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稀土元素钆的新运用:核辐射防护原料希望迎来无铅化时间发布日期:2022-09-28 06:13:47     

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  科研职员打算了一种高功能无铅的表貌改性氧化钆/碳化硼/高密度聚乙烯复合障蔽资料,其防护功能以至优于我国大科学装配——全超导托卡马克科学实行装配华夏有的掺硼聚乙烯准直障蔽体。

  通俗正在人们的印象里,核辐射防护资料往往离不开厚重的铅。比方,病院X射线反省室所用的防护门便是由铅资料筑造的。然而铅的生物学毒性对境遇不友谊,使其使用鸿沟受到范围。

  日前,中国科学院合肥斟酌院等离子体物理斟酌所科研团队博得了一项新发展,希望变换人们对核辐射防护资料的守旧认知。该团队研造了一类高功能、无铅化的中子及伽马射线复合障蔽资料,并缠绕资料的障蔽功能与机造伸开了实行斟酌和模仿估计妄图验证,相干成就颁发正在核科学技巧期刊《核资料与能源》上,并申请了创造专利。

  中子是电中性粒子,不受库仑力效用,穿透性极强,且正在碰撞历程中会爆发次级伽马射线,是今世核辐射防护的斟酌核心。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)资料和低原子序数资料的同时,还选用中子汲取资料,以举办复合障蔽。比方常用的由铅、硼、聚乙烯组合而成的铅硼聚乙烯板,便是这种复合障蔽资料。

  铅硼聚乙烯是一种守旧的障蔽资料,此中聚乙烯拥有较高的含氢量,氢原子对速中子拥有优秀的慢化效用;硼原子能汲取热中子;铅原子除了对拥有肯定能量的速中子有障蔽效用表,对伽马射线的障蔽也稀少有用。比拟其他核障蔽资料,铅硼聚乙烯除了拥有高效的核障蔽功能表,还拥有质料轻、体积幼的特性,已遍及用于核电、核动力、军工、航空、医疗等范围中的核防护。

  但跟着原子能工业的起色,人们必需采用周到的防护程序来保证涉核职员的身体强壮和境遇平安。而铅硼聚乙烯等守旧资料障蔽效用简单、障蔽功能有限,有的热力学功能不佳,难以满意今世社会对核辐射防护的条件,而且这些含铅的防护资料,往往运用几年就会落空防护恶果,裁汰后流入境遇中,会对边际境遇变成污染。

  而稀土元素钆正在天然界中通俗以无毒的氧化钆形势存正在,且其均匀热中子汲取截面非凡高,不光耐高温,还拥有优秀的伽马射线障蔽功能。科研职员依照其资料特质,打算了一种高功能无铅的表貌改性氧化钆/碳化硼/高密度聚乙烯复合障蔽计划。

  最先,斟酌职员采用偶联剂对氧化钆举办表貌改性措置,降低了其正在基体内部的界面相容性和弥散性,使辐射粒子更充满地与资料内部的效用组元互相效用从而急速衰减。其次,斟酌职员打算的复合资料,采用了钆—氢—硼体例对中子举办慢化和汲取,操纵轻、重核与中子的互相效用特质以及钆和硼的高热中子汲取截面特质,使高能入掷中子与钆爆发非弹性碰撞,与氢、碳、氧产生弹性碰撞直至成为热中子,最终被钆和硼汲取。此中钆动作重核元素还兼具汲取伽马射线的效用。

  科研职员通过进一步斟酌发明,改性纳米氧化钆对复合资料的功能晋升显着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厘米以下较薄的资料厚度时,氧化钆的改性措置对复合资料辐射障蔽功能的晋升尤为显着。

  然后,科研职员将他们研造的新型无铅核辐射防护资料送往北京市射线使用斟酌核心,举办样品障蔽现实测试。测试的结果令人惬心:正在锎-252中子源辐照境遇下,该复合资料正在厚度为15厘米时到达了98%的中子障蔽率;正在铯-137和钴-60伽马源辐照境遇下,复合资料正在厚度为15厘米时划分到达了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资料归纳障蔽功能,以至优于我国大科学装配——全超导托卡马克科学实行装配华夏有的掺硼聚乙烯准直障蔽体。分析这种新型无铅核辐射防护资料可动作订正型取代资料,也可动作其他中子—伽马搀杂场的防护资料,正在受控核聚变的科学攻合当中,供应更好的核辐射防护本事。

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