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中科院国家空间科学中心研发出富氢复合材料

文章来源：科技日报更新时间：2022-03-14 14:54:58

空间辐射是载人航天任务中航天员面临的主要健康威胁之一，银河宇宙射线和太阳质子事件是两种典型的空间辐射源。根据美国“好奇号”火星车获得的数据，在预计500天的载人火星任务期间，银河宇宙射线的剂量将远远超过国际放射防护委员会给出的辐射剂量限值。因此，如何高效屏蔽空间辐射对于未来载人深空探测任务至关重要。在Space: Science & Technology (《空间科学与技术》)新发表的论文《富氢复合材料屏蔽性能的试验与仿真研究》中，中国科学院国家空间科学中心的蔡明辉、韩建伟团队设计制备了两种用于深空宇宙线辐射防护的新型富氢复合材料，并利用地面试验和仿真手段评估了材料在空间真实辐射环境中的屏蔽性能。

　　作者及团队采用三个步骤完成了复合材料的制备：首先通过设计分子结构合成了高含氢特种树脂，然后以高密度聚乙烯纤维为增强材料制备了富氢复合材料，最后使用硼粉作为添加剂来提升复合材料的屏蔽性能。

　　其中，在高含氢树脂制备工艺方面，制备了含有反应性封端剂的树脂溶液，这种溶液具有低黏度、高固含量的特点。同时，通过在树脂中加入特殊的固化剂和催化剂，降低了固化温度，从而能够与高密度聚乙烯纤维适配;在富氢复合材料的制备工艺方面，采用热压工艺制备出了固化板材，然后将树脂、固化剂、催化剂按1:0.69:0.02的质量比混合均匀涂在聚乙烯纤维上，再通过烘箱固化以及折叠压板操作后获得了预期材料;在添加硼的富氢复合材料的制备工艺方面，旨在通过加入硼来提高复合材料对次级中子的屏蔽能力，从而研究了不同含量的硼对树脂溶液黏度的影响。

　　结果表明，硼含量越高，树脂黏度越高，且当硼含量为20%时，树脂黏度适合纤维涂层。

　　在完成含硼和不含硼两种材料的试样制备后，使用兰州重离子加速器 (HIRFL)提供的设备测试了所研制复合材料的屏蔽性能。由于地面加速器试验采用的重离子种类和能量有限、不能完全表征银河宇宙射线的各项组分，因此，研究团队使用了蒙特卡洛方法来评估所制备材料在真实空间辐射中的屏蔽性能。仿真结果表明，与传统材料相比，富氢复合材料在空间辐射屏蔽方面具有显著优势。

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