Study on a High-Boron-Content Stainless Steel Composite for Nuclear Radiation

材料科学 碳化硼 电磁屏蔽 中子 复合数 中子毒 中子辐射 复合材料 冶金 放射化学 中子温度 核物理学 化学 物理
作者
Weiqiang Sun,Guang Hu,Xiao-Hang Yu,Jian Lin Shi,Hu Xu,Ruizhi Wu,Chao He,Qiang Yi,Hua-Si Hu
出处
期刊:Materials [MDPI AG]
卷期号:14 (22): 7004-7004 被引量:10
标识
DOI:10.3390/ma14227004
摘要

In this research, a high-boron-content composite material with both neutron and γ rays shielding properties was developed by an optimized design and manufacture. It consists of 304 stainless steel as the matrix and spherical boron carbide (B4C) particles as the functional particles. The content of B4C is 24.68 wt%, and the particles' radius is 1.53 mm. The density of the newly designed material is 5.17 g·cm-3, about 68.02% of that of traditional borated stainless steel containing 1.7 wt% boron, while its neutrons shielding performance is much better. Firstly, focusing on shielding properties and material density, the content and the size of B4C were optimized by the Genetic Algorithm (GA) program combined with the MCNP program. Then, some samples of the material were manufactured by the infiltration casting technique according to the optimized results. The actual density of the samples was 5.21 g cm-3. In addition, the neutron and γ rays shielding performance of the samples and borated stainless steel containing 1.7 wt% boron was tested by using an 241Am-Be neutron source and 60Co and 137Cs γ rays sources, respectively, and the results were compared. It can be concluded that the new designed material could be used as a material for nuclear power plants or spent-fuel storage and transportation containers with high requirements for mobility.
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