輻射防護(hù)材料的研究

1、PAGE 8 -輻射防護(hù)材料的研究摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，我國在輻射防護(hù)材料的研究逐漸深入，由于具有防輻射能力的材料質(zhì)量、體積比較大，對于輻射防護(hù)材料的大面積推廣使用產(chǎn)生了制約。因此有關(guān)部門應(yīng)該不斷提升研究輻射防護(hù)材料的力度，增加研發(fā)資金，爭取研究出更為優(yōu)質(zhì)的輻射防護(hù)材料。該文首先分析輻射防護(hù)材料的分類，其次探討具體的輻射防護(hù)屏蔽材料，以期對相關(guān)研究具有一定的參考價值。關(guān)鍵詞：輻射防護(hù)材料研究中圖分類號：TB332文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1672-3791（2022）07（a）-0000-00ResearchonRadiationProtectionMaterialsFUChunlian

2、g（WuhanSecondShipDesignInstitute，Wuhan，HubeiProvince，430205China）Abstract：Withtherapiddevelopmentofscienceandtechnology，theresearchofradiationprotectionmaterialsinChinaisgraduallydeepened.Duetothelargequalityandvolumeofmaterialswithradiationpreventioncapacity，thelarge-areapromotionanduseofradiationp

3、rotectionmaterialsarerestricted.Therefore，therelevantdepartmentsshouldconstantlyimprovetheresearchintensityofradiationprotectionmaterials，increasetheresearchanddevelopmentfunds，andstrivetostudymorehigh-qualityradiationprotectionmaterials.Thispaperfirstanalyzestheclassificationofradiationprotectionma

4、terials，andthendiscussesthespecificradiationprotectionshieldingmaterials，inordertohavesomereferencevalueforrelatedresearch.KeyWords：Radiation;Protection;MaterialScience;Research1輻射防護(hù)材料的分類因?yàn)樯渚€以及射線的質(zhì)量比較大，穿透能力比較差，在空氣中產(chǎn)生的射程比較短，普通衣物即能夠預(yù)防，除了保證不造成內(nèi)污染的情況下，因此并不需要做出特殊防護(hù)。由于X射線、射線以及中子射線會產(chǎn)生輻射問題，相關(guān)工作人員在處于這三類射線核輻射

5、范圍時，需要穿戴含有輻射防護(hù)材料的衣物。1.1X、射線防護(hù)材料由于X射線的波長比較短，射程比較遠(yuǎn)，穿透能力比較強(qiáng)，早期運(yùn)用在醫(yī)學(xué)成像故障診斷方面，實(shí)驗(yàn)室一般會使用X射線管生成X射線。射線與X射線類似，自身并不含有電，但是波長比較短，對于人體產(chǎn)生的危害影響比較大。1.2設(shè)計X、射線的輻射防護(hù)材料在設(shè)計X、射線的輻射防護(hù)材料時，工作人員需要使用衰減系數(shù)比較大的防護(hù)材料，且應(yīng)該盡量減少防護(hù)材料的厚度。正常情況下，對于原子序數(shù)比較大的材料而言，核外電子比較多，射線衰減系數(shù)比較大，因此工作人員可以運(yùn)用原子序數(shù)比較大的鐵元素、鉛元素、鎢元素設(shè)計防護(hù)材料1。1.3中子屏蔽機(jī)制及材料設(shè)計中子是一類穿透能力比較

