Новые разработки материалов против радиации: В России создали новый материал для защиты от радиации

В России создали новый материал для защиты от радиации

  1. Новость
  2. 2021
  3. ноября
  4. 07
  5. В России создали новый материал для защиты от радиации

07.11.2021

Альтернативу свинцу в защите от радиации предложили ученые Южно-Уральского государственного университета. По их словам, на основе нового материала можно изготовить стекла для использования в отраслях, где применяют радиоактивное излучение. Например, в медицине — для лечения онкологических заболеваний. Исследование опубликовано в журнале Optical Materials.

В онкологии для лечения злокачественных опухолей широко используют лучевую терапию. При этом важно обезопасить от радиации медицинский персонал, здоровые участки тела пациента и чувствительные элементы оборудования. Для защиты используют экраны, шлемы и очки из специальных стекол, рассказали эксперты. Однако часто в их составе есть свинец. Это тяжелый токсичный материал, с которым трудно и небезопасно работать, и еще сложнее утилизировать.

На основе химического соединения из оксидов стронция и бора, а также диоксида теллура (SrO–B2O3–TeO2), ученые ЮУрГУ создали материал, из которого можно изготавливать защитные стекла, не содержащие свинца.

«Мы предложили принципиально новый материал, которым можно заменить свинец, и показали, что он способен эффективно экранировать гамма-излучение. Стронций-борат-теллуритные стекла обладают как высокой плотностью, так и эффективным атомным номером. Оксид стронция также является оксидом тяжелого металла, и если его добавить к стеклу, то это повысит плотность материала, что является важным параметром в радиационной защите», — рассказала младший научный сотрудник лаборатории роста кристаллов ЮУрГУ Дарья Тишкевич.

В феврале 2003 года Европейский Союз разработал директиву об ограничении использования опасных веществ (Restriction of Hazardous Substances), чтобы защитить людей и окружающую среду. В этой директиве свинец находится на первом месте. Поэтому специалисты во многих странах мира продолжают искать новые материалы, способные заменить свинец не только в медицине, но и в других областях его применения.

«Защита от ионизирующих излучений нужна не только в медицине, но и в атомной, авиакосмической и научной деятельности. Например, можно делать радиационно-защитные очки, шлемы, окна, иллюминаторы, ширмы и монтировать их в стены», — отметила Дарья Тишкевич.

Ученые из ЮУрГУ считают, что сравнительно простая технология производства, возможность формировать стекла различной толщины и формы, и самое главное — высокие значения эффективности экранирования делают новый материал конкурентоспособным. Еще одно преимущество разработки, по словам создателей, относительно низкая цена — так как в производстве не используют дорогостоящее сырье (например, церий), то он стоит значительно дешевле существующих на рынке аналогов.

Южно-Уральский государственный университет – это университет цифровых трансформаций, где ведутся инновационные исследования по большинству приоритетных направлений развития науки и техники. В соответствии со стратегией научно-технологического развития РФ университет сфокусирован на развитии крупных научных междисциплинарных проектов в области цифровой индустрии, материаловедения и экологии. В Год науки и технологий ЮУрГУ победил в конкурсе по программе «Приоритет 2030». Вуз выполняет функции регионального проектного офиса Уральского межрегионального научно-образовательного центра мирового уровня (УМНОЦ).

СМИ о нас:

РИА Новости: В России создали новый материал для защиты от радиации

Sputnik International: New Material to Protect Against Radiation Created in Russia

Год науки и технологий: Новый материал без свинца защитит от радиации

Научная Россия: Ученые ЮУрГУ разработали новый материал, способный защитить от радиации

Читайте нас:

  • «Наука ЮУрГУ» в Яндекс.Дзен
  • «ЮУрГУ News» в Telegram
  •  Susu.official в Instagram

По материалам РИА «Новости», фото: архив Д. Тишкевич

Контактное лицо по новости: 

Отдел внешних коммуникаций, тел. : 272-30-11

Ученые разработали строительные материалы, которые эффективно защищают от радиации

1931

Добавить в закладки

Ученые Уральского федерального университета (УрФУ,
Екатеринбург) разработали глиняные кирпичи, которые максимально
ослабляют ионизирующее излучение до уровня, безопасного для
человеческого организма. В их состав ученые добавляют отходы
уральской промышленности. 

