مقایسه عملکرد کامپوزیت و نانوکامپوزیت‌های بر پایه پلی‌اتیلن سنگین و نیترید بور برای کاربرد در حفاظ‌سازی نوترونی

در این پژوهش، کامپوزیت و نانوکامپوزیت های بر پایه پلی اتیلن سنگین با استفاده از نیترید بور شش گوش (hbn) و نانوصفحات نیترید بور (bnnss) در درصدهای وزنی مختلف به روش اختلاط مذاب ساخته شد. ریخت شناسی، ویژگی ها و عملکرد مکانیکی و حرارتی کامپوزیت و نانوکامپوزیت های حاوی تقویت کننده نیترید بور بررسی شد. هم چنین عملکرد حفاظتی کامپوزیت های طراحی شده در برابر نوترون با استفاده از ستون گرمایی رآکتور تهران به روش فعال سازی پولک طلا مورد بررسی قرار گرفت و با نتایج مربوط به پلی اتیلن سنگین خالص مقایسه شد. نانوکامپوزیت های حاوی bnnss، مدول و استحکام کششی بزرگ تر، پایداری حرارتی بیش‌تر و عملکرد حفاظ سازی بهتری را در مقابل نوترون در مقایسه با کامپوزیت های حاوی hbn نشان داده اند. افزودن 0.5% وزنی از جاذب hbn به بستر پلی اتیلن، عملکرد حفاظتی کامپوزیت را در مقایسه با پلی اتیلن سنگین خالص 25% افزایش می دهد؛ در حالی که عملکرد حفاظ سازی نانوکامپوزیت در همین درصد وزنی، بیانگر افزایش 43% در جذب نوترون های گرمایی است. نتایج به‌دست آمده در این پژوهش می تواند مقدمه ای برای تولید حفاظ های نوترونی سبک، ارزان و کارآمد باشد که امید است در آینده ای نزدیک مورد استفاده قرار گیرد.

Comparison of performance of composites and nanocomposites based on highdensity polyethylene and boron nitride for neutron shielding

In the present study, highdensity polyethylene (HDPE)/hexagonal boron nitride (hBN) and HDPE/Boron nitride nanosheets (BNNSs) nanocomposites with different contents were fabricated using the melt mixing method. The morphology, properties, and mechanical and thermal performance of composites and nanocomposites containing boron nitride were investigated. Also, the neutron shielding performance of the designed composites was investigated using the thermal column of the Tehran Research Reactor and foil activation method. The results were compared with those of using pure HDPE. HDPE/BNNSs nanocomposites have shown higher modulus and tensile strength, higher thermal stability, and better neutron shielding performance than HDPE/hBN. The results showed that by reaching hBN content to 0.5 wt. %, the neutron shielding of the composite was improved by 25% compared with the pure HDPE. However, there is a 43% increase in neutron absorption by nanocomposites compared with HDPE. The result of this work is expected to cause a natural synergy between applied nanocomposite and neutron shields and lead to the commercial production of Leighweight, inexpensive, and effective neutronshield nanocomposites.