6、強(qiáng)、不帶電子的粒子，可以依照速度劃分為快中子以及慢中子，中子穿過物質(zhì)時主要會與靶物質(zhì)的原子核相互作用，其本身具較電子與射線更強(qiáng)的穿透力，對人體造成的傷害比起同等吸收劑量下的電子、X射線更大。因?yàn)橹凶恿Ｗ油ǔ２粠щ?，目前對于中子的屏蔽分為兩個環(huán)節(jié)，第一個環(huán)節(jié)是核反應(yīng)產(chǎn)生的高能中子碰撞慢化劑發(fā)生非彈性散射損失能量。再利用含氫的物質(zhì)通過彈性散射，將中子的能量降低到熱能區(qū)。第二個環(huán)節(jié)是慢中子的吸收過程，主要是通過中子吸收材料將熱中子吸收。因此，綜合考慮中子和射線的影響應(yīng)選擇熱中子吸收截面大、俘獲輻射能量低的材料作為熱中子吸收材料。2輻射防護(hù)屏蔽材料的研究2.1X射線材料的研究由于X射線將會對人類身體產(chǎn)

7、生不可逆的核輻射影響，因此相關(guān)工作人員需要深入研究輻射防護(hù)材料，初期階段，技術(shù)任務(wù)應(yīng)用鉛板、鐵板防護(hù)X射線產(chǎn)生的輻射，但是由于鉛板和鐵板質(zhì)量比較大，難以隨身攜帶，若是將其作為個人輻射防護(hù)材料的體驗(yàn)感比較差，具有的輻射屏蔽效果比較差，因此相關(guān)科學(xué)家將研發(fā)質(zhì)地比較輕的X射線輻射防護(hù)材料作為主要目標(biāo)。因?yàn)殂U材料的成本價格比較低、輻射屏蔽效果比較好，已經(jīng)成為避免X射線輻射的首選材料。前蘇聯(lián)通過使用醋酸鉛溶液浸泡處理黏膠纖維織物，應(yīng)該運(yùn)用硫酸鈉溶液進(jìn)行改性處理，從而制作了核輻射防治效果比較好的X射線防護(hù)服，因?yàn)檫@種工藝的控制難度比較大，但是推廣起來比較困難2。在復(fù)合型紡絲技術(shù)不斷發(fā)展的背景下，科研人員需

8、要在纖維中添加適量的防輻射劑，可以制作防輻射效果比較好的纖維材料，對X射線具備一定的輻射防護(hù)水平。因?yàn)槭褂美w維制作的單層材料具有的輻射防護(hù)效果比較差，雙層材料又太過厚重，將其運(yùn)用在防輻射安全服時舒適度比較差。通過使用溶液紡絲法制作一些防止X射線輻射的纖維材料，這種材料的質(zhì)量比較輕，可以運(yùn)用在輻射防護(hù)材料的制作中。若是將氧化鉛以及硫酸鋇添加在輻射防護(hù)材料的化學(xué)纖維中，將其加工制作成織物，對處于低能狀態(tài)的X射線輻射防護(hù)效果比較差，且質(zhì)量將會比之前研制的防輻射材料輕。由于鉛材料具有一定的毒性、容易揮發(fā)，將會導(dǎo)致人體出現(xiàn)鉛中毒反應(yīng)。因此相關(guān)專家正在研究能夠代替鉛板的材料，目前研發(fā)的材料主要包括鎢元素、

9、鋇元素，經(jīng)過試驗(yàn)測試可知，鎢元素的輻射屏蔽能力高于鉛元素，在材料厚度相似時，鎢合金材料的衰減系數(shù)比鉛材料大。當(dāng)鎢元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)已經(jīng)超出80%時，輻射屏蔽效果比較好。由于稀土材料的原子結(jié)構(gòu)比較特殊，可以優(yōu)化彌補(bǔ)鉛元素的弱吸收問題。除此以外，氧化鑭也可以作為研制核輻射的防護(hù)材料，在氧化鑭含量不斷增多的情況，具有的輻射屏蔽能力不斷增強(qiáng)，在氧化鑭的質(zhì)量分?jǐn)?shù)已經(jīng)不小于56.7%的時候時，復(fù)合纖維具有的輻射屏蔽能力最佳3。在屏蔽X射線的輻射影響時，使用的材料主要是樹脂納米鉛復(fù)合型材料或是樹脂納米硫酸鉛的復(fù)合型材料。這種輻射防護(hù)材料的鉛含量比較低，密度值比較小，輻射屏蔽效果比較好。在制作過程中，輻射防護(hù)材料

