研究发现金属泡沫能够屏蔽x射线，伽马射线，中子辐射

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Afsaneh Rabiei arabiei@ncsu.edu 919.513.2674

马特·希普曼 matt_shipman@ncsu.edu 919.515.6386

北卡罗莱纳州立大学的研究表明，轻质复合金属泡沫能有效阻挡x射线、伽马射线和中子辐射，并能吸收高冲击碰撞的能量。这一发现意味着金属泡沫在核安全、太空探索和医疗技术应用方面有希望得到应用。

Afsaneh Rabiei说:“这项工作意味着有机会利用复合金属泡沫来开发更安全的核废料运输系统，更高效的航天器和核结构设计，以及用于CT扫描仪的新型屏蔽。”他是北卡罗来纳州立大学机械和航空航天工程教授，并就此发表了一篇论文。

Rabiei首先开发了用于运输和军事应用的坚固、轻便的金属泡沫。但她想确定这种泡沫是否可以用于核能或太空探索——它能否提供结构支撑，防止高冲击，并屏蔽各种形式的辐射?

为此，她和她的同事进行了多次测试，看看它在阻挡x射线、伽马射线和中子辐射方面的效果如何。然后，她将这种材料的性能与目前在屏蔽应用中使用的散装材料的性能进行了比较。这一比较是使用相同“面积”密度的样本进行的，这意味着每个样本的重量相同，但体积不同。

对这三种形式的辐射最有效的复合金属泡沫被称为“高z钢-钢”，它主要由不锈钢组成，但加入了少量的钨。然而，对高z泡沫的结构进行了修改，使含有钨的复合泡沫的密度不高于完全由不锈钢制成的金属泡沫。

研究人员测试了几种伽马射线辐射的屏蔽性能。不同的源物质产生具有不同能量的伽马射线。例如，铯和钴发射高能的伽马射线，而钡和镅发射低能的伽马射线。

研究人员发现，高z泡沫在阻挡高能伽马射线方面与大块材料相当，但在阻挡低能伽马射线方面比大块材料——甚至是大块钢——要好得多。

同样，高z泡沫在阻挡中子辐射方面也优于其他材料。

高z泡沫在阻挡x射线方面比大多数材料表现得更好，但不如铅那么有效。

Rabiei说:“然而，我们正在努力修改金属泡沫的成分，使其在阻挡x射线方面比铅更有效，我们的早期结果很有希望。”“我们的泡沫具有无毒的优势，这意味着它们更容易制造和回收。此外，复合金属泡沫材料非凡的机械和热性能，以及它们的能量吸收能力，使其成为各种核结构应用的良好候选材料。”

纸”,复合金属泡沫中x射线的衰减效率及其与伽马射线和中子的比较，发表于辐射物理与化学．主要作者陈硕(Shuo Chen)最近刚从北卡罗来纳州大学(NC State)毕业。这篇论文由北卡罗来纳州立大学核工程教授穆罕默德·布尔汉姆(Mohamed Bourham)共同撰写。这项工作得到了美国能源部核能办公室在核能大学项目资助号为CFP-11-1643下的支持。

希普曼-

编辑:研究摘要如下。

复合金属泡沫中x射线的衰减效率及与伽马射线和中子的比较

作者: Shuo Chen, Mohamed Bourham and Afsaneh Rabiei, North Carolina State University

发表: 7月8日在线出版的预校样手稿辐射物理与化学

DOI: 10.1016 / j.radphyschem.2015.07.003

文摘:研究了不同球尺寸和基体材料的钢-钢复合泡沫金属(S-S CMFs)和铝-钢复合泡沫金属(Al-S CMFs)在核和辐射环境中的应用。以316l不锈钢、高速T15钢和铝材料为基体材料，配合2,4和5.2 mm钢空心球制备各种类型的复合金属泡沫(CMFs)。为了进一步提高CMFs的屏蔽效率，选用了高钨、高钒(均为高z元素)的高速T15钢。这种新型的S-S CMF称为高z钢-钢复合泡沫金属(HZ S-S CMF)。探讨了各种类型CMFs对x射线、伽马射线和中子的衰减的辐射屏蔽效率。将实验结果与纯铅和纯铝A356进行了对比，并通过XCOM和MCNP从理论上进行了验证。结果表明，只要球壁厚度与球外径的比值保持不变，CMFs的辐射屏蔽效果与球的尺寸相对无关。然而，由于二维Micro-CT图像的灰度值轮廓有细微的波动，一般来说，较小的球体似乎效率更高。S-S CMFs和Al-S CMFs对x射线的衰减效果分别比al - A356提高275%和145%。与纯铅相比，CMFs具有足够的衰减性，并且具有重量轻和更环保的优点。 The mechanical performance of HZ S-S CMFs under quasi-static compression was compared to that of other classes of S-S CMF. It is observed that the addition of high-Z elements to the matrix of CMFs improved their shielding against X-rays, low energy gamma rays and neutrons, while maintained their low density, high mechanical properties and high-energy absorption capability.