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随着核技术在不同领域的广泛应用,新型辐射屏蔽材料的研发也备受人们的关注。针对核电站停堆检修过程中异形管道因失效导致含有放射性水体渗漏而缺乏有效辐射屏蔽材料的情况,本文研发一种可远距离喷射且具有快速固化性能的聚氨酯基辐射屏蔽复合材料,并根据研发的新型复合材料的性能对关键的应用组件-喷枪混合头结构进行设计研发,主要涉及到的研究内容如下:(1)针对核电站停堆检修过程中对可快速固化屏蔽材料的实际需求,本文以氧化铅粉、氧化钨粉、硼酸锌粉及双组份聚氨酯原料制备出一种新型可快速固化且具有阻燃性能的γ射线屏蔽复合材料,主要设计了4种不同体系的复合材料,并对各体系材料固化时间、屏蔽性能、微观形貌、阻燃性能、热稳定性能、力学性能、表面粘接性能等进行研究。实验结果表明:添加反应型阻燃剂V-490且由复合催化剂2催化的体系4辐射屏蔽复合材料具有合理的快速反应固化时间及最优的屏蔽性能;随着填料质量分数及试样厚度的增加,复合材料屏蔽性能增强;填料质量分数为60%,厚度为12 cm的复合材料对能量低于100 keV的射线可以实现较好的屏蔽,而662 keV的射线透射率仅为45.2%;此外随着填料含量增加,该体系复合材料的阻燃性能、热稳定性都逐渐增强;由于泡孔结构的细化,该体系复合材料具有最优的力学性能;表面粘接强度随着填料含量增加逐渐变差,但仍然高于100 kPa,对金属表面具有良好的粘接性能。(2)针对研发的综合性能最优的复合材料固含量高、粘度大的特点,本文根据传统双组份聚氨酯高、低压混合头结构设计研发了一种组合式混合头结构,采用ANSYS软件中FLUENT模块对其进行模拟分析,并从增强混合均匀性及提高出口速率角度对新型组合式混合头结构进行优化设计。实验结果表明:喷嘴口径为2 mm,组合方式为右-左-右-左的4元件组合式混合头结构具有最优的混合效果及最大出口流速,出口界面白料体积分数极差值为1.44%,最大出口流速为99.59 m/s。本文的研究工作来源于核电站在停堆检修过程中对辐射防护的实际需求,新型可快速固化聚氨酯基屏蔽复合材料具有固化速率快、屏蔽性能强、阻燃等优点,为核电工作者在应对核管道渗水事件提供了有效防护;新型组合式混合结构具有良好的混合均匀性,出口速率大的优点,为新型辐射屏蔽材料可用喷涂设备的研发奠定了坚实的基础。