一种抗中子辐射光纤、高羟基光固化树脂的应用的制作方法

1.本发明属于光纤领域，更具体地，涉及一种抗中子辐射光纤、高羟基光固化树脂的应用。

背景技术：

2.光纤由于具有损耗低、传输速率高和抗静电等特点，在通信领域得到了广泛应用。随着技术的发展，它在非通信领域也得到了广泛应用。特别是一些特殊领域的应用，比如航天技术、核反应堆内部监测和核爆炸诊断技术、临床放射等方面，都需要用到光纤作为传输介质。
3.在太空中，宇宙环境有各种高能粒子。地面上当反应堆运行时，核裂变反应将产生大量中子和γ射线，裂变产物衰变也释放出α、β粒子和γ射线。α和β粒子射程很短，很容易被空气或其它物体吸收，但是中子和γ射线有极强的穿透能力，光纤在长期的辐照条件下，会导致光纤性能受到影响。
4.传统光纤由于纤芯掺锗，由于其光敏性容易在辐照条件下产生心，进而导致光纤衰耗增加或其它辐致损伤。常见的耐辐照光纤主要是通过纯硅芯或掺氟纤芯，加上深掺氟包层达到较好的耐辐照性能，但是未考虑中子辐射更恶劣的应用场景。在医疗和核反应堆内部，辐照中包括大量的中子辐射，受到中子辐射的影响，光纤寿命缩短，光纤传感的结果不准确，传输光纤的损耗增加。

技术实现要素：

5.针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种抗中子辐射光纤、高羟基光固化树脂的应用，其目的在于通过在多层包层中同时添加快中子慢化剂共价态氢元素和中子吸收剂，来屏蔽中子辐射对于光纤信号传感和传输的影响，延长光线使用寿命，由此解决现有的抗辐射光纤不能耐受中子流，导致光纤寿命缩短、光纤传感结果不准确、或者传输损耗增加的技术问题。
6.为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种抗中子辐射光纤，包括：光波导结构、以及包覆所述光波导结构的多层包层；所述多层包层厚度在27.5～106.5μm；
7.所述多层包层含有快中子慢化剂以及慢中子吸收剂；所述快中子慢化剂为共价态氢，所述慢中子吸收剂为含有中子吸收元素的化合物，所述中子吸收元素包括硼和稀土元素；其中：
8.氢元素平均摩尔浓度为67.28～112.9mol/l；中子吸收元素平均摩尔浓度为0.4～2.8mol/l。
9.优选地，所述抗中子辐射光纤，其
10.所述多层包层至少包括第一快中子慢化层、以及第一慢中子吸收层；
11.所述第一快中子慢化层在所述第一慢中子吸收层外侧；
12.所述第一快中子慢化层氢元素摩尔浓度为0.06～149.5mol/l，厚度为8～65μm；
13.所述第一慢中子吸收层含有中子吸收元素物质的摩尔浓度为4.02～20.65mol/l，厚度为5～31μm。
14.优选地，所述抗中子辐射光纤，其所述第一快中子慢化层为光固化树脂涂层，含有共价态氢，其中氢元素摩尔浓度为92.3～149.5mol/l，厚度在55～65μm；或
15.所述第一快中子慢化层为玻璃包层，含有羟基，其中氢元素的摩尔量为0.06～0.18mol/l，厚度在19～24μm。
16.优选地，所述抗中子辐射光纤，其所述第一快中子慢化层为光固化树脂涂层，包括内涂层和外涂层，其中：
17.所述内涂层氢元素的摩尔浓度为103.5～149.5mol/l，厚度在27～38μm；
18.所述外涂层氢元素的摩尔浓度为92.3～147.6mol/l，厚度在17.5～37.5μm。
19.优选地，所述抗中子辐射光纤，其所述第一慢中子吸收层为玻璃包层所述第一慢中子吸收层中子吸收元素物质的摩尔浓度在8～20.65mol/l，厚度在8～26μm。
20.优选地，所述抗中子辐射光纤，其所述第一慢中子吸收层，所述第一慢中子吸收层的中子吸收元素包括硼元素，硼元素的摩尔浓度为4～20.5mol/l。
21.优选地，所述抗中子辐射光纤，其所述第一慢中子吸收层相对折射率差为-0.3％～-1.5％。
22.优选地，所述抗中子辐射光纤，其所述第一快中子慢化层以及第一慢中子吸收层之间，包括：
23.第二快中子慢化层、慢化吸收层、和/或第二慢中子吸收层；
24.所述第二快中子慢化层，为玻璃包层，含有羟基，其中氢元素的摩尔浓度为0.06～0.18mol/l，厚度为8～23μm；
25.所述慢化吸收层，为玻璃包层，厚度为8～23μm，其中中子慢化氢元素的摩尔浓度为0.01～0.03mol/l，同时中子吸收元素为0.01～0.05mol/l；
26.所述第二慢中子吸收层，厚度在8～23μm，含有中子吸收元素物质的摩尔浓度在1.01～2.05，其中硼元素的摩尔浓度为1～2mol/l；
27.优选地，所述抗中子辐射光纤，其所述多层包层中玻璃包层存在相对折射率差为0的包层，优选所述稀土元素选自钐sm、镨pr、铷nd、钆gd、铈ce、铥tm中的一种或多种。
28.优选地，所述抗中子辐射光纤，其所述光波导结构，包括芯层和紧邻于芯层的相邻包层；其中，
29.所述光波导结构的芯层含有质量分数0.3％～1.5％的氟元素，相对折射率差δ1％为-0.05％～-1.22％，所述芯层直径d1为6～62.5μm；
30.所述光波导结构的相邻包层含有质量分数2％～14％的氟元素，相对折射率差δ2％为-0.35％～-2.2％，所述相邻包层的直径d2为42～70μm。
31.按照本发明的另一个方面，提供了一种高羟基光固化树脂的应用，所述光纤涂层光固化树脂为丙烯酸酯体系，包括：质量分数30％～60％的聚氨酯丙烯酸酯预聚物、以及质量分数在30％～60％的单体稀释剂，所述单体稀释剂选自丙烯酸异葵酯、丙烯酸己内酯和四氢呋喃丙烯酸酯中的一种或多种的组合；
32.其应用于形成本发明提供的抗中子辐射光纤的内涂层。
33.按照本发明的另一个方面，提供了一种高羟基光固化树脂的应用，所述光纤涂层
光固化树脂为丙烯酸酯体系，包括：质量分数30％～60％的聚氨酯丙烯酸酯预聚物、以及质量分数在30％～60％的单体稀释剂，所述单体稀释剂选自1,6-己二醇二丙烯酸酯、新戊二醇二丙烯酸酯、二缩三丙二醇二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三丙烯酸酯或四丙烯酸酯中的一种或多种的组合；
34.其应用于形成本发明提供的抗中子辐射光纤的外涂层。
35.总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
36.本发明的抗中子辐射光纤的结构考虑到实际中子与物质的相互作用过程是，一是快中子的散射和减速，二是慢中子吸收。因此，设计高含氢量多层包层作为中子慢化材料，显著提高了中子的慢化效应。同时控制多层包层中掺杂的对中子吸收截面大的硼元素、以及稀土元素，其可以将慢中子吸收，且不释放射线，进而达到了抗中子辐射的效果。同时，由于该光纤多层包层具有较好的抗中子辐射效果后，独立工作的光波导结构，其相邻包层和芯层不用掺杂羟基提高抗辐射性能，避免了掺羟基导致红外波段损耗增加的问题。
附图说明
37.图1是本发明提供的抗中子辐射光纤的剖面示意图；
38.图2是本发明提供的抗中子辐射光纤玻璃部分折射率剖面示意图。
