研究发现泡沫金属能够屏蔽x射线，伽马射线，中子辐射

立即发布

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有望在核安全、太空探索和医疗技术应用方面得到应用。

“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、轻质泡沫金属。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，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用于屏蔽应用的大块材料的性能进行了比较。该比较使用的是具有相同“面积”密度的样品，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”，它主要由不锈钢组成，但加入了少量的钨。然而，高z泡沫的结构经过了改进，使得含有钨的复合泡沫的密度并不比完全由不锈钢制成的金属泡沫大。

研究人员测试了几种伽马射线辐射的屏蔽性能。不同的源物质产生的伽马射线能量不同。例如，铯和钴发出高能的伽马射线，而钡和镅则发出低能的伽马射线。

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优于其他材料。

高z泡沫在阻挡x射线方面比大多数材料都要好，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及其能量吸收能力，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(音译)是北卡罗来纳州立大学的一名博士研究生。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)合著的。这项工作得到了能源部核能办公室的支持，核能大学项目资助号为CFP-11-1643。

希普曼-

编辑:研究摘要如下。

复合泡沫金属中x射线的衰减效率及其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:预校样稿于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:研究了不同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)在核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，配以2、4、5.2 mm钢空心球，制备了各种类型的复合泡沫金属(CMFs)。高速T15钢因其钨和钒浓度高(均为高z元素)而被选用，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)。研究了各种类型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。结果表明，只要球壁厚度与球外径之比保持不变，CMFs的辐射屏蔽效果与球的尺寸无关。然而，由于其2D Micro-CT图像的灰度值剖面有细微的波动，较小的球体似乎更有效。S-S和Al-S CMFs对x射线的衰减效果分别比铝A356强275%和145%。与纯铅相比，CMFs具有足够的衰减能力，而且重量轻，更环保。 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.