核辐射防护材料研究前景

  核生化防护服       |      2022-01-12 14:22:02

通常在我们的印像里,核辐射防护材料通常离不了厚实的铅。例如,医院门诊X射线检查室常用的安全门便是由铅材料生产制造的。殊不知铅的分子生物学毒副作用对自然环境不友善,使其使用范畴受限制。

核辐射防护材料

日前,中科院合肥研究院等离子体物理研究室研究人员获得了一项重大进展,有希望更改我们对核辐射防护材料的传统式认知能力。该精英团队研制开发了一类高性能、无铅化的中子及放射线复合型屏蔽材料,并紧紧围绕材料的屏蔽性能与体制进行了试验分析和数值模拟认证,有关成效发布在核科技进步刊物《核材料与电力能源》上,并申请办理了专利发明。

传统式屏蔽材料无法达到现代社会射线防护要求

中子是电荷平衡颗粒,不会受到库仑力功效,穿透力极强,且在撞击全过程中会造成次级线圈放射线,是当代核辐射防护的分析关键。而科学合理高效率的中子屏蔽计划方案,会在采用高质量数(原子序数就是指原素在周期中的编号)材料和低质量数材料的与此同时,还采用中子消化吸收材料,以开展复合型屏蔽。例如常见的由铅、硼、高压聚乙烯组成的铅硼聚乙烯板,便是这类复合型屏蔽材料。

铅硼高压聚乙烯是一种传统的的屏蔽材料,在其中高压聚乙烯具备较高的过氧化物量,氢原子对快中子具备较好的慢化功效;硼核能吸收热中子;铅分子除开对具备一定动能的快中子有屏蔽功效外,对放射线的屏蔽也非常合理。对比别的核屏蔽材料,铅硼高压聚乙烯除开具备高效率的核屏蔽性能外,还具备品质轻、体型小的特性,已普遍用以核电厂、核电池、军用、航空公司、诊疗等行业中的核安全防护。

但伴随着核能工业生产的发展趋势,大家务必采用严实的防护措施来确保涉核工作人员的身心健康和环境安全管理。而铅硼高压聚乙烯等传统式材料屏蔽作用单一、屏蔽性能比较有限,有的热学性能不佳,无法达到现代社会对核辐射防护的规定,而且这种带铅的安全防护材料,通常应用两年便会丧失保护实际效果,取代后注入自然环境中,会对周边环境导致环境污染。

新安全防护材料具备良好的综合性屏蔽性能

而稀有元素钆在大自然中通常以无毒性的空气氧化钆方式存有,且其均值热中子吸收截面十分高,不仅耐热,还具备较好的放射线屏蔽性能。科技人员依据其材料特点,设计方案了一种高性能无重金属的表层改性空气氧化钆/碳化硼/聚乙烯复合型屏蔽计划方案。

最先,科学研究工作人员选用硅烷偶联剂对空气氧化钆开展表层改性解决,提升了其在基材內部的页面相溶性和弥漫性,使辐射源颗粒更全面地与材料內部的作用组元相互影响进而快速损耗。次之,科学研究工作人员设计方案的复合型材料,选用了钆—氢—硼管理体系对中子开展慢化和消化吸收,运用轻、重核与中子的相互影响特点及其钆和硼的高烧中子吸收截面特点,使较高能出射中子与钆造成非弹性碰撞,与氢、碳、氧产生弹性碰撞直到变成热中子,最终被钆和硼消化吸收。在其中钆做为重核原素还兼顾消化吸收放射线的作用。

科技人员根据进一步研究发现,改性纳米技术空气氧化钆对复合型材料的性能提高显著好于改性μm空气氧化钆及未改性的纳米和微米氧化钆,而且在6公分下列较薄的材料薄厚时,空气氧化钆的改性解决对复合型材料辐射源屏蔽性能的提高尤其显著。

而后,科技人员将她们研制开发的新式无重金属核辐射防护材料送到北京X射线应用研究核心,开展试品屏蔽具体检测。测试的結果比较满意:在锎-252中子源辐照度自然环境下,该复合型材料在薄厚为15公分时做到了98%的中子屏蔽率;在铯-137和钴-60伽马源辐照度自然环境下,复合型材料在薄厚为15公分时各自实现了72%和60%的伽马屏蔽率。

值得一提的是,这类新式无重金属核辐射防护材料综合性屏蔽性能,乃至好于在我国大科学装置——全高温超导托卡马克科学试验设备中原地区有的掺硼高压聚乙烯自准直屏蔽体。表明这类新式无重金属核辐射防护材料可做为改进版取代材料,也可做为别的中子—伽马混和场的安全防护材料,在可控核反应的科学合理科技攻关之中,给予更快的核辐射防护方式。