原料按比例混合后，配合料经1350℃高温熔化，辅助搅拌澄清，1222℃机械成型，450℃退火后得到。
本实施例制备方法得到的伽马射线屏蔽和中子防护功能的耐辐照玻璃材料的20mm厚样品的60Co伽马射线屏蔽率40.47%，20mm厚样品的热中子屏蔽率93.65%，20mm厚样品经过10000Gy总剂量伽马射线辐照后的(560nm处)透过率为82.95(下降6.67%)。
实施例4
本实施例伽马射线屏蔽和中子防护功能的耐辐照玻璃材料，由以下质量百分比的组分组成：31%的SiO2、48%的PbO、0.5%的Gd2O3、1.5%的CeO2、5%的Al2O3、10%的Na2O、3.9%的K2O、0.1%的MgO。
本实施例伽马射线屏蔽和中子防护功能的耐辐照玻璃材料以石英砂、氢氧化铝、碳酸镁、硅酸铅、氧化铈、硝酸钠、碳酸钾和氧化钆为原料，将各个玻璃原料按比例混合后，配合料经1266℃高温熔化，辅助搅拌澄清，1138℃机械成型，415℃退火后得到。
本实施例制备方法得到的伽马射线屏蔽和中子防护功能的耐辐照玻璃材料的20mm厚样品的60Co伽马射线屏蔽率42.10%，20mm厚样品的热中子屏蔽率92.63%，20mm厚样品经过10000Gy总剂量伽马射线辐照后的(560nm处)透过率为82.61%(下降3.81%)。
实施例5
本实施例伽马射线屏蔽和中子防护功能的耐辐照玻璃材料，由以下质量百分比的组分组成：28%的SiO2、48.7%的PbO、1%的Gd2O3、1%的CeO2、2%的Al2O3、7.3%的Na2O、10%的K2O、1.5%的CaO、0.5%的MgO。
本实施例伽马射线屏蔽和中子防护功能的耐辐照玻璃材料以石英砂、氢氧化铝、碳酸钙、碳酸镁、红丹、氧化铈、碳酸钠、碳酸钾和氧化钆为原料，将各个玻璃原料按比例混合后，配合料经1235℃高温熔化，辅助搅拌澄清，1108℃机械成型，405℃退火后得到。
本实施例制备方法得到的伽马射线屏蔽和中子防护功能的耐辐照玻璃材料的20mm厚样品的60Co伽马射线屏蔽率42.49%，20mm厚样品的热中子屏蔽率93.13%，20mm厚样品经过10000Gy总剂量伽马射线辐照后的(560nm处)透过率为84.26%(下降4.42%)。
实施例6
本实施例伽马射线屏蔽和中子防护功能的耐辐照玻璃材料，由以下质量百分比的组分组成：25%的SiO2、55%的PbO、3%的Gd2O3、1.2%的CeO2、3%的Al2O3、4%的Na2O、6.8%的K2O、2%的CaO。
本实施例伽马射线屏蔽和中子防护功能的耐辐照玻璃材料以石英砂、氢氧化铝、碳酸钙、红丹、氧化铈、碳酸钠、碳酸钾和氧化钆为原料，将各个玻璃原料按比例混合后，配合料经1241℃高温熔化，辅助搅拌澄清，1117℃机械成型，408℃退火后得到。
本实施例制备方法得到的伽马射线屏蔽和中子防护功能的耐辐照玻璃材料的20mm厚样品的60Co伽马射线屏蔽率43.36%，20mm厚样品的热中子屏蔽率94.97%，20mm厚样品经过10000Gy总剂量伽马射线辐照后的(560nm处)透过率为84.40%(下降5.33%)。
实施例7
本实施例伽马射线屏蔽和中子防护功能的耐辐照玻璃材料，由以下质量百分比的组分组成：35%的SiO2、50%的PbO、2%的Gd2O3、1.5%的CeO2、3%的Al2O3、6%的K2O、2%的CaO、0.5的MgO。
本实施例伽马射线屏蔽和中子防护功能的耐辐照玻璃材料以石英砂、氧化铝、碳酸钙、碳酸镁、红丹、氧化铈、碳酸钾和氧化钆为原料，将各个玻璃原料按比例混合后，配合料经1245℃高温熔化，辅助搅拌澄清，1110℃机械成型，420℃退火后得到。
本实施例制备方法得到的伽马射线屏蔽和中子防护功能的耐辐照玻璃材料的20mm厚样品的60Co伽马射线屏蔽率43.08%，20mm厚样品的热中子屏蔽率93.97%，20mm厚样品经过10000Gy总剂量伽马射线辐照后的(560nm处)透过率为82.89%(下降4.22%)。
对比例1
本对比例玻璃材料由以下质量百分比的组分组成：48%的SiO2、37.5%的PbO、1.5%的CeO2、10%的Na2O、3%的K2O。
本对比例玻璃材料以石英砂、红丹、氧化铈、碳酸钠和碳酸钾为原料，按实施例1的方法制备得到。
本对比例玻璃材料的20mm厚样品的60Co伽马射线屏蔽率20.48%，20mm厚样品的热中子屏蔽率80.46%，20mm厚样品经过10000Gy总剂量伽马射线辐照后的(560nm处)透过率为70.19%(下降10.96%)。
对比例2
本对比例玻璃材料由以下质量百分比的组分组成：48.6%的SiO2、24.2%的PbO、7.5%的Gd2O3、18.1%的K2O、1.4%的CeO2、0.2%的F。本对比例玻璃材料以石英砂、红丹、氧化钆、氧化铈、碳酸钾和氟硅酸钾为原料，按实施例1的方法制备得到。
本对比例玻璃材料的20mm厚样品的60Co伽马射线屏蔽率19.02%，20mm厚样品的热中子屏蔽率96.26%，20mm厚样品经过10000Gy总剂量伽马射线辐照后的(560nm处)透过率为58.35%(下降6.76%)。
对比例3
本对比例玻璃材料由以下质量百分比的组分组成：26.49%的SiO2、66.23%的PbO、5.68%的Gd2O3、1.60%的K2O。
本对比例玻璃材料以石英砂、红丹、硝酸钾和氧化钆为原料，按实施例1的方法制备得到。
本对比例玻璃材料的20mm厚样品的60Co伽马射线屏蔽率44.63%，20mm厚样品的热中子屏蔽率95.90%，20mm厚样品经过10000Gy总剂量伽马射线辐照后的(560nm处)透过率为48.28%(下降35.72%)。
对比例4
本对比例玻璃材料由以下质量百分比的组分组成：28%的SiO2、55%的PbO、3%的Gd2O3、1.2%的CeO2、4%的Na2O、6.8%的K2O、2%的CaO。
本对比例玻璃材料以石英砂、红丹、氧化铈、碳酸钠、硝酸钾、氧化钆和碳酸钙为原料，按实施例1的方法制备得到。
本对比例玻璃材料的20mm厚样品的60Co伽马射线屏蔽率39.99%，20mm厚样品的热中子屏蔽率92.42%，20mm厚样品经过10000Gy总剂量伽马射线辐照后的(560nm处)透过率为52.61%(下降16.60%)。
对比例5
本对比例玻璃材料由以下质量百分比的组分组成：27%的SiO2、55%的PbO、3%的Gd2O3、1.2%的CeO2、3.0%Al2O3、4%的Na2O、6.8%的K2O。
本对比例玻璃材料以石英砂、红丹、氧化钆、氧化铈、碳酸钠、硝酸钾和氧化钆为原料，按实施例1的方法制备得到。
本对比例玻璃材料的20mm厚样品的60Co伽马射线屏蔽率40.86%，20mm厚样品的热中子屏蔽率92.99%，20mm厚样品经过10000Gy总剂量伽马射线辐照后的(560nm处)透过率为49.38%(下降21.84%)。
对比例6
本对比例玻璃材料由以下质量百分比的组分组成：53.8%的SiO2、24.2%的PbO、2.4%的(Li-6)2O、1.2%的Na2O、14.6%的K2O、1.8%的CeO2、2%B2O3。本对比例玻璃材料以石英砂、红丹、氧化铈、碳酸钠、碳酸钾、硼酸和氧化锂为原料，按实施例1的方法制备得到。
本对比例玻璃材料的20mm厚样品的60Co伽马射线屏蔽率23.26%，20mm厚样品的热中子屏蔽率92.77%，20mm厚样品经过10000Gy总剂量伽马射线辐照后的(560nm处)透过率为55.23%(下降11.12%)。
本发明实施例1~7、对比例1~6的玻璃样品组成及性能分别见表1和表2。表1实施例1~7、对比例1~6的玻璃样品组成
表2实施例1~7、对比例1~6的玻璃样品的性能测试结果
由表2可知，各实施例的伽马射线屏蔽和中子防护功能的耐辐照玻璃材料，其在本发明的一些实施方式中，20mm厚样品的60Co伽马射线屏蔽率≥40.47%；在本发明的一些实施方式中，20mm厚样品的热中子屏蔽率≥92.63%；在本发明的一些实施方式中，20mm厚样品经过10000Gy总剂量伽马射线辐照后的(560nm处)透过率下降≤6.67%。
本发明上述实施例中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，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。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种玻璃材料，其包含或由以下质量百分含量的组分组成：25%-45%的SiO2，45%-55%的PbO，0.5%-5%的Gd2O3，0.5%-1.5%的CeO2，0.5%-5%的Al2O3，0%-10%的Na2O，2%-10%的K2O，和含量为0-3%的选自CaO和MgO中至少一种的碱土金属氧化物，且CaO和MgO不同时为0。
