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系統識別號 U0002-1807201516122700
中文論文名稱 導電混凝土對電磁波與輻射屏蔽之研究
英文論文名稱 Shielding Effectiveness of Conductive Concrete for Electromagnetic Waves and Radiation
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 土木工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Civil Engineering
學年度 103
學期 2
出版年 104
研究生中文姓名 高阜康
研究生英文姓名 Fu-Kang Kao
學號 602380056
學位類別 碩士
語文別 中文
第二語文別 英文
口試日期 2015-06-30
論文頁數 111頁
口試委員 指導教授-段永定
委員-劉明仁
委員-陳建成
中文關鍵字 導電混凝土  導電性材料  電磁波屏蔽  核輻射屏蔽  屏蔽效益 
英文關鍵字 Conductive concrete  Conductive material  Electromagnetic shielding  Radiation shielding  Shielding effectiveness 
學科別分類 學科別應用科學土木工程及建築
中文摘要 本研究依據「導電混凝土的屏蔽效應」,使用鉛粉及碳纖維取代原有的鋇鐵氧體,並加大測量頻率幅度從30MHz~1.8GHz擴大至100KHz~8.5GHz,測試其對電磁波之屏蔽效益,了解鉛粉及碳纖維兩種材料添加在水泥材料內對電磁波屏蔽的影響,目的在研發同時具有水泥材料之優點且有良好屏蔽效益之材料,期望能加強甚至取代目前所使用的屏蔽材料。同時,嘗試使用對電磁波之屏蔽效益較好的配比來進行γ放射性核種實驗,了解鉛粉及碳纖維兩種材料對輻射屏蔽的影響。
研究結果顯示:對於頻率範圍100KHz~8.5GHz之電磁波,添加鉛粉與碳纖維皆能提升電磁波屏蔽效益,其中又以碳纖維提升效果較為顯著;碳纖維添加量越多屏蔽效益越高,且電磁波頻率越高屏蔽效益越高。添加鉛粉可以提升試體對於電磁波遮罩性能,但添加鉛粉對提升屏蔽效益沒有碳纖維來得顯著,同時鉛粉會影響水泥混凝土之力學強度、砂漿的耐久性等,添加量越多影響越嚴重。另外,藉由電阻率之測試,可以發現電磁波遮蔽效果與電阻率和頻率都有關係;電阻率越小之試體,電磁波遮蔽性能越高,同時,隨著頻率的增加其遮罩性能也會越高,試體中S1.0G10CF0.9表現效果較佳,對於電磁波屏蔽是顯著的。最後,對於輻射γ射線的遮蔽性能來說,添加碳纖維之試體並沒有顯著的影響,其輻射遮蔽效果幾乎同於一般混凝土。反而添加鉛粉之試體添加10%後的鉛粉輻射屏蔽的衰減係數較一般混凝土高出13%,試體中以S1.0 G10 Pb10表現效果較佳,對於γ射線的屏蔽是顯著的,可有效的阻擋γ射線並提升遮罩性能。
英文摘要 This study is focused on the improvement of the “Shielding Effectiveness of Conductive Concrete”. By using the lead powder and carbon fiber to replaced the barium ferrite. In addition, the frequency range to be considered has been increased from 30MHz ~ 1.8GHz to 100KHz ~ 8.5GHz. The shielding effectiveness of electromagnetic waves have been tested. The addition of the lead powder and carbon fiber into the concrete mixtures and the effects of electromagnetic shielding were observed. The research results shows that the new mixture has better shielding effectiveness. Different proportions have been tried for electromagnetic shielding for γ radionuclides shielding test. Study the impact of lead powder and carbon fiber for radiation shielding of the two materials.
The result shows that add lead powder and carbon fiber can enhance the electromagnetic shielding effectiveness in the frequency range from 100KHz ~ 8.5GHz. The most significant effect is to add the carbon fiber. As more amount of the carbon fiber has been added, the higher shielding effectiveness has been achieved. Also, the higher the frequency, the higher the electromagnetic shielding effectiveness has been achieved. Add lead powder can improve the performance of the electromagnetic shielding, but adding lead powder without carbon fiber is more effective. At the same time lead powder will affect the mechanical strength of the concrete, durability, the more serious impact on the added amount. Further, with resistivity testing, the electromagnetic shielding effect was found that the resistivity and frequency are related. The smaller resistivity, the higher electromagnetic shielding performance, and with increasing frequency, the shielding performance will be higher. Finally, add the carbon fiber has no significant effect for γ rays radiation shielding, same as radiation shielding of general concrete. Instead, after the addition of 10% lead powder radiation shielding attenuation coefficient 13% higher than normal concrete. Lead powder for γ-ray shielding is phenomenal, can effectively block the γ-ray and improve performance.
論文目次 目錄
符號說明 IV
目錄 V
圖目錄 VII
表目錄 XI
第一章 緒論 1
1-1 研究背景與動機 1
1-2 研究目的 3
1-3 研究方法 3
1-4 研究流程 4
1-5 研究內容 5
第二章 文獻回顧 6
2-1 電磁波概述 6
2-2 電磁干擾 12
2-3 輻射概述 16
2-4 電磁屏蔽性能研究 17
2-5 核輻射屏蔽性能研究 18
2-6 導電混凝土 20
第三章 基礎理論 24
3-1 電磁屏蔽理論 24
3-2 電磁波之屏蔽材料 30
第四章 試驗方法與步驟 34
4-1 試驗規劃 34
4-1-1 試驗之材料 34
4-1-2 試驗儀器及設備 40
4-2 實驗步驟 46
4-2-1 試體模具準備 46
4-2-2 試體製作 47
4-2-3 電磁波屏蔽效益量測 51
4-2-4 電磁波屏蔽效益分析 53
4-2-5 放射性核種實驗 56
第五章 電磁波屏蔽試驗結果與分析 59
5-1 本研究各試體之電磁波屏蔽效益 60
5-2 最佳配比中添加鉛粉與碳纖維對於電磁波屏蔽效益的影響 87
5-2-1 試體介於100KHz~1.00GHz結果與分析 87
5-2-2 試體介於1.00GHz~2.00GHz結果與分析 92
5-2-3 試體介於2.00GHz~8.5GHz結果與分析 94
5-3 試體之電阻率與電磁波屏蔽效益的關係 95
第六章 輻射屏蔽測試結果與分析 103
6-1 60Co輻射屏蔽性能測試結果與分析 103
第七章 結論與建議 107
7-1 結論 107
7-2 建議 108
參考文獻 109


圖目錄
圖1-1 研究流程圖 4
圖2-1 電磁波在真空中傳播模型圖 6
圖2-2 電磁波的波譜與性質 7
圖2-3 電磁干擾源作用於敏感設備的耦合途徑 14
圖2-4 不同輻射線之穿透能力和輻射屏蔽之考量 16
圖3-1 電磁波屏蔽測試示意圖 25
圖3-2 電磁波屏蔽機制示意圖 25
圖3-3 電磁波遮蔽材之分類 31
圖3-4 導電材與電阻係數之關係 32
圖3-5 縱橫比影響形成導電網路示意圖 33
圖4-1卜特蘭 I 型水泥 34
圖4-2 石墨粉末 35
圖4-3 鋼纖維 36
圖4-4 鉛粉 37
圖4-5 矽灰 38
圖4-6 細骨材(天然河砂) 39
圖4-7 碳纖維 40
圖4-8 水泥砂漿拌合機 41
圖4-9 壓克力模具 42
圖4-10 混凝土震動台 42
圖4-11 同軸導波管 43
圖4-12 網路分析儀 44
圖4-13 Agilent Advanced Design System 45
圖4-14 軟體模擬測試時的電路圖 45
圖4-15 待測試體尺寸圖 46
圖4-16 壓克力模具示意圖 47
圖4-17 本試驗之水泥砂漿試體 51
圖4-18 電磁波屏蔽量測示意圖 52
圖4-19 電磁波屏蔽量測流程圖 53
圖4-20 ADS操作流程1~3 54
圖4-21 ADS操作流程4~9 55
圖4-22 ADS操作流程10~12 55
圖4-23 清華大學的γ能譜分析系統 56
圖4-24 測量γ能譜分析系統的試體 57
圖4-25 測量γ能譜分析系統試體的側視圖 58
圖4-26 測量γ能譜分析系統試體的表面 58
圖5-1 S0.5G10Pb4之電磁屏蔽效益 61
圖5-2 S0.5G10CF0.3之電磁屏蔽效益 62
圖5-3 S0.5G15Pb4之電磁屏蔽效益 63
圖5-4 S0.5G15CF0.3之電磁屏蔽效益 64
圖5-5 S1.5G10Pb4之電磁屏蔽效益 65
圖5-6 S1.5G10CF0.3之電磁屏蔽效益 66
圖5-7 S1.5G20Pb4之電磁屏蔽效益 67
圖5-8 S1.5G20CF0.3之電磁屏蔽效益 68