39.在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1是纤芯，2是相邻包层，3是第一慢中子吸收层，4是是第二慢中子吸收层，5是第二快中子慢化层，6分别是第二快中子慢化层，7是第一快中子慢化层为玻璃包层(需说明的是此时涂层为普通涂层)，4/5/6/7表示该包层结构为上述结构择一，8和9分别是第一快中子慢化层为涂层时的内涂和外涂。
具体实施方式
40.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
41.本发明中相对折射率差，为相对于纯二氧化硅石英玻璃的折射率，计算方式为δ＝[(n
i2-n
02
)/(2n
i2
)]*100％≈[(n
i-n0)/ni]*100％，其中ni为各对应部分的折射率，n0为纯二氧化硅石英玻璃的折射率。
[0042]
本发明提供的抗中子辐射光纤，包括：
[0043]
所述多层包层含有快中子慢化剂以及慢中子吸收剂；所述快中子慢化剂为共价态氢，所述慢中子吸收剂为含有中子吸收元素的化合物，所述中子吸收元素包括硼和稀土元素；其中：
[0044]
氢元素平均摩尔浓度为0.06～149.68mol/l；中子吸收元素平均摩尔浓度为4.02～22.70mol/l；
[0045]
独立设计的光波导结构，可以利用掺氟芯、深掺氟包层设计更为灵活，覆盖单模、多模或其它芯包比的光纤，以及提供γ辐射屏蔽性能；而多层包层设计，提供良好的抗中子
辐射性能。
[0046]
与γ辐射不同，形成中子辐射的粒子为中子，其质量远大于γ粒子，通过掺氟降低三元环与四元环缺陷浓度的抗γ辐射玻璃包层，对于抗中子辐射的作用甚微。目前尚缺乏有效的抗中子辐射手段来延长光纤在较强中子辐射环境下的工作寿命。本发明在光纤材料中选择共价态氢作为快中子慢化剂，选择硼和稀土元素作为慢中子吸收剂，同时添加在光波导结构外侧的具有一定厚度的多层包层中，达到相应浓度，使中子流对光纤产生辐射时，首先经过外侧多层包层的慢化和吸收，中子流穿透多层包层的过程与光纤径向上足够多的氢原子发生碰撞，形成慢中子，并经过光纤径向上相应剂量的慢中子吸收剂吸收，能有效的抵抗甚至避免对内部光波导结构的影响，从而减小甚至避免中子辐射对光纤工作性能的影响，延长光纤使用寿命。因此同时控制用于抵抗中子辐射的多层包层的径向上的厚度和作为快中子慢化剂的氢元素、作为慢中子吸收剂的硼和稀土元素的含量在相应范围之内，对于光纤的机械性能和中子辐射性能至关重要：过高的快中子慢化剂的掺量以及过大的包层厚度影响弯曲以及机械性能、引入更多玻璃结构的不完整因素，导致光纤寿命较短，过低的快中子慢化剂掺量以及过小的保层厚度，不能有效抵抗中子流辐射，光纤寿命同样受到影响。另外慢中子吸收剂的种类及含量同样对包层的机械性能、光学性能带来不确定影响。故光纤多层包层的厚度、氢元素平均摩尔浓度、以及中子吸收元素种类及平均摩尔浓度，共同影响了光纤在中子辐射环境中的工作寿命。
[0047]
进一步的，快中子慢化剂和慢中子吸收剂的理想分布并非平均分布，由于中子经慢化后才能较好的被吸收，因此作为快中子慢化剂的氢元素先于慢中子吸收元素遭遇中子流，将取得更好的抗中子辐射的效果，故采用多层包层的分层结构使得作为快中子慢化剂的氢元素更多的处于多层包层的靠外侧包层中，同时使得慢中子吸收剂更多的处于多层包层的靠内层包层中，能有效的提高抗中子辐射的效率。
[0048]
综上所述，优选的方案中，所述多层包层至少包括第一快中子慢化层、以及第一慢中子吸收层；所述第一快中子慢化层在所述第一慢中子吸收层外侧；
[0049]