2. 根据权利要求1所述的玻璃材料，其特征在于，其包含或由以下质量百分含量的组分组成： 25%-45%的SiO2，45%-55%的PbO，0.5%-5%的Gd2O3，0.5%-1.5%的CeO2，0.5%-5%的Al2O3，0%-10%的Na2O，2%-10%的K2O，和含量为0.1%-3%的选自CaO和MgO中至少一种的碱土金属氧化物。
3.根据权利要求1或2所述的玻璃材料，其特征在于，Gd2O3的质量百分含量为1%-5%，优选为3%-5%，更优选为3%-4%或4%-5%；
优选地，CeO2的质量百分含量为0.5%-1.2%，更优选为0.6%-1.2%或0.5%-0.6%；
优选地，Al2O3的质量百分含量为0.5%-3%，更优选为0.5%-1%；
优选地，Na2O质量百分含量为0%-7.3%，优选为0-4.5%，进一步优选为4%-4.5%或0；
优选地，CaO的质量百分含量为0-2%，优选为0.5%-2%，更优选为1%-2%或0.5%-1%；
优选地，MgO的质量百分含量为0-1%，优选为0-0.5或0.5%-1%；
优选地，选自CaO和MgO中至少一种的碱土金属氧化物的质量百分含量为0.5%-2.5%，优选为1.5%-2.5%。
4.根据权利要求1所述的玻璃材料，其由以下质量百分含量的组分组成：25%-45%的SiO2，45%-55%的PbO，1%-5%的Gd2O3，0.5%-1.2%的CeO2，0.5%-3%的Al2O3，2%-7.3%的Na2O，2%-10%或0%的K2O，和含量为0.1%-3%的选自CaO和MgO中至少一种的氧化物，所有成分的含量之和为100%；
优选地，其由以下质量百分含量的组分组成：25%-45%的SiO2，45%-55%的PbO，1%-5%的Gd2O3，0.5%-1.2%的CeO2，0.5%-3%的Al2O3，2%-7.3%或0%的Na2O，2%-10%的K2O，0.5%-2%的CaO和0-1%的MgO，所有成分的含量之和为100%；
优选地，其由以下质量百分含量的组分组成：25%-45%的SiO2，45%-55%的PbO，1%-5%的Gd2O3，0.5%-1.2%的CeO2，0.5%-3%的Al2O3，2%-7.3%或0%的Na2O，2%-10%的K2O，1.5%-2%的CaO和0-1%的MgO，所有成分的含量之和为100%；
优选地，其由以下质量百分含量的组分组成：25%-45%的SiO2，45%-55%的PbO，1%-5%的Gd2O3，0.5%-1.2%的CeO2，0.5%-3%的Al2O3，2%-7.3%或0%的Na2O，2%-10%的K2O，0.5%-2%的CaO，所有成分的含量之和为100%；
优选地，其由以下质量百分含量的组分组成：25%-45%的SiO2，45%-55%的PbO，1%-5%的Gd2O3，0.5%-1.2%的CeO2，0.5%-3%的Al2O3，2%-7.3%或0%的Na2O，2%-10%的K2O，1%-1.5%的CaO和0.5-1%的MgO，所有成分的含量之和为100%。
5.根据权利要求1或2所述的玻璃材料，其特征在于，所述玻璃材料在20mm厚时，对于60Co伽马射线的屏蔽率≥40.47%；对于热中子的屏蔽率≥92.63%；560nm处的透光率≥86.42%，经过10000Gy总剂量伽马射线辐照后在560nm处的透过率≥82.61%，经过10000Gy总剂量伽马射线辐照后在560nm处的透过率下降≤6.67%。
6.一种制备权利要求1至5中任一项所述的玻璃材料的方法，其包括：将原料混合、经高温熔化、辅助搅拌澄清、降温成型、精密退火后制得。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，高温熔化温度为1235~1350℃，成型温度为1108~1222℃，退火温度为405~450℃。
8.一种辐射屏蔽材料，其包含权利要求1至5中任一项所述的玻璃材料或由权利要求1至5中任一项所述的玻璃材料制成；
优选地，所述辐射屏蔽材料用于屏蔽伽马射线和/或中子。
9.一种光学元件，其包含权利要求1至5中任一项所述的玻璃材料或由权利要求1至5中任一项所述的玻璃材料制成；
优选地，所述光学元件为辐射屏蔽光学窗口元件；
优选地，所述辐射为伽马射线辐射和/或中子辐射。
10.权利要求1至5中任一项所述的玻璃材料或权利要求8所述的辐射屏蔽材料或权利要求9所述的光学元件在辐射屏蔽领域或光学领域中的应用；
优选地，所述辐射屏蔽领域或光学领域选自核电站设施领域、核动力设施领域，放射诊疗领域和空间探测领域。
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