Международная группа ученых разработала материал, который в будущем может использоваться в качестве радиационной защиты от гамма-излучения. В его основе — силикон в сочетании с нанопорошком оксида цинка. Результаты исследования опубликованы в журнале Optical Materials. В работе принимали участие физики из России (Уральский федеральный университет — УрФУ, Екатеринбург), Иордании и Турции.
«Гамма-излучение широко используется в здравоохранении, пищевой и аэрокосмической промышленности. Его чрезмерное воздействие вредно для здоровья. Сейчас для ослабления или поглощения гамма-излучения используются свинец, бетон, материалы на основе оксида свинца, вольфрама или олова. Однако все это не всегда удобно, а кроме того, дорого и высокотоксично для человека и окружающей среды. Поэтому так важно находить новые материалы для радиационной защиты, оптимизировать их состав», — отмечает доцент кафедры атомных станций и возобновляемых источников энергии УрФУ Олег Ташлыков.
В качестве матрицы для защитного материала физики использовали полидиметилсилоксан, относящийся к силиконам (кислородосодержащим высокомолекулярным кремнийорганическим соединениям). Этот легкий, прочный и гибкий полимер обладает превосходными оптическими, физическими и механическими свойствами и высокой радиационной стойкостью, поясняет Олег Ташлыков. В случае успешного прохождения испытаний он способен стать перспективной альтернативой свинцу и бетону везде, где потребуется защита от гамма-излучения.
Параллельно ученые проводят исследования и других полимеров.
«Их плотная структура позволяет лучше противостоять радиации. Кроме силикона можно привести в пример эпоксидную смолу, полиэтилен, поливинилхлорид. Ранее проводились аналогичные исследования эпоксидой смолы. Мы продолжаем работу в этом направлении, анализируем другие полимеры и включения в них», — отметил Олег Ташлыков.
В качестве включений в полимер используются разные мельчайшие частицы — нанопорошки веществ, которые прежде всего должны обладать высоким атомным номером. Физики исследовали целую серию возможных вариантов нанопорошков и исключили из них образцы, получение которых слишком дорого или трудоемко. Затем проверили оставшиеся на соответствие определенным химическим параметрам. В итоге остановились на оксиде цинка, так как его достаточно легко получить в лабораторных условиях. Немаловажно и то, что это вещество не наносит вред окружающей среде.
На следующем этапе исследования физики установили оптимальное содержание частиц наполнителя, которое максимально эффективно увеличивает радиационно-защитные свойства силикона. Выяснилось, что можно заполнить его нанопорошком на 10-50 %. Если добавить большее количество, то у материала будут хорошие защитные свойства, но он начнет быстро разрушаться.
Однако пока рано говорить, что именно сочетание силикона с нанопорошком оксида цинка будет лучше других возможных сочетаний, предупреждают ученые.
«Этот результат — один из этапов нашего масштабного исследования. В ближайшие год-два мы планируем исследовать более широкий набор материалов, которые могут ослаблять радиационное излучение. Сейчас готовим образцы защитных материалов для испытаний в эксперименте в условиях действующей атомной станции, конкретно на Белоярской АЭС. Мы собираемся там провести измерения их свойств и сравнить результаты с расчетными, полученными при моделировании», — говорит Олег Ташлыков.
Физик отмечает, что только после исследования ряда других материалов можно будет делать какие-то конкретные выводы о том, какое сочетание веществ наиболее подходит для радиационной защиты.
В дальнейшем ученые хотят проверить все подходящие составы путем облучения в реакторе, чтобы исключить вероятность того, что какой-либо химический элемент в составе материала активируется, то есть станет радиоактивным, и образуется дополнительное излучение. При успешном прохождении всех испытаний ученые рассчитывают получить максимально дешевый и эффективный материал — отличную защиту от гамма-излучения.
Пресс-служба УрФУ
Фото: energy.midural.ru
Нет комментариев