Кирпичи – относительно дешевый и удобный материал, с помощью
которого можно быстро возводить защитные комнаты, сооружения,
стены вокруг объектов с излучением. Статья с описанием
технологии опубликована в
журнале Applied Radiation and Isotopes. 

«Кирпичи легированы тяжелыми металлами – отходами
металлургических предприятий Урала. Эти вещества обладают
выраженными радиационно-защитными свойствами. Таким образом, мы
решаем сразу две задачи. Во-первых, добавляя измельченные
поглотители ионизирующего излучения в матрицу, в данном
случае из глины. И получаем строительные материалы с заданными
защитными свойствами. Во-вторых, находим способ утилизации
промышленных отходов», – поясняет научный руководитель проекта,
доцент кафедры атомных станций и возобновляемых источников
энергии УрФУ Олег Ташлыков. 

Конечная цель ученых – разработать широкую «линейку» материалов
на основе не только глины, но и цементных растворов или бетона,
искусственных полимеров с разным химическим составом и
концентрацией поглощающих веществ. Другими словами – с заданными
защитными свойствами, которые отвечают конкретным условиям
(изотопному составу радиоактивных загрязнений, видам излучения и
т.д.) на АЭС, в хранилищах радиоактивных отходов, а также в
медицинских учреждениях, где диагностика и лечение ведутся с
помощью рентгеновских установок и облучающих устройств. 

«Известно, что наиболее надежной защитой от гамма- или
рентгеновского излучения является вольфрам, однако он очень
дорог. Свинец дешевле, но токсичен. И, кроме того, пластичен и в
вертикальном положении может “сползать” под собственной тяжестью,
образуя отверстия в системе радиационной защиты и снижая ее
устойчивость. Наши материалы оптимальны как с точки зрения
эффективности радиационной защиты, так и простоты изготовления,
прочности, долговечности, стоимости. Последний фактор
немаловажен, так как на сегодня вклад биологической защиты в
стоимость объектов атомной энергетики достигает 20-30%», –
объясняет Олег Ташлыков.  

При создании кирпичей ученые применяют высокоточные расчетные
коды. Защитные свойства проверяют на реакторной установке
Института реакторных материалов государственной корпорации
«Росатом» (Заречный, Свердловская область) и на заводе
герметизирующих материалов (Дзержинск, Нижегородская область).

Разработка вызвала большой интерес отечественных и зарубежных
предприятий атомной промышленности. В планах – дальнейшее
исследование механических и радиационно-защитных параметров
различных природных веществ, в том числе распространенных в
странах-партнерах «Росатома» – Турции, Египте, Бангладеш, где с
участием российских специалистов возводятся атомные
электростанции. Закономерно, что значительный вклад в
исследование внес аспирант кафедры атомных станций и
возобновляемых источников энергии УрФУ Махмуд Карем (Египет).

 

Информация и фото предоставлены пресс-службой Уральского
федерального университета

Автор Пресс-Служба УРФУ

Разместила Наталья Сафронова

Радиация
УрФУ
атомные электростанции
строительные материалы
радиационная защита
глиняные кирпичи

Информация предоставлена Информационным агентством «Научная Россия». Свидетельство о регистрации СМИ: ИА № ФС77-62580, выдано
Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций 31 июля 2015 года.

НАУКА ДЕТЯМ

Академик Александр Некипелов: Культура ― это сердцевина социума

19:57 / Наука и общество, Образование

Ректор СПбГУП, член-корр. РАН А. Запесоцкий стал кавалером ордена Почета

19:40 / Наука и общество, Образование

Ректор СПбГУП А. Запесоцкий: Главное не массовость, а качество подготовки

19:35 / Наука и общество, Образование

Из-за автоматизации 11% трудящихся в России могут потерять работу

18:32 / Новые технологии

Корни растений меняют форму в зависимости от количества воды

18:00 / Биология

Новый метод визуализации позволяет увидеть структуру и состав клетки в высоком разрешении

17:00 / Биология, Химия

Виталий Владимирович Кведер избран на должность академика-секретаря отделения физических наук РАН

16:00 / Персона, Физика

Помощник президента А. Фурсенко и глава Минобрнауки В. Фальков открыли мемориальную доску к 100-летию выдающегося этнографа Ю. Кнорозова

