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

北卡罗来纳州立大学的研究表明，轻质复合泡沫金属可以有效阻挡x射线、伽马射线和中子辐射，并能够吸收高碰撞碰撞的能量。这一发现意味着泡沫金属有望用于核安全、太空探索和医疗技术应用。

“这项工作意味着有机会使用复合金属泡沫来开发更安全的核废料运输系统，更有效的航天器和核结构设计，以及用于CT扫描仪的新屏蔽，”北卡罗来纳州立大学机械和航空航天工程教授阿夫萨内·拉比伊(Afsaneh Rabiei)说，他是一篇关于这项工作的论文的通讯作者。

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

为此，她和同事们进行了多次测试，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用于屏蔽应用的大块材料的性能进行了比较。这项比较是用相同“面积”密度的样本进行的，这意味着每个样本都有相同的重量，但体积不同。

对这三种辐射最有效的复合金属泡沫被称为“高z钢-钢”，主要由不锈钢组成，但加入了少量的钨。然而，高z泡沫的结构经过了修改，使含有钨的复合泡沫的密度不超过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。不同的源物质产生不同能量的伽马射线。例如，铯和钴发射高能伽马射线，而钡和镅发射低能伽马射线。

研究人员发现，高z泡沫在阻挡高能伽马射线方面与块状材料相当，但在阻挡低能伽马射线方面比块状材料(甚至是块状钢)要好得多。

同样，高z泡沫在阻挡中子辐射方面优于其他材料。

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点，这意味着它们更容易制造和回收。此外，复合金属泡沫非凡的机械和热性能，以及它们的能量吸收能力，使该材料成为各种核结构应用的良好候选者。”

这张纸。”复合泡沫金属中x射线的衰减效率及与伽马射线和中子的比较，发表在辐射物理与化学．第一作者是陈硕，刚从北卡罗来纳州立大学博士毕业。这篇论文是由北卡罗来纳州立大学核工程教授穆罕默德·伯勒姆(Mohamed Bourham)共同撰写的。这项工作得到了美国能源部核能大学项目拨款号CFP-11-1643下核能办公室的支持。

希普曼-

编者须知: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和Afsaneh Rabiei，北卡罗莱纳州立大学

发表:预校对稿于7月8日在线发布辐射物理与化学

DOI: 10.1016 / j.radphyschem.2015.07.003

文摘:研究了不同球型和基体材料的钢-钢复合泡沫金属材料(S-S CMFs)和铝-钢复合泡沫金属材料(Al-S CMFs)在核环境和辐射环境中的应用。以316l不锈钢、高速T15钢和铝材为基体材料，与2、4和5.2 mm钢空心球制成各种类型的复合泡沫金属(CMFs)。高速T15钢因其钨钒浓度高(均为高z元素)，进一步提高了CMFs的屏蔽效率。这种新型的S-S CMF被称为高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、γ射线和中子的辐射屏蔽效能。将实验结果与纯铅和铝A356进行了对比，并通过XCOM和蒙特卡罗z粒子传输码(MCNP)进行了理论验证。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无关。然而，由于其2D Micro-CT图像灰度值剖面的细微波动，较小的球体似乎更有效。S-S CMFs和Al-S CMFs对x射线的衰减效果分别比铝A356高275%和145%。与纯铅相比，CMFs表现出足够的衰减，并且具有重量轻和更环保的额外优势。 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.