基于Monte Carlo方法的中子屏蔽材料设计研究

摘要

中子在核能产业以及中子照相、活化分析等核技术应用领域应用广泛，对中子应用过程中的辐射屏蔽问题亟需重视。以一种新型中子屏蔽材料——玻璃纤维/B4C/环氧树脂复合材料为研究对象，基于蒙特卡罗粒子输运程序MCNP，模拟计算了Am-Be中子源产生中子对该材料的透射率；研究了该材料的中子屏蔽性能与传统屏蔽材料的差异以及不同B4C质量百分比对该材料的屏蔽性能影响；根据模拟结果分析了该材料对不同能区中子（慢中子、中能中子、快中子）具有的不同屏蔽性能。研究发现，含10wt%B4C的该种新型玻璃纤维/B4C/环氧树脂复合材料的中子屏蔽性能，尤其是慢中子屏蔽性能较传统的含硼聚乙烯和Al-B4C合金材料更为优异；但随着B4C含量的增大，屏蔽性能提升不明显。本研究验证了蒙特卡罗方法用于中子屏蔽材料优化设计的可行性并为该种新型中子屏蔽材料的优化设计和实验制备提供了理论依据。