14:30 / Наука и общество, Образование

Торжественное заседание ученого совета Санкт-Петербургского Гуманитарного университета профсоюзов. Прямая трансляция

14:00 / Наука и общество, Образование

Москва, Санкт-Петербург и Томская область возглавили Национальный рейтинг научно-технологического развития регионов

13:40 / Наука и общество, Рейтинг

Памяти великого ученого. Наука в глобальном мире. «Очевиднное — невероятное» эфир 10.05.2008

04.03.2019

Памяти великого ученого. Нанотехнологии. «Очевидное — невероятное» эфир 3.08.2002

04.03.2019

Вспоминая Сергея Петровича Капицу

14.02.2017

Смотреть все

Ученые создали

строительный материал

image: Кирпичи могут заменить свинцовые экраны, уверен Олег Ташлыков.
посмотреть больше 

Фото: УрФУ / Анастасия Фарафонтова

Ученые Уральского федерального университета (УрФУ, Россия) создали глиняные кирпичи, способные ослаблять ионизирующее излучение до безопасного для организма человека уровня. В состав кирпичей ученые добавляют отходы промышленности, защищающие от радиации. Статья с описанием технологии опубликована в журнале Прикладное излучение и изотопы .

«Кирпич — относительно дешевый и удобный материал, с помощью которого мы можем быстро возводить защитные помещения, сооружения, стены вокруг объектов с радиацией», — говорит научный руководитель проекта, доцент кафедры атомных электростанций и возобновляемых источников энергии УрФУ Олег Ташлыков. «Кирпич легирован тяжелыми металлами – отходами металлургических предприятий. Эти вещества обладают ярко выраженными радиационно-защитными свойствами. Таким образом, мы решаем сразу две задачи. Во-первых, путем добавления в матрицу измельченных поглотителей ионизирующих излучений, в данном случае из глины мы получаем строительные материалы с нужными защитными свойствами. Во-вторых, таким образом мы находим способ утилизации промышленных отходов».

Конечной целью ученых является разработка широкого спектра материалов на основе не только глины, но и цементных растворов или бетонов, искусственных полимеров с различным химическим составом и концентрацией поглощающих веществ. Иными словами, с заданными защитными свойствами, отвечающими конкретным условиям (изотопный состав радиоактивного загрязнения, виды излучений и др.) на АЭС, в хранилищах радиоактивных отходов, а также в медицинских учреждениях, где проводится диагностика и лечение с использованием рентгеновской аппаратуры и облучающих устройств.

«Вольфрам широко известен как самая надежная защита от гамма- или рентгеновского излучения, но он очень дорогой», — говорит соавтор исследования, инженер-исследователь кафедры атомных электростанций и возобновляемых источников энергии УрФУ Карем Махмуд. «Свинец дешевле, но токсичен. И, кроме того, он пластичен и в вертикальном положении может скользить под собственным весом, образуя дыры в системе радиационной защиты и снижая ее устойчивость. Наши материалы оптимальны с точки зрения эффективности и легкости радиационной защиты. изготовления, прочность, долговечность, стоимость. Последний фактор важен, так как сегодня вклад биологической защиты в стоимость объектов атомной энергетики достигает 20-30%».

Ученые используют высокоточные вычислительные коды для создания кирпичей. Также они используют для своих экспериментальных исследований реакторную установку Института реакторных материалов Госкорпорации «Росатом» (Россия), а также производственные технологии Завода уплотнительных материалов (Россия). Продукция совместной деятельности представляет большой интерес для отечественных и зарубежных предприятий атомной отрасли. Планируется дальнейшее изучение механических и радиационно-защитных параметров различных природных веществ, в том числе распространенных в странах-партнерах Росатома (Турция, Египет, Бангладеш), где с участием российских специалистов строятся АЭС.

###

Журнал

Applied Gradiation and Isotopes

DOI

10.1016/J.Apradiso.2021.109720

Отказ от ответственности: AAAS и EUREKALERT! не несут ответственности за достоверность новостных сообщений, размещенных на EurekAlert! содействующими учреждениями или для использования любой информации через систему EurekAlert.

