طراحی و ساخت حفاظ چشمه نوترون با استفاده از کامپوزیت پلی‌متیل‌متاکریلات حاوی اسیدبوریک و پلی‌اتیلن ساخته شده به‌وسیله پلیمریزاسیون درجا

نویسندگان

1 دانشکده‌ فیزیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران

2 پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران، تهران

3 پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای، سازمان انرژی اتمی ایران، تهران

چکیده

ساخت حفاظ‌های نوترونی با شکل هندسی خاص و با استفاده از روش‌های ماشین‌کاری، زمان‌بر و پرهزینه است. هم‌چنین در صورت بزرگ بودن حفاظ و یا نیاز به ساخت سریع، حفاظ‌های پلیمری رایج مانند پلی‌اتیلن حاوی بور، کاربری لازم را ندارند. در این پژوهش از پلیمر پلی‌متیل‌متاکریلات (‏PMMA‏)‎‏ به‌عنوان پایه‌ی پلیمری، پودر اسید‌بوریک به‌عنوان جاذب نوترون و پودر ‌پلی‌اتیلن با چگالی بالا جهت افزایش میزان هیدروژن برای ساخت حفاظ کامپوزیتی به‌روش پلیمریزاسیون درجا استفاده شده است. درصد ترکیب بهینه مواد کامپوزیت با استفاده از شبیه‌سازی در کد MCNPX محاسبه شده و حفاظ‌های ساخته‌شده در چیدمانی شامل آشکارساز 3He و چشمه‌ نوترون Am-Be مورد ارزیابی قرار گرفتند. بنابر نتایج به‌دست آمده، با استفاده از حفاظ کامپوزیتی شامل 67% پلی‌متیل‌متاکریلات، 28% اسیدبوریک و 5% پلی‌اتیلن چگالی بالا، شار نوترون حرارتی در حدود 80% نسبت به پلی‌اتیلن خالص کاهش می‌یابد. بنابراین نتایج به‌دست آمده کارایی مناسب این حفاظ کامپوزیتی را نشان داد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Design and construction of neutron source shielding by in situ polymerized Poly Methyl Methacrylate, containing boric acid and HDPE

نویسندگان [English]

  • Shaghayegh Shahram 1
  • Seyed Farhad Masoudi 1
  • Shervin Ahmadi 2
  • Esmaeil Bayat 3
1
2
3
چکیده [English]

It is time-consuming and costly to build geometric shapes of neutron shields using machining techniques. In addition, in the case of large shields or the need for quick construction, common polymer shields such as boron-containing polyethylene are not efficient. In this study, Poly Methyl Methacrylate (PMMA) as a polymer base, boric acid powder as a neutron absorber and high-density polyethylene powder for increasing the amount of hydrogen have been used to build composite shielding by in situ polymerization method. The percentage of optimal composition of composite materials was calculated using simulation in the MCNPX code and the made shields in the layout including the 3He detector and the Am-Be neutron source were evaluated. Based on the results, the thermal neutron flux is decreased about 80% after composite shielding containing 67% PMMA, 28% Boric Acid and 5% High Density Polyethylene (HDPE) compared to the pure polyethylene shielding. The results showed a good performance of this composite shield.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Neutron shielding
  • Am-Be source
  • PMMA
  • Boric Acid
  • In situ polymerization
  • MCNPX2

مراجع

[1] A.B. Chilton, J.K. Shultis and R.E. Faw. Principles of Radiation Shielding, Prentice Hall Englewood Cliffs, 488 (1984). [2] J.K. Shultis and R.E. Faw. Radiation shielding Technology, Health physics, 88(4) (2005) 297–322. [3] Z. Uddin, T. Yasin, M. Shafiq, A. Raza and A. Zahur. On the physical, chemical and neutron shielding properties of polyethylene/boron carbide composites, Radiation Physics and Chemistry, 166 (2020) 108450. [4] M.A. Kiani, S.J Ahmadi, M. Outokesh, R. Adeli and A. Mohammadi. Preparation and characteristics of epoxy/clay/B4C nanocomposite at high concentration of boron carbide for neutron shielding application, Radiation Physics and Chemistry, 141 (2017) 223–228. [7] A. Güngör, I.K. Akbay and T. Özdemir. EPDM Rubber with hexagonal Boron Nitride a Thermal Neutron Shielding Composite, Radiation Physics and Chemistry, 165 (2019) 108391. [8] S. Avcıoğlu, M. Buldu, F. Kaya, C.B. Üstündağ, E. Kam, Y.Z. Menceloğlu, H.Y. Kaptan and C. Kaya. Processing and properties of boron carbide (B4C) reinforced LDPE composites for radiation shielding, Ceramics International, 46(1) (2020) 343–352. [9] K. Herrman, L.N. Baxter, K. Mishra, E. Benton, R.P. Singh and R.K. Vaidyanathan. Mechanical characterization of polyethylene–based thermoplastic composite materials for radiation shielding Composites Communications, 13(2019) 37– 41. [10] U.V. Ancharova, M.A. Mikhailenko, M.R. Sharafutdinov, B.P. Tolochko, K.B. Gerasimov, M.V. Korobeynikov and A.A. Bryazgin. Structure and properties of radiation modified polyethylene, In IOP Conference Series, Materials Science and Engineering, 168(1) (2017) 012110. [12] T. Bel, A. Cuneyt and B. Nilgun. Radiation shielding properties of polymethylmethacrylate/ Colemanite composite for the use in mixed irradiation fields of neutrons and gamma rays, Materials Chemistry and Physics, 221(2019) 58-67. [13] T. Özdemir, I.K. Akbay, H. Uzun and I.A. Reyhancan. Neutron shielding of EPDM rubber with boric acid Mechanical, thermal properties and neutron absorption tests, Progress in Nuclear Energy, 89(2016) 102–109.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار