稀土元素钆赋能屏蔽资料 核辐射防护资料有望迎来无铅化年代

日前，中国科学院合肥研讨院等离子体物理研讨所科研团队取得了一项新进展，有望改动人们对核辐射防护资料的传统认知。该团队研发了一类高功用、无铅化的中子及伽马射线复合屏蔽资料，并环绕资料的屏蔽功用与机制展开了试验研讨和模拟计算验证，相关作用宣布在核科学技能期刊《核资料与动力》上，并申请了发明专利。

科研人员规划的高功用无铅的外表改性氧化钆/碳化硼/高密度聚乙烯复合屏蔽资料，其防护功用乃至优于我国大科学设备——全超导托卡马克科学试验设备华夏有的掺硼聚乙烯准直屏蔽体。

通常在人们的形象里，核辐射防护资料往往离不开厚重的铅。例如，医院X射线检查室所用的防护门便是由铅资料制作的。但是，铅的生物学毒性对环境并不友爱，使其运用规模受到限制。

传统屏蔽资料难以满意

现代社会辐射防护需求

中子是电中性粒子，不受库仑力作用，穿透性极强，且在磕碰进程中会产生次级伽马射线，是现代核辐射防护的研讨要点。而科学高效的中子屏蔽计划，会在选用高原子序数（原子序数是指元素在周期表中的序号）资料和低原子序数资料的一起，选用中子吸收资料，以进行复合屏蔽。例如常用的由铅、硼、聚乙烯组合而成的铅硼聚乙烯板，便是这种复合屏蔽资料。

铅硼聚乙烯是一种传统的屏蔽资料，其间，聚乙烯具有较高的含氢量，氢原子对快中子具有杰出的慢化作用；硼原子能吸收热中子；铅原子除了对具有必定能量的快中子有屏蔽作用外，对伽马射线的屏蔽也特别有用。比较其他核屏蔽资料，铅硼聚乙烯除了具有高效的核屏蔽功用外，还具有质量轻、体积小的特色，已广泛用于核电、核动力、军工、航空、医疗等领域中的核防护。

但随着原子能工业的开展，人们有必要采纳紧密的防护办法来保证涉核人员的身体健康和环境安全。而铅硼聚乙烯等传统资料屏蔽功用单一、屏蔽功用有限，有的热力学功用欠安，难以满意现代社会对核辐射防护的要求，而且这些含铅的防护资料，往往运用几年就会失掉防护作用，筛选后流入环境中，也会对周围环境形成污染。

新防护资料具有

优异的归纳屏蔽功用

而稀土元素钆在自然界中通常以无毒的氧化钆方式存在，且其均匀热中子吸收截面十分高，不光耐高温，还具有杰出的伽马射线屏蔽功用。科研人员依据其资料特性，规划了一种高功用无铅的外表改性氧化钆/碳化硼/高密度聚乙烯复合屏蔽计划。

首要，研讨人员选用偶联剂对氧化钆进行外表改性处理，提高了其在基体内部的界面相容性和弥散性，使辐射粒子更充分地与资料内部的功用组元相互作用然后敏捷衰减。其次，研讨人员规划的复合资料，选用了钆-氢-硼系统对中子进行慢化和吸收，使用轻、重核与中子的相互作用特性以及钆和硼的高热中子吸收截面特性，使高能入射中子与钆产生非弹性磕碰，与氢、碳、氧产生弹性磕碰直至成为热中子，最终被钆和硼吸收。其间，钆作为重核元素还兼具吸收伽马射线的功用。

科研人员经过进一步研讨发现，改性纳米氧化钆对复合资料的功用提高显着优于改性微米氧化钆及未改性的纳米和微米氧化钆，而且在6厘米以下较薄的资料厚度时，氧化钆的改性处理对复合资料辐射屏蔽功用的提高尤为显着。

然后，科研人员将他们研发的新式无铅核辐射防护资料送往北京市射线运用研讨中心，进行样品屏蔽实践测验。测验的成果令人满意：在锎-252中子源辐照环境下，该复合资料在厚度为15厘米时达到了98%的中子屏蔽率；在铯-137和钴-60伽马源辐照环境下，复合资料在厚度为15厘米时别离达到了72%和60%的伽马屏蔽率。

值得一提的是，这种新式无铅核辐射防护资料归纳屏蔽功用，乃至优于我国大科学设备——全超导托卡马克科学试验设备华夏有的掺硼聚乙烯准直屏蔽体。阐明这种新式无铅核辐射防护资料可作为改进型代替资料，也可作为其他中子—伽马混合场的防护资料，在受控核聚变的科学攻关傍边，供给更好的核辐射防护手法。