石墨烯纳米片增强B4C–TiB2复合材料的中子辐射屏蔽性能：实验与MCNP6.2模拟的整合分析

本研究通过火花等离子烧结（SPS）技术制备了石墨烯纳米片（GNP）增强的B4C–TiB2复合材料，系统评估其中子屏蔽性能。结合实验测量与MCNP6蒙特卡洛模拟，发现1 vol% GNP添加量的样品具有最优宏观截面（ΣTot）值。该研究为核能、航空航天及国防领域的高性能辐射防护材料开发提供了重要理论与实践依据。

　　

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粉末制备与复合材料火花等离子烧结

采用高纯度B₄C（德国H.C. Starck公司）、TiB₂（德国H.C. Starck公司）和石墨烯纳米片（GNP，土耳其Nanografi公司）粉末作为原料。首先将固定含量15 vol% TiB₂的B₄C–TiB₂基体混合物（简称BT0G）在乙醇中球磨24小时。该混合物既用于直接烧结参考复合材料，也作为GNP增强复合材料的基体。

结果与讨论

通过衰减率评估GNP增强B₄C–TiB₂复合材料的中子屏蔽性能。实验衰减率与MCNP模拟结果高度吻合，验证了实验与模拟的一致性。基于比尔-朗伯定律拟合中子衰减数据，获得实验总宏观截面（Σ_tot）值，并与理论值进行对比分析。

结论

本研究采用火花等离子烧结（SPS）技术成功制备了含1、2、3 vol% GNP的B₄C–TiB₂复合材料及参考样BT0G，并对比评估其对²³⁹Pu–Be中子源的屏蔽性能：

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  参考样BT0G与GNP增强样（BT1G、BT2G、BT3G）的总宏观截面（Σ_Tot）值均通过实验和MCNP模拟双重验证。