10、的顆粒比較小，樹脂材料的分布情況比較均勻，對于X射線的輻射防護(hù)效果比較好。2.2射線的輻射防護(hù)材料現(xiàn)在防止射線輻射防護(hù)材料主要包括重金屬材料、合金材料、特種混凝土材料、含有重金屬材料的高分子材料、特種玻璃材料。在早期研究核輻射材料的過程中，需要將單質(zhì)鉛板視為輻射防護(hù)材料置于墻層之中運(yùn)用，由于鉛板的化學(xué)穩(wěn)定性比較差，將會局限材料的應(yīng)用效果，因?yàn)殂U材料的弱吸收區(qū)域容易出現(xiàn)問題，鉛材料和其他材料的合金已經(jīng)成為目前輻射防護(hù)材料的主要研究方向。通過使用澆鑄法能夠制作出強(qiáng)度比較高、硬度比較大的鉛硼型合金防護(hù)材料，這種核輻射防護(hù)材料的屏蔽能力比較好，在厚度達(dá)到2cm以后，防護(hù)射線輻射的能力可以達(dá)到49.7%

11、左右。為了切實(shí)滿足核電裝置、核設(shè)施等管路和閥門的應(yīng)力屏蔽防護(hù)需求，最近幾年相關(guān)領(lǐng)域的研究人員開始研發(fā)一些柔性比較強(qiáng)的射線輻射防護(hù)屏蔽材料，采用以甲基乙烯基硅橡膠為基體，重金屬鉛為功能填料的新型柔性屏蔽復(fù)合材料產(chǎn)品。該產(chǎn)品采用“三明治夾層”的復(fù)合結(jié)構(gòu)形式，利用硫化粘結(jié)技術(shù)復(fù)合加工而成，中間層為含鉛的硅橡膠（也稱為輻射屏蔽層或功能層），外層為純硅橡膠（也稱為基體層或表面層）。制品通過基體層的硅橡膠提供優(yōu)良的力學(xué)性能，通過功能層的鉛粉復(fù)合硅橡膠提供輻射屏蔽性能，運(yùn)用的功能填料主要是鉛元素、鎢元素4。若是運(yùn)用球磨法在納米鎢粉上包裹一層聚乙烯材料，使其和乙烯和丙烯的聚合物發(fā)生復(fù)合反應(yīng)并生成一種輻射屏蔽材

12、料，這種復(fù)合型材料對射線的輻射屏蔽能力會比鋇材料高出75%，輻射防護(hù)效果更好。在處理Er2O3的時候制作環(huán)氧樹脂作為核輻射防護(hù)材料，經(jīng)過測試可以發(fā)現(xiàn)這種材料具有比較好的防腐蝕能量。鉺元素能夠?qū)Φ湍苌渚€產(chǎn)生一定的輻射防護(hù)能量，比鉛元素的輻射防護(hù)能力強(qiáng)。為了提升輻射防護(hù)材料的質(zhì)量、性能，除了填料具有一定的功能，需要保證基體材料在受到高強(qiáng)度核輻射依舊可以具有防護(hù)屏蔽能力。2.3中子屏蔽材料目前所使用的中子屏蔽材料大致可分為：（1）傳統(tǒng)中子屏蔽材料：（a）小原子序數(shù)的元素所組成的簡單化合物，如水、石蠟、聚乙烯等;（b）金屬材料如各類不銹鋼、鎢、銅等;（c）復(fù)合混凝土，如含硼水泥、含聚乙烯水泥等。（2）

