含钆中子屏蔽材料的设计及其力学性能分析

摘要

设计了一种具有良好中子屏蔽能力 、高强度及高韧性的新型中子屏蔽材料,用于吸收核电站乏燃料储存格架和乏燃料运输过程中的热中子辐射.材料通过蒙特卡罗粒子传输(输运)软件MCNP进行设计,并通过放电等离子烧结设备及热轧的方式制成了板材.MCNP模拟结果及材料热中子屏蔽测试结果表明:铝基Gd2 O3复合材料的热中子屏蔽性能与铝基碳化硼相当.Gd2 O3颗粒球磨后呈现 μm、亚μm级甚至有些颗粒达到了nm级.随球磨时间的增加,材料的力学性能逐渐增强.X射线衍射检测发现了钆-铝合金相的生成.经TEM分析表明:材料的强化机制主要是位错强化和nm级Gd2 O3颗粒的弥散强化,拉伸强度和伸长率分别达到了240 MPa和16％,其断口主要为韧性断裂.