铁基合金材料电离辐射衰减特性的理论模拟研究及其在辐射防护中的应用

为解决传统辐射屏蔽材料(如铅)毒性高、成本高等问题，研究人员采用Phy-X/PSD和EpiXS软件对Fe-C-Si基合金的γ射线屏蔽性能进行系统研究。通过计算质量衰减系数(MAC)、线性衰减系数(LAC)、平均自由程(MFP)等关键参数，发现富铁合金在1 keV-105 MeV能区表现出最优屏蔽性能，其快中子移出截面(FNRCS)也显著优于常规材料，为核设施防护和医疗放射设备提供新型环保解决方案。

　　

随着核能利用和医疗放射技术的快速发展，辐射防护材料面临严峻挑战。传统铅基屏蔽材料存在毒性大、重量高、成本昂贵等问题，而混凝土等材料又存在耐久性不足的缺陷。这促使科学家们积极探索新型屏蔽材料，其中铁基合金因其优异的机械性能和可调控的辐射衰减特性备受关注。

研究人员通过理论模拟系统评估了四种Fe-C-Si基合金（编号A1-A4）的辐射屏蔽性能。采用Phy-X/PSD软件计算了1 keV至10⁵ MeV能区的质量衰减系数(MAC)、线性衰减系数(LAC)、平均自由程(MFP)等关键参数，并通过EpiXS(EPICS2017)进行交叉验证。同时计算了快中子移出截面(FNRCS)以评估中子屏蔽能力。

主要技术方法：

1. 使用Phy-X/PSD软件进行γ射线衰减参数理论计算；
2. 采用EpiXS工具验证质量衰减系数；
3. 基于合金元素组成计算有效原子序数(Z_eff)；
4. 通过快中子移出截面评估中子屏蔽性能。

研究结果：

Preparation of Specimen and its Physical Dimensions
从孟加拉国三家知名钢铁制造企业获取四种Fe-C-Si基合金样本，经氩气净化处理后进行物理表征，为理论模拟提供基础数据。

Results and Discussion
富铁合金在所有测试能区均表现出最优屏蔽性能：MAC值最高达56.72 cm²/g(在1 keV时)，LAC随铁含量增加而显著提升。A4合金的MFP、HVL和TVL值最低，分别为0.12 cm、0.08 cm和0.27 cm(在1 MeV时)，Z_eff最高达到25.8。FNRCS计算显示富铁合金对快中子的屏蔽效率比常规材料提高40%以上。

Conclusions
该研究证实Fe-C-Si基合金特别是富铁组分具有优异的γ射线和中子综合屏蔽能力。其性能优势源于铁元素的高原子序数和高密度特性，通过调节铁含量可优化屏蔽效果。这些发现为开发环保、高效的新型辐射防护材料提供了重要理论依据，在核电站、医疗放射和工业检测等领域具有广阔应用前景。

研究创新性地将理论模拟与实验验证相结合，系统评估了铁基合金的辐射衰减特性。相比传统铅基材料，这些合金不仅屏蔽性能优异，还具有成本低、无毒性、机械强度高等综合优势，对推动辐射防护技术进步具有重要意义。