多線放射線防護の軽量複合成形のための付加製造技術

多線放射線防護の軽量複合成形のための付加製造技術
寄稿者: Wan Kun、Li Dichen、Cao Yi 寄稿部署: 西安交通大学機械製造システム工学国家重点研究室

原子力エネルギー技術の急速な発展に伴い、原子力エネルギーは安全、クリーン、低炭素、高エネルギー密度の戦略的エネルギーとして、発電、医療、航空宇宙、島嶼、極地などで高い発展の見通しを示しています。しかし、米国のスリーマイル島、旧ソ連のチェルノブイリ、日本の福島での原子力発電所の事故を受けて、原子力エネルギーが今後さらに発展するかどうかについては依然として慎重な見方が広がっており、放射線防護の安全性をいかに実現するかが緊急に取り組むべき重要な課題となっている。これまで、原子炉の遮蔽構造物には、人々の安全を守るためにセメント、鉛板、ポリエチレンなどの材料がよく使われてきました。しかし、従来の構造物は重く、建設期間が長く、コストもかかるため、ますます高度化する今日の原子炉の要件を満たすことは困難です。放射線遮蔽複合材料は、低密度、低価格という特徴を有しており、特に高性能ポリマー複合材料は、より高い遮蔽能力を有し、より高い機械的特性、耐熱特性を実現しながら、より強い放射線量に耐えられることが実証されています。同時に、軽量複合材料の付加製造技術は、責任あるシールド構造、統合性、容易な加工機能を実現するための効果的な方法であると考えられています。 2021年、ロスアラモス国立研究所のチームは、直接インク書き込み(DIW)積層造形技術方法を使用して、ポリマー樹脂への複数の放射線遮蔽材料の高含有量充填と一体成形を実現しました。これは、フレキシブル製造放射線遮蔽アプリケーションの優れた例と見なされています。

図 1 インク直接書き込み (DIW) 高含有量充填マルチ放射線遮蔽材料グリッド構造 実験チームは、優れた放射線耐性を持つだけでなく、簡単に変更でき、高含有量の放射線遮蔽材料充填を実現した新しい DIW インクを使用しました。実験では、ジフェニルポリシロキサン、40% の金属 Bi 材料、60% の 10B 粉末で構成されたインクが使用されました。研究チームは、それぞれ中性子線とガンマ線にさらし、構造サンプルの架橋密度と機械的特性は放射線への曝露後もわずかにしか変化しないことを発見した。さらに重要なことは、多重放射線吸収剤を充填した DIW 成形サンプルは、充填されていないサンプル (一般的な市販のシリコン オイル ベースの DIW 樹脂 SE1700 など) よりも放射線耐性が強く、より広い中性子エネルギー範囲で優れた中性子遮蔽性能を発揮することです。 DIW製法は、添加剤含有量の高いフレキシブルシールドの初めての応用であり、ラピッドプロトタイピングの観点だけでなく、機械的特性や長期照射下での遮蔽特性の面でも、将来的に高い開発可能性を秘めていることが実証されています。

参考文献:
Sjta B、Tr B、Aml A、et al. ガンマ線および中性子線遮蔽用の柔軟な3Dプリントシリコーン[J]。放射線物理化学、188。

材料

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