Материалы для защиты от излучения — Руководство

Защита от излучения является обязательным условием, поскольку излучение может представлять серьезную проблему на объектах атомной энергетики, промышленных или медицинских рентгеновских установках, проектах по радиоизотопам, работе с ускорителями частиц и ряде других обстоятельств. Сдерживание излучения и предотвращение причинения физического вреда сотрудникам или их окружению является важной частью работающего оборудования, излучающего потенциально опасные лучи. Сохранение как безопасности человека, так и конструкционных материалов, которые могут быть повреждены в результате радиационного облучения, является жизненно важной задачей, а также защита чувствительных материалов, таких как электронные устройства и фотопленка.

Процесс регулирования эффектов и степени проникновения радиоактивных лучей различается в зависимости от типа задействованного излучения. Косвенно ионизирующее излучение, которое включает нейтроны, гамма-лучи и рентгеновские лучи, классифицируется отдельно от прямого ионизирующего излучения, в котором участвуют заряженные частицы. Различные радиационно-защитные материалы лучше подходят для одних типов излучения, чем для других, что определяется взаимодействием между конкретными частицами и элементарными свойствами экранирующего материала.

Общие свойства радиационной защиты

Защита от излучения основана на принципе ослабления, который представляет собой способность уменьшать эффект волны или луча путем блокирования или отскока частиц через барьерный материал. Заряженные частицы могут ослабляться за счет потери энергии в реакциях с электронами в барьере, в то время как рентгеновское и гамма-излучение ослабляются за счет фотоэмиссии, рассеяния или образования пар. Нейтроны можно сделать менее вредными за счет сочетания упругого и неупругого рассеяния, и большинство нейтронных барьеров построено из материалов, которые способствуют этим процессам. К основным видам излучения, встречающимся на промышленных объектах, относятся:

  • Защита от гамма- и рентгеновских лучей : Это формы электромагнитного излучения, которые возникают с более высокими уровнями энергии, чем те, которые отображаются в ультрафиолетовом или видимом свете.
  • Нейтронное экранирование : Нейтроны — это частицы, которые не имеют ни положительного, ни отрицательного заряда и, таким образом, обеспечивают широкий диапазон уровней энергии и массы, которые должны быть заблокированы.
  • Альфа- и бета-частицы : Альфа-частицы представляют собой положительно заряженные ядра гелия, и их относительно легко заблокировать, в то время как бета-частицы представляют собой отрицательно заряженные электроны, от которых труднее защититься.

Когда речь идет о защите от радиации, основные принципы радиационной защиты или советы по радиационной безопасности включают время, расстояние и экранирование. Время в данном случае означает ограничение воздействия до минимально возможного уровня. Расстояние означает оставаться как можно дальше от источников радиации в качестве наилучшей практики. Интенсивность излучения обычно подчиняется закону обратных квадратов, что означает, что она падает пропорционально квадрату расстояния от источника. Двойное удаление от источника излучения снижает интенсивность облучения в 1/2 9 раз.0063 2 или одна четвертая часть значения. Помимо времени и расстояния, использование эффективной защиты является другим подходом к управлению воздействием радиации.

Но какие материалы защищают от радиации? Наиболее распространенные из них включают свинец, бетон и воду или их комбинацию. Ниже

Материалы для защиты от рентгеновского и гамма-излучения

В большинстве случаев материалы с высокой плотностью более эффективны, чем альтернативы с низкой плотностью, для блокировки или снижения интенсивности излучения. Однако материалы с низкой плотностью могут компенсировать это несоответствие за счет увеличения толщины, которая так же важна, как и плотность в экранирующих устройствах. Свинец особенно хорошо подходит для уменьшения воздействия гамма- и рентгеновских лучей из-за его высокого атомного номера. Это число относится к количеству протонов внутри атома, поэтому атом свинца имеет относительно большое количество протонов вместе с соответствующим количеством электронов. Эти электроны блокируют многие гамма- и рентгеновские частицы, которые пытаются пройти через свинцовый барьер, и степень защиты может быть увеличена за счет более толстых экранирующих барьеров. Тем не менее, важно помнить, что некоторые лучи все еще могут пройти через экранирование и что во многих ситуациях абсолютный барьер может быть невозможен.