所述第一快中子慢化层，氢元素摩尔浓度为0.06～149.5mol/l，厚度为9.5～65μm；氢元素，具有最大的中子散射界面，是理想的慢化剂。其中氢元素以共价态存在，在用于制造光纤的包括树脂涂层材料和石英玻璃材料中，相较于离子态存在的氢元素，共价态的氢元素具备更好的化学稳定性，对涂层树脂和石英玻璃的机械性不良影响更小。
[0050]
所述第一快中子慢化层，可以是光固化树脂涂层或玻璃包层。
[0051]
优选为光固化树脂涂层，则玻璃包层设计空间更大，灵活度更高，可以满足更多性能要求，比如弯曲性能、散性能等等。而玻璃包层作为第一快中子慢化层，以羟基形式提高氢元素的含量，对玻璃包层的光学性能几乎没有影响。以玻璃保层作为第一快中子慢化层时，光纤仍然具有固化树脂涂层，涂层材料为现有的常规涂层材料，含氢量较低，其中内涂层氢元素的摩尔浓度为90～100mol/l，厚度在27～38μm；外涂层氢元素的摩尔浓度为85～95mol/l，厚度在17.5～37.5μm。
[0052]
光纤基本是采用双层紫外固化涂敷工艺，第一层与玻璃表面直接接触，称为光纤内涂层(primary coating)；第二层覆盖在内涂层表面，称为光纤外涂层(second coating)。内涂层通常是一种柔软、低模量、低玻璃化转变温度的缓冲层，其作用是使微弯损耗减至最小；外涂层是一种坚韧光滑、高模量、高玻璃化转变温度的硬质涂层，主要对光
纤起着机械和环境保护作用，使光纤具有理想耐受组装外力的性能。本发明利用现有的双层紫外固化涂敷工艺，调整涂料的成分中氢元素含量，方便的实现快中子慢化性能。同时减少对玻璃包层成分的限制，简化玻璃包层制作工艺，降低光纤拉丝难度。更为重要的是光固化树脂不仅在光纤结构的最外侧，同时可以负载数倍于玻璃包层的氢含量，极大的提高多层包层的快中子慢化能力，从而提高慢中子吸收的总概率，有效的对抗中子辐射。
[0053]
一般来说，第一快中子慢化层为光固化树脂涂层时，由内涂层和外涂层两层构成；
[0054]
所述外涂层模量500～1500mpa，厚度在17.5～37.5μm。外涂层光固化涂层树脂由高含氢量多官能聚氨酯丙烯酸酯，高含氢量双官能或多官能丙烯酸酯，光引发剂和助剂组成，氢元素的摩尔浓度为92.3～147.6mol/l；
[0055]
所述内涂层模量0.5～2.0mpa，厚度在27～38μm；所述内涂层光固化涂层树脂由高含氢量双官能聚氨酯丙烯酸酯，高含氢量单官能丙烯酸酯，光引发剂和助剂组成，氢元素的摩尔浓度为103.5～149.5mol/l。
[0056]
光固化树脂涂层相对于玻璃包层，其中含氢量可以有数十倍甚至数百倍的提高，快中子慢化效果明显，适合作为第一快中子慢化层。
[0057]
另外光固化树脂涂层对于光纤而言，其模量和厚度是重要指标，因此需要在有限的厚度之内调整光固化涂层的含氢量，在保证模量性能满足要求的条件下，保证快中子慢化效果。影响光纤的光固化树脂的配方中，含氢量会影响树脂最终形成涂层的模量，而模量性能对于涂层而言至关重要，决定了光纤的微弯性能以及可靠性能。过低的含氢量不能起到快中子慢化作用，过高的含氢量则会导致涂层模量不达标，因此配合预聚物单体官能团和含氢量的优化，可以在维持涂层模量参数达标的前提下实现快中子慢化效果，抵抗中子辐射。
[0058]
所述第一快中子慢化层，也可以是玻璃包层，氢元素以羟基的形式存在，所述玻璃包层中氢元素的摩尔量为0.06～0.18mol/l，厚度在19～24μm；多包层中存在相对折射率差为δ4％为0的包层，以匹配通常通用光纤的包层折射率，降低熔接损耗。过高的羟基含量会导致玻璃材料内部形成微小气泡，应力分布不均，拉丝性能下降成品率低。因此为了在产品综合性能达标的情况下，为了取得理想的抗中子辐射效果，较佳的方案以涂层为第一快中子慢化层，以玻璃包层为第二快中子慢化层，通过多层的快中子慢化结构，提高光纤的抗中子辐射性能。