13、新型中子屏蔽材料：（a）高分子化合物、以及稀土高分子材料等;（b）纖維織物、經(jīng)表面處理技術(shù)處理過的屏蔽材料等;（c）納米材料。防護(hù)中子輻射的復(fù)合型材料具有比較好的屏蔽能力，加工制造工藝比較簡單。四川電子科技大學(xué)研發(fā)設(shè)計了一種新型的、柔性能力比較強(qiáng)的中子輻射屏蔽材料硼基苯基硅橡膠，因?yàn)槭忻嫔洗嬖跓崃蚧洼椛浔交枭z，具備較強(qiáng)的含氫量，能夠使快中子出現(xiàn)慢化作用。與此同時，因?yàn)榕鹪貙χ凶赢a(chǎn)生比較大的吸收截面，因此將會對熱中子產(chǎn)生吸收能力，輻射防護(hù)材料將會在硼元素含量不斷增加的情況下提升屏蔽能力5。若是將含有氨基聚合物的樹脂作為基體，添加適量的碳化粉末能夠制作出具有一定反復(fù)折疊能力的中子輻射防

14、護(hù)材料，不但具有良好的中子輻射防護(hù)效果，而且可以耐高溫。研究人員同時使用填料B4C以及熱塑性比較強(qiáng)的天然橡膠材料，能夠共同制作出中子輻射防護(hù)材料，深入研究復(fù)合型材料的衰減能力可以發(fā)現(xiàn)，在B4C填料使用量不斷增多的情況下，宏觀截面的面積將會隨之增大，平均自由程長度將會不斷縮小，對于中子核輻射的防護(hù)屏蔽能力將會升高。2.4復(fù)合型屏蔽材料在設(shè)計輻射防護(hù)屏蔽材料的過程中，屏蔽材料受體積和重量限制，應(yīng)具有高效的中子、射線慢化吸收能力;然而，傳統(tǒng)的中子屏蔽材料如硼、水、聚乙烯和伽馬屏蔽材料如鉛、鐵、鎢等屏蔽功能單一，屏蔽性能有限，有的熱力學(xué)性能不佳，難以滿足現(xiàn)代輻射防護(hù)的要求。在這方面，復(fù)合材料可以集中各

15、原材料的優(yōu)點(diǎn)，取長補(bǔ)短，使得綜合性能和應(yīng)用范圍優(yōu)于各原材料。目前，已有大量復(fù)合屏蔽材料被開發(fā)和應(yīng)用。按照基體不同可分為：（1）聚合物基復(fù)合屏蔽材料;（2）金屬基復(fù)合屏蔽材料;（3）屏蔽混凝土;（4）玻璃基復(fù)合屏蔽材料;（5）陶瓷基復(fù)合屏蔽材料。不同基體材料有著各自的優(yōu)勢，也存在著各自的短板，根據(jù)使用環(huán)境擇優(yōu)選擇6。2.5使用模擬方式通過對核輻射屏蔽材料展開模擬研究，能夠在一定程度上降低無效物理試驗(yàn)的出現(xiàn)次數(shù)，目前可以運(yùn)用的模擬軟件主要包括WinXCOM程序、Auto-Zeff軟件、EGS軟件和MCNP軟件，但是由于現(xiàn)在環(huán)境模擬技術(shù)不夠成熟，研發(fā)人員需要進(jìn)一步開發(fā)設(shè)計、優(yōu)化改進(jìn)模擬技術(shù)，能夠?yàn)閮?yōu)化設(shè)計核輻射防護(hù)材料完善準(zhǔn)備工作。3結(jié)語綜上所述，由于核輻射對人體具有一定的危害，長時間處于核輻射工作環(huán)境下，將會導(dǎo)致人體出現(xiàn)疾病甚至死亡，研究人員需要研制一些核輻射防護(hù)屏蔽材料，能夠?qū)溯椛浞秶墓ぷ魅藛T提供安全保障。參考文獻(xiàn)1李曉寧.新型核輻射防護(hù)材料的設(shè)計及應(yīng)用探析J.科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2022（22）：100-101.2王瑩.橡膠基輻射防護(hù)材料的蒙卡模擬研究D.北