含钆磷酸盐玻璃辐射屏蔽材料的结构研究

摘要

为研制含钆磷酸盐玻璃辐射屏蔽材料，本文采用熔融-淬火法制备了xGd2O3–(40-x)BaO–60P2O5和xGd2O3–(50-x)BaO–50P2O5体系玻璃，运用WinXCOM和Auto-Zeff软件模拟计算了玻璃的辐射屏蔽性能，利用XRD、Uv-vis-nir、FTIR、Raman光谱和DSC等技术研究了玻璃体系的结构及其经60Co伽马射线辐照后的变化，探讨了成分及伽马辐照对玻璃结构影响的规律，结果表明：
　　1.xGd2O3–(40-x)BaO–60P2O5体系的玻璃形成范围为0≤x≤14mol％，xGd2O3–(50-x)BaO–50P2O5体系的玻璃形成范围为0≤x≤7mol%。
　　2.模拟计算玻璃样品的质量衰减系数(μm)、有效原子序数(Zeff)、半值层(HVL)和平均自由程(MFP)等理论值，表明随着Gd2O3含量增加，玻璃体系的屏蔽性能均提高，xGd2O3–(50-x)BaO–50P2O5玻璃体系的屏蔽性能均高于混凝土，而xGd2O3–(40-x)BaO–60P2O5玻璃体系的屏蔽性能高于钛铁矿以外的混凝土，实验条件下，当x≥12mol%时，即Gd12和Gd14样品的屏蔽性能比钛铁矿的高。
　　3.玻璃体系对可见光透过率超过80%，微观结构主要为偏磷酸盐结构(Q2)，含少量的焦磷酸盐(Q1)和正磷酸盐结构(Q0)；随着Gd2O3含量增加，玻璃化转变温度(Tg)均增加，抗析晶能力增强，热稳定性增强。
　　4.玻璃样品经2Mrad和8Mrad的伽马射线辐照后，内部产生色心，变为红棕色，对可见光透过率降低，降低程度与伽马射线剂量成正变关系。相同辐照条件下，玻璃样品对可见光的透过率随Gd2O3含量增加而提高，表明Gd2O3能够增强钡磷酸盐玻璃的抗辐照特性。辐照使玻璃禁带宽度(Eg)降低，且辐照剂量越高，Eg越小，说明辐照使得玻璃结构中非桥氧增加。辐照后玻璃振动光谱特征峰位置不变，但振动峰强度降低，说明辐照引起玻璃微观结构化学键长和键角发生一定变化，但未形成新的微观结构单元。伽马射线辐照引起玻璃微观结构混乱度增加，Tg提高。

目录

声明

1. 绪 论

1.1选题背景

1.2屏蔽材料的研究现状

1.3 磷酸盐玻璃作为屏蔽材料的研究

1.4 模拟方法研究

1.5本课题的研究内容及意义

1.6技术路线

1.7本论文创新之处

2. 伽马射线辐射屏蔽基本理论

2.1伽马射线的来源

2.2伽马射线与物质的相互作用

2.3伽马射线的屏蔽减弱理论

3. 样品的制备及表征方法

3.1实验试剂

3.2主要仪器设备

3.3实验步骤

3.4玻璃样品的测试与表征方法

4. 含钆磷酸盐玻璃材料的屏蔽性能模拟

4.1玻璃形成范围

4.2玻璃样品的密度

4.3玻璃样品的衰减系数(计算值)

4.4玻璃样品的半值层和平均自由程

4.5玻璃样品的有效原子序数

4.6本章小结

5. 含钆磷酸盐玻璃结构研究

5.1玻璃样品的密度和摩尔体积

5.2玻璃样品的透过光谱

5.3玻璃样品的红外光谱

5.4玻璃样品的拉曼光谱

5.5玻璃样品的热稳定性

5.6本章小结

6. 伽马射线辐照对玻璃结构的影响

6.1辐照后玻璃样品变化

6.2辐照后玻璃样品的透过光谱

6.3辐照后玻璃样品的红外光谱

6.4辐照后玻璃样品的拉曼光谱

6.5 辐照后玻璃样品的DSC测试

6.6本章小结

结论

1.研究结论

2. 展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表的学术论文及研究成果