圖5-9 S1.0G20Pb7之電磁屏蔽效益 69
圖5-10 S1.0G20CF0.6之電磁屏蔽效益 70
圖5-11 S1.0G10Pb10之電磁屏蔽效益 71
圖5-12 S1.0G10CF0.9之電磁屏蔽效益 72
圖5-13 S1.0G15Pb10之電磁屏蔽效益 73
圖5-14 S1.0G15CF0.9之電磁屏蔽效益 74
圖5-15 S1.5G15Pb10之電磁屏蔽效益 75
圖5-16 S1.5G15CF0.9之屏蔽效益 76
圖5-17 S0.5G20之電磁屏蔽效益 77
圖5-18 S1.5G15之電磁屏蔽效益 78
圖5-19 S0.5G10分別添加鉛粉與碳纖維 79
圖5-20 S0.5G15分別添加鉛粉與碳纖維 80
圖5-21 S1.5G10分別添加鉛粉與碳纖維 81
圖5-22 S1.5G20分別添加鉛粉與碳纖維 82
圖5-23 S1.0G20分別添加鉛粉與碳纖維 83
圖5-24 S1.0G10分別添加鉛粉與碳纖維 84
圖5-25 S1.0G15分別添加鉛粉與碳纖維 85
圖5-26 S1.5G15分別添加鉛粉與碳纖維 86
圖5-27 100KHz ~1.00GHz添加鉛粉屏蔽效果 87
圖5-28 100KHz~1.00GHz添加碳纖維屏蔽效果 89
圖5-29 0.9GHz時,添加碳纖維試體與前期研究之比較 90
圖5-30 0.9GHz時,添加鉛粉試體與前期研究之比較 91
圖5-31 1.8GHz時,添加碳纖維試體與前期研究之比較 92
圖5-32 1.8GHz時,添加鉛粉試體與前期研究之比較 93
圖5-33 2.00GHz~8.5GHz時,添加鉛粉與碳纖維之試體相互比較 94
圖5-34 電壓與電流量測圖 96
圖5-35 0.9GHz時,添加碳纖維試體的電阻率與屏蔽效益之關係 98
圖5-36 0.9GHz時,添加鉛粉試體的電阻率與屏蔽效益之關係 99
圖5-37 1.8GHz時,添加碳纖維試體的電阻率與屏蔽效益之關係 101
圖5-38 1.8GHz時,添加鉛粉試體的電阻率與屏蔽效益之關係 102
圖6-1 衰減率與比重關係圖 105

表目錄
表2-1 無線電頻帶與波段名稱 8
表2-2 各波段電波之傳播特性及用途 10
表2-3 各項設備產生電磁波頻段 11
表2-4 電磁干擾的頻率分類 13
表2-5 導電混凝土試體電阻值 23
表3-1 分貝與電磁波屏蔽效果值之關係 29
表4-1 矽灰成分 38
表4-2 鋼纖維、石墨、鉛粉、碳纖維及紅銅網之添加量 49
表4-3 本研究中使用之水泥砂漿試體最佳配比 49
表4-4 測量γ能譜分析系統的試體配比 57
表5-1 電磁波屏蔽試驗使用之配比 59
表5-2 100KHz~1.00GHz添加鉛粉屏蔽效益(SE) 88
表5-3 100KHz~1.00GHz添加碳纖維屏蔽效益(SE) 89
表5-4 0.9GHz時,添加碳纖維試體與前期研究之比較 90
表5-5 0.9GHz時,添加鉛粉試體與前期研究之比較 91
表5-6 1.8GHz時,添加碳纖維試體與前期研究之比較 93
表5-7 1.8GHz時,添加鉛粉試體與前期研究之比較 94
表5-8 2.00GHz~8.5GHz時,添加鉛粉與碳纖維之試體相互比較 95
表5-9 0.9GHz時,試體之電阻率與屏蔽效益數據 97
表5-10 1.8GHz時,試體之電阻率與屏蔽效益數據 100
表6-1 試體配比60Co輻射屏蔽實驗測試之結果 104
表6-2 砂漿輻射屏蔽性能 105
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論文使用權限
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