[0059]
所述第一慢中子吸收层，为玻璃包层，含有硼元素，优选还含有稀土元素；所述稀土元素选自钐sm、镨pr、铷nd、钆gd、铈ce、铥tm中的一种或多种；这些元素具有大吸收截面的特点，可以将慢中子吸收，厚度在5～31μm，相对折射率差δ3％为-0.3％～-1.5％。硼元素的不仅具有较大的吸收截面，是良好的中子吸收剂，同时硼掺杂玻璃折射率降低，不仅降低了该玻璃包层的粘度同时第折射率包层的束光性能更好；另一方面还可以通过共掺稀土元素，调整折射率匹配的同时提高慢中子吸收能力。
[0060]
其中，硼元素的摩尔浓度为4～20.5mol/l，稀土元素的摩尔浓度在0.02～0.15mol/l。
[0061]
优选方案，在所述第一快中子慢化层以及第一慢中子吸收层之间，还可以存在次级的慢化层或初级的吸收层，也可以存在同时具有慢化和吸收能力的过渡层，即：第二快中子慢化层、慢化吸收层、和/或第二慢中子吸收层；
[0062]
所述第二快中子慢化层，可以将快中子进一步慢化，优选为玻璃包层，含有羟基，其中氢元素的摩尔浓度为0.06～0.18mol/l；所述第二快中子慢化层厚度为8～23μm，相对折射率差为δ4％优选为0，以匹配通用通信光纤。
[0063]
所述慢化吸收层，为玻璃包层，含摩尔浓度为0.01～0.03mol/l的快中子慢化作用的氢元素，同时慢中子吸收作用的稀土元素；所述稀土元素为，钐sm、镨pr、铷nd、钆gd、铈ce、铥tm等稀土元素的摩尔浓度0.01～0.05mol/l；所说第慢中子吸收层厚度为8～23μm，相对折射率差为δ4％优选为0以匹配普通光纤的包层折射率。另外慢化吸收层由于可以匹配快中子慢化层和慢中子吸收层的成分，因此可以做到粘度、应力等性能的匹配，提高拉丝性能以及成品率。
[0064]
所述第二慢中子吸收层，为玻璃包层，以质量百分比计，所述内包层中硼元素的摩尔浓度为1～2mol/l、以及摩尔浓度为0.01～0.05mol/l的稀土元素，所述稀土元素选自钐sm、镨pr、铷nd、钆gd、铈ce、铥tm之一或组合，厚度为8～23μm，相对折射率差为δ4％为0；其中硼元素的含量与第一慢中子吸收层硼元素的含量之比在0.05至0.5之间时，从而使得包层粘度匹配，在多层玻璃包层设计下具有良好的拉丝性能。
[0065]
所述光波导结构，包括芯层和紧邻于芯层的相邻包层；
[0066]
所述光波导结构的芯层优选含有质量分数0.3％～1.5％的氟元素，相对折射率差δ1％为-0.05％～-1.22％，所述芯层直径d1为6～62.5μm；
[0067]
所述光波导结构的相邻包层含有氟元素，相对折射率差δ2％为-0.35％～-2.2％，所述相邻包层的直径d2为42～70μm。
[0068]
掺氟的芯层和包层，抗γ射线较好，结合抗中子辐射性能良好的多层包层，能更好的适应复杂的辐射环境，例如核电站通信、太空通信等光纤应用情景。
[0069]
以下为实施例：
[0070]
本发明提供的抗中子辐射的光纤，典型结构如图1所示，由内而外包括光波导结构、以及多层包层；
[0071]
光波导结构由内而外包括芯层和相邻包层；多层包层，由内而外可能包括第一慢中子吸收层、第二慢中子吸收层、慢化吸收层、第二快中子慢化层、第一快中子慢化层。
[0072]
