Ученые разработали материал для защиты от радиации, не содержащий свинец
Композитный материал, не содержащий свинца, который защищает от нейтронов и гамма-лучей, разработали исследователи из Института физических наук Хэфэй (HFIPS) Академии наук Китая, 23 ноября сообщает журнал Nuclear Materials and Energy.
Нейтрон, как электрически нейтральная частица, обладает высокой проницаемостью и всегда испускает вторичные гамма-лучи при столкновении с другими частицами. Эффективная схема экранирования нейтронов содержит в себе одновременно материалы с высоким Z (атомным номером), низким Z, и материалов, поглощающих нейтроны. Однако свинецсодержащие материалы ограничены в применении из-за биологической токсичности.
Ученые разработали композит, состоящий из модифицированного оксида гадолиния / карбида бора / полиэтилена высокой плотности (Gd₂O₃ / B4C / HDPE). Он был протестирован на безопасность и эффективность при защите от нейтронных и гамма-лучей в ходе серии сложных и всесторонних экспериментов.
Редкоземельный элемент гадолиний, обычно существующий в природе в виде нетоксичного Gd₂O₃, всегда демонстрировал высокое поглощение тепловых нейтронов, высокую термостойкость и хорошие характеристики при защите от гамма-лучей.
Исследователи сначала изучили механизм экранирования, а затем применили связующие агенты для модификации поверхности Gd₂O₃, чтобы улучшить межфазную совместимость и дисперсию Gd₂O₃ в матрице.
«Он не содержит свинца и не представляет угрозы для окружающей среды или людей», — сказал доктор Хуо Чжипэн.
Далее он объяснил, как работает эта система защиты от радиации. Быстрые нейтроны неупруго сталкиваются с гадолинием (Gd) и упруго сталкиваются с водородом, пока они не станут тепловыми нейтронами, поглощенными, наконец, элементом Gd с высоким Z и бором.
Результаты экспериментов показывают, что степень защиты композита от нейтронов может достигать 98% при толщине 15 см в среде CF-252. В средах CS-137 и Со-60 показатели гамма-экранирования композита составляют 72% и 60% соответственно при одинаковой толщине.
Комплексные характеристики экранирования нового материала лучше, чем у обычного коллимирующего экранирования из бора и полиэтилена, и он подходит для системы диагностики нейтронного спектра и гамма-спектра экспериментального усовершенствованного сверхпроводящего токамака (EAST). По мнению исследователей, ожидается, что материал получит широкое распространение в системах защиты от радиации в смешанных полях нейтронов и гамма-излучения.
