高效屏蔽空間輻射！新型富氫復(fù)合材料屏蔽性能試驗與仿真研究

空間輻射是載人航天任務(wù)中航天員面臨的主要健康威脅之一，銀河宇宙射線和太陽質(zhì)子事件是兩種典型的空間輻射源。根據(jù)美國“好奇號”火星車獲得的數(shù)據(jù)，在預(yù)計500天的載人火星任務(wù)期間，銀河宇宙射線的劑量將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過國際放射防護(hù)委員會給出的輻射劑量限值。因此，如何高效屏蔽空間輻射對于未來載人深空探測任務(wù)至關(guān)重要。在Space: Science & Technology (《空間科學(xué)與技術(shù)》)新發(fā)表的論文《富氫復(fù)合材料屏蔽性能的試驗與仿真研究》中，中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心的蔡明輝、韓建偉團(tuán)隊設(shè)計制備了兩種用于深空宇宙線輻射防護(hù)的新型富氫復(fù)合材料，并利用地面試驗和仿真手段評估了材料在空間真實輻射環(huán)境中的屏蔽性能。

作者及團(tuán)隊采用三個步驟完成了復(fù)合材料的制備：首先通過設(shè)計分子結(jié)構(gòu)合成了高含氫特種樹脂，然后以高密度聚乙烯纖維為增強(qiáng)材料制備了富氫復(fù)合材料，最后使用硼粉作為添加劑來提升復(fù)合材料的屏蔽性能。

其中，在高含氫樹脂制備工藝方面，制備了含有反應(yīng)性封端劑的樹脂溶液，這種溶液具有低黏度、高固含量的特點(diǎn)。同時，通過在樹脂中加入特殊的固化劑和催化劑，降低了固化溫度，從而能夠與高密度聚乙烯纖維適配;在富氫復(fù)合材料的制備工藝方面，采用熱壓工藝制備出了固化板材，然后將樹脂、固化劑、催化劑按1:0.69:0.02的質(zhì)量比混合均勻涂在聚乙烯纖維上，再通過烘箱固化以及折疊壓板操作后獲得了預(yù)期材料;在添加硼的富氫復(fù)合材料的制備工藝方面，旨在通過加入硼來提高復(fù)合材料對次級中子的屏蔽能力，從而研究了不同含量的硼對樹脂溶液黏度的影響。

結(jié)果表明，硼含量越高，樹脂黏度越高，且當(dāng)硼含量為20%時，樹脂黏度適合纖維涂層。

在完成含硼和不含硼兩種材料的試樣制備后，使用蘭州重離子加速器 (HIRFL)提供的設(shè)備測試了所研制復(fù)合材料的屏蔽性能。由于地面加速器試驗采用的重離子種類和能量有限、不能完全表征銀河宇宙射線的各項組分，因此，研究團(tuán)隊使用了蒙特卡洛方法來評估所制備材料在真實空間輻射中的屏蔽性能。仿真結(jié)果表明，與傳統(tǒng)材料相比，富氫復(fù)合材料在空間輻射屏蔽方面具有顯著優(yōu)勢。(科技日報記者 李禾)