其中，d1是纤芯直径，d2是相邻包层直径，d3是第一慢中子吸收层厚度，d4/5/6分别是第二慢中子吸收层或慢化吸收层或第二快中子慢化层的厚度，d7是第一快中子慢化层为玻璃包层的厚度(需说明的是此时涂层为普通涂层)，d8和d9是第一快中子慢化层为涂层时的内涂和外涂。
[0073]
其几何结构参数，如表1所示：
[0074]
表1抗中子辐射光纤的几何结构
[0075]
[0076][0077]
其光学性能参数如表2所示：
[0078]
表2光纤折射率
[0079][0080]
折射率剖面典型如图2所示，其中δ1是纤芯的相对折射率差，δ2是相邻包层的相对折射率差，δ3是第一慢中子吸收层的相对折射率差，δ4分别是d4/d5/d6/d7即第二慢中子吸收层或慢化吸收层或第二快中子慢化层或者第一快中子慢化层为玻璃包层时的的相对折射率差。
[0081]
测试显示，本发明实施例中提供的光纤，在14mev中子射线流环境下的使用寿命，均达到抗拉强度m50％≥4.0gpa，应力腐蚀敏感参数nd≥18，筛选强度≥100kpsi的指标要求。
[0082]
其光纤的中子慢化和吸收元素含量，如表3所示：
[0083]
表3光纤中子慢化和吸收元素含量：
[0084][0085]
实施例1，5，9均采用以下涂料组合一方案，具体如下：
[0086]
内涂层配方：
[0087][0088]
外涂层配方：
[0089][0090][0091]
实施例2，6，10均采用以下涂料组合二方案，具体如下：
[0092]
内涂层配方：
[0093][0094]
外涂层配方：
[0095][0096]
实施例4，8，12均采用以下涂料组合三方案，具体如下：
[0097]
内涂层配方：
[0098][0099]
外涂层配方：
[0100][0101]
实施例3、7、11均采用市售内涂1048/外涂2030涂料。
[0102]
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种抗中子辐射光纤，其特征在于，包括：光波导结构、以及包覆所述光波导结构的多层包层；所述多层包层厚度在27.5～106.5μm；所述多层包层含有快中子慢化剂以及慢中子吸收剂；所述快中子慢化剂为共价态氢，所述慢中子吸收剂为含有中子吸收元素的化合物，所述中子吸收元素包括硼和稀土元素；其中：氢元素平均摩尔浓度为67.28～112.9mol/l；中子吸收元素平均摩尔浓度为0.4～2.8mol/l。2.如权利要求1所述的抗中子辐射光纤，其特征在于，所述多层包层至少包括第一快中子慢化层、以及第一慢中子吸收层；所述第一快中子慢化层在所述第一慢中子吸收层外侧；所述第一快中子慢化层氢元素摩尔浓度为0.06～149.5mol/l，厚度为8～65μm；所述第一慢中子吸收层含有中子吸收元素物质的摩尔浓度为4.02～20.65mol/l，厚度为5～31μm。3.如权利要求1所述的抗中子辐射光纤，其特征在于，所述第一快中子慢化层为光固化树脂涂层，含有共价态氢，其中氢元素摩尔浓度为92.3～149.5mol/l，厚度在55～65μm；或所述第一快中子慢化层为玻璃包层，含有羟基，其中氢元素的摩尔量为0.06～0.18mol/l，厚度在19～24μm。4.如权利要求3所述的抗中子辐射光纤，其特征在于，所述第一快中子慢化层为光固化树脂涂层，包括内涂层和外涂层，其中：所述内涂层氢元素的摩尔浓度为103.5～149.5mol/l，厚度在27～38μm；所述外涂层氢元素的摩尔浓度为92.3～147.6mol/l，厚度在17.5～37.5μm。5.