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用上稀土元素钆 核辐射防护原料希望迎来无铅化期间发布日期:2022-07-02 12:59:09     

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  科研职员计划了一种高机能无铅的表表改性氧化钆/碳化硼/高密度聚乙烯复合障蔽质料,其防护机能以至优于我国大科学装备——全超导托卡马克科学试验装备中国有的掺硼聚乙烯准直障蔽体。

  凡是正在人们的印象里,核辐射防护质料往往离不开厚重的铅。比如,病院X射线检讨室所用的防护门即是由铅质料筑设的。然而铅的生物学毒性对情况不友爱,使其使用限造受到限度。

  日前,中国科学院合肥咨询院等离子体男实物理咨询所科研团队得到了一项新开展,希望改良人们对核辐射防护质料的守旧星史论认知。该团队研造了一类高机能、无钙类法铅化的中子及伽马射线复合障蔽质料,并盘绕质料的障蔽机能与机造开展了试验咨询和模仿打算验证,联系功劳楬橥正在核科学技艺期刊《核质料与能源》上,并申请了出现专利。

  中子是电中性粒子,不受库仑力用意,穿透性极强,且正在碰撞流程中会出现次级伽马射线,是今世核辐射防护的咨询重心。而科学高效的中子障蔽计划,会正在选用高原子序数(原子序数是指元素正在周期表中的序号)质料和低原子序数质料的同时,还选用中子吸取质料,以举行复合障蔽。比如常用的由铅、硼、聚乙烯组合而成的铅硼聚乙烯板,即是这种复合障蔽质料。

  铅硼聚乙烯是一种守旧的障蔽质料,个中聚乙烯拥有较高的含氢量,氢原子对疾中子拥有精良的慢化用意;硼原子能吸取热中子;铅原子除了对拥有必然能量的疾中子有障蔽用无意,对伽马射线的障蔽也迥殊有用。比拟其他核障蔽质料,铅硼聚乙烯除了拥有高效的核障蔽机能表,还拥有质料轻、体积幼的特色,已普及用于核电、核动力、军工、航空、医疗等范畴中的核防护。

  但跟着原子能工业的成长,人们必需选用稹密的防护方法来保证涉核职员的身体康健和情况安笑。而铅硼聚乙烯等守旧质料障蔽性能简单、障蔽机能有限,有的热力学机能不佳,难以知足今世社会对核辐射防护的央求,而且这些含铅的防护质料,往往操纵几年就会失落防护结果,落选后流入情况中,会对周遭情况变成污染。

  而稀土元素钆正在天然界中凡是以无毒的氧化钆体式存正在,且其均匀热中子吸取截面尽头高,不光耐高温,还拥有精良的伽马射线障蔽机能。科研职员依据其质料性情,计划了一种高机能无铅的表表改性氧化钆/碳化硼/高密度聚乙烯复合障蔽计划。

  最先,咨询职员采用偶联剂对氧化钆举行表表改性管造,抬高了其正在基体内部的界面相容性和弥散性,使辐射粒子更宽裕地与质料内部的性能组元彼此用意从而火速衰减。其次,咨询职员计划的复合质料,采用了钆—氢—硼系统对中子举行慢化和吸取,诈欺轻、重核与中子的彼此用意性情以及钆和硼的高热中子吸取截面性情,使高能入命中子与钆出现非弹性碰撞,与氢、碳、氧发作弹性碰撞直至成为热中子,末了被钆和硼吸取。个中钆举动重核元素还兼具吸取伽马射线的性能。

  科研职员通过进一步咨询出现,改性纳米氧化钆对复合质料的机能擢升鲜明优于改性微米氧化钆及未改性的纳米和微米氧化钆,而且正在6厘米以下较薄的质料厚度时,氧化钆的改性管造对复合质料辐射障蔽机能的擢升尤为鲜明。

  尔后,科研职员将他们研造的新型无铅核辐射防护质料送往北京市射线使用咨询中央,举行样品障蔽本质测试。测试的结果令人满足:正在锎-252中子源辐照情况下,该复合质料正在厚度为15厘米时抵达了98%的中子障蔽率;正在铯-137和钴-60伽马源辐照情况下,复合质料正在厚度为15厘米时折柳抵达了72%和60%的伽马障蔽率。

  值得一提的是,这种新型无铅核辐射防护质料归纳障蔽机能,以至优于我国大科学装备——全超导托卡马克科学试验装备中国有的掺硼聚乙烯准直障蔽体。阐发这种新型无铅核辐射防护质料可举动校正型代替质料,也可举动其他中子—伽马同化场的防护质料,正在受控核聚变的科学攻闭当中,供给更好的核辐射防护方式。

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