研究发现泡沫金属能够屏蔽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，轻质复合泡沫金属能有效阻挡x射线、伽马射线和中子辐射，并能吸收高撞击碰撞的能量。这一发现意味着泡沫金属在核安全、空间探索和医疗技术应用方面具有广阔的前景。

“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扫描仪的新型屏蔽，”北卡罗来纳州立大学机械和航空航天工程教授Afsaneh Rabiei说，他是一篇关于这项工作的论文的通信作者。

Rabiei首先开发了用于交通和军事应用的坚固、轻便的金属泡沫。但她想确定这种泡沫是否可以用于核或空间探索应用——它能否提供结构支撑、抵御高冲击和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。该比较是使用相同“面积”密度的样品进行的，这意味着每个样品的重量相同，但体积不同。

对抗这三种辐射最有效的复合泡沫金属被称为“高z钢”，主要由不锈钢组成，但加入了少量钨。然而，对高- z泡沫的结构进行了修改，使得含有钨的复合泡沫并不比完全由不锈钢制成的金属泡沫密度大。

研究人员测试了对几种伽马射线辐射的屏蔽性能。不同的源材料产生的伽马射线能量不同。例如，铯和钴发出的伽马射线能量较高，而钡和镅发出的伽马射线能量较低。

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却比大块材料(甚至是大块钢)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，但效果不如铅。

“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，我们早期的结果是有希望的，”Rabiei说。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，复合泡沫金属的非凡机械和热性能，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材料。”

纸”,复合泡沫金属中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．第一作者陈硕(Shuo Chen)，最近刚从NC州立大学获得博士学位。这篇论文的合著者是北卡罗来纳州立大学核工程教授穆罕默德·伯勒姆(Mohamed Bourham)。这项工作得到了美国能源部核能办公室在核能大学项目拨款号CFP-11-1643下的支持。

希普曼-

编辑:研究摘要如下。

“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”

作者: Shuo Chen, Mohamed Bourham和Afsaneh Rabiei，北卡罗莱纳州立大学

发表:预校稿于7月8日在网上发表辐射物理与化学

DOI: 10.1016 / j.radphyschem.2015.07.003

文摘:针对核和辐射环境的应用，制造了各种球体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)。采用316l不锈钢、高速T15钢和铝材料作为基体材料，配合2、4和5.2 mm钢空心球，制备了各种类型的复合泡沫金属(CMFs)。选择高速T15钢是因为其钨和钒浓度高(都是高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High-Z钢-钢复合泡沫金属(HZ S-S CMF)。针对x射线、伽马射线和中子的衰减，探索了各种类型cmf的辐射屏蔽效率。将实验结果与纯铅和铝A356进行比较，并通过XCOM和蒙特卡罗z粒子输运码(MCNP)进行理论验证。观察到，只要球壁厚度与其外径的比值保持不变，CMFs的辐射屏蔽效能相对独立于球的尺寸。然而，由于其2D Micro-CT图像灰度值剖面的细微波动，较小的球体总体上似乎更有效。S-S CMFs和Al-S CMFs在x射线衰减方面的效率分别比铝A356高275%和145%。与纯铅相比，CMFs表现出足够的衰减能力，此外还有重量轻、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.