如权利要求1所述的抗中子辐射光纤，其特征在于，所述第一慢中子吸收层为玻璃包层所述第一慢中子吸收层中子吸收元素物质的摩尔浓度在8～20.65mol/l，厚度在8～26μm。6.如权利要求5所述的抗中子辐射光纤，其特征在于，所述第一慢中子吸收层，所述第一慢中子吸收层的中子吸收元素包括硼元素，硼元素的摩尔浓度为4～20.5mol/l。7.如权利要求6所述的抗中子辐射光纤，其特征在于，所述第一慢中子吸收层相对折射率差为-0.3％～-1.5％。8.如权利要求1所述的抗中子辐射光纤，其特征在于，所述第一快中子慢化层以及第一慢中子吸收层之间，包括：第二快中子慢化层、慢化吸收层、和/或第二慢中子吸收层；所述第二快中子慢化层，为玻璃包层，含有羟基，其中氢元素的摩尔浓度为0.06～0.18mol/l，厚度为8～23μm；所述慢化吸收层，为玻璃包层，厚度为8～23μm，其中中子慢化氢元素的摩尔浓度为0.01～0.03mol/l，同时中子吸收元素为0.01～0.05mol/l；所述第二慢中子吸收层，厚度在8～23μm，含有中子吸收元素物质的摩尔浓度在1.01～2.05，其中硼元素的摩尔浓度为1～2mol/l。9.如权利要求1所述的抗中子辐射光纤，其特征在于，所述多层包层中玻璃包层存在相对折射率差为0的包层，优选所述稀土元素选自钐sm、镨pr、铷nd、钆gd、铈ce、铥tm中的一种
或多种。10.如权利要求1所述的抗中子辐射光纤，其特征在于，所述光波导结构，包括芯层和紧邻于芯层的相邻包层；其中，所述光波导结构的芯层含有质量分数0.3％～1.5％的氟元素，相对折射率差δ1％为-0.05％～-1.22％，所述芯层直径d1为6～62.5μm；所述光波导结构的相邻包层含有质量分数2％～14％的氟元素，相对折射率差δ2％为-0.35％～-2.2％，所述相邻包层的直径d2为42～70μm。11.一种高羟基光固化树脂的应用，其特征在于，所述光纤涂层光固化树脂为丙烯酸酯体系，包括：质量分数30％～60％的聚氨酯丙烯酸酯预聚物、以及质量分数在30％～60％的单体稀释剂，所述单体稀释剂选自丙烯酸异葵酯、丙烯酸己内酯和四氢呋喃丙烯酸酯中的一种或多种的组合；其应用于形成如权利要求1至10任意一项所述的抗中子辐射光纤的内涂层。12.一种高羟基光固化树脂的应用，其特征在于，所述光纤涂层光固化树脂为丙烯酸酯体系，包括：质量分数30％～60％的聚氨酯丙烯酸酯预聚物、以及质量分数在30％～60％的单体稀释剂，所述单体稀释剂选自1,6-己二醇二丙烯酸酯、新戊二醇二丙烯酸酯、二缩三丙二醇二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三丙烯酸酯或四丙烯酸酯中的一种或多种的组合；其应用于形成如权利要求1至10任意一项所述的抗中子辐射光纤的外涂层。

技术总结

本发明公开了一种抗中子辐射光纤、高羟基光固化树脂的应用。所述光纤包括：光波导结构、以及包覆所述光波导结构的多层包层；所述多层包层厚度在27.5～106.5μm；所述多层包层含有快中子慢化剂以及慢中子吸收剂；所述快中子慢化剂为共价态氢，所述慢中子吸收剂为含有中子吸收元素的化合物，所述中子吸收元素包括硼和稀土元素；其中：氢元素平均摩尔浓度为67.28～112.9mol/L；中子吸收元素平均摩尔浓度为0.4～2.8mol/L。高羟基光固化树脂应用形成所述光纤的涂层。设计高含氢量多层包层作为中子慢化材料，显著提高了中子的慢化效应。同时控制多层包层中掺杂的对中子吸收截面大的硼元素、以及稀土元素，其可以将慢中子吸收，且不释放射线，进而达到了抗中子辐射的效果。进而达到了抗中子辐射的效果。进而达到了抗中子辐射的效果。