Альфа- и бета-защита

Что требуется для защиты альфа-частиц? В то время как плотность остается важной характеристикой для блокировки альфа- и бета-излучения, толщина не вызывает беспокойства. Одного сантиметра пластика достаточно для защиты от альфа-частиц, как и полдюйма бумаги. В некоторых случаях свинец неэффективен для остановки бета-частиц, потому что они могут производить вторичное излучение при прохождении через элементы с высоким атомным номером и плотностью. Вместо этого пластик можно использовать для создания эффективного барьера против высокоэнергетического бета-излучения. Когда отрицательно заряженные бета-частицы сталкиваются с материалом высокой плотности, например с вольфрамом, электроны блокируются, но цель, которую должен защищать барьер, на самом деле может облучаться. В воздухе бета-частицы самых высоких энергий могут перемещаться на расстояние до двух и более метров9. 0006

Нейтронная защита

Свинец совершенно неэффективен для блокировки нейтронного излучения, так как нейтроны не заряжены и могут просто проходить через плотные материалы. Материалы, состоящие из элементов с низким атомным номером, предпочтительны для остановки этого типа излучения, поскольку они имеют более высокую вероятность образования поперечных сечений, которые будут взаимодействовать с нейтронами. Для этой задачи хорошо подходят водород и материалы на его основе. Соединения с высокой концентрацией атомов водорода, такие как вода, образуют эффективные нейтронные барьеры, а также являются относительно недорогими экранирующими веществами. Однако материалы с низкой плотностью могут испускать гамма-лучи при блокировании нейтронов, а это означает, что защита от нейтронного излучения наиболее эффективна, когда она включает элементы как с высоким, так и с низким атомным номером. Материал с низкой плотностью может рассеивать нейтроны за счет упругого рассеяния, в то время как сегменты с высокой плотностью блокируют последующие гамма-лучи за счет неупругого рассеяния.

Проектирование радиационной защиты и соображения по выбору

Существует несколько факторов, влияющих на выбор и использование материалов для защиты от радиоактивного излучения. Такие факторы, как эффективность ослабления, прочность, устойчивость к повреждениям, термические свойства и экономическая эффективность, могут по-разному влиять на радиационную защиту. Например, металлы прочны и устойчивы к радиационному повреждению, но претерпевают изменения своих механических свойств и определенным образом деградируют под воздействием радиации. Точно так же бетоны прочны, долговечны и относительно недороги в производстве, но становятся менее прочными при повышенных температурах и менее эффективно блокируют нейтроны. Вот несколько важных соображений по выбору материала радиационной защиты:

  • Ослабление нейтронов является функцией эффективного поперечного сечения защитного материала, который является мерой вероятности снижения уровня энергии падающих нейтронов в результате ядерной реакции.
  • Также следует учитывать эффекты вторичного излучения от самого материала экрана в результате, например, поглощения гамма-лучей, возникающих в процессе поглощения нейтронов. Выбор материала играет важную роль в снижении риска образования вторичного излучения за счет выбора материала, который не станет радиоактивным.
  • Поглощение энергии экранирующим материалом может привести к выделению тепла, поэтому выбор материалов с приемлемо высоким коэффициентом теплопроводности является еще одним фактором, который необходимо учитывать.
  • При выборе материала необходимо оценить влияние поглощения излучения на свойства используемых материалов и то, как эти изменения повлияют на характеристики экрана.
  • Стоимость приобретения, вес, методы изготовления, а также транспортные расходы, затраты на установку, сопутствующие отходы и конечная стоимость отходов материала также являются важными моментами, которые следует учитывать при принятии решения о том, какие материалы следует использовать.

Свинцовые радиационно-защитные изделия

Учитывая, что свинец является тяжелым элементом (тяжелее примерно 80% других элементов периодической таблицы Менделеева), его обычно выбирают для изготовления продуктов радиационной защиты. Свинец изготавливается в различных формах для обеспечения радиационной защиты и защиты, включая следующие типы:

  • Свинцовые листы, пластины, плиты и фольга
  • Свинцовая дробь
  • Свинцовая шерсть
  • Свинцовые эпоксидные смолы
  • Свинцовые замазки
  • Свинцовые кирпичи
  • Свинцовая труба
  • Свинцовая трубка
  • Свинцовая труба
  • Свинцовые втулки
  • Свинцовое стекло
  • Композиты свинец-полиэтилен-бор

Свинец также можно добавлять в бетон или шлакоблоки для использования в строительстве стен. Добавляя неперфорированные листы свинца к блокам и вытягивая лист за край бетонного блока, можно встроить в стену перекрывающийся экран из свинца, чтобы сформировать эффективный радиационный барьер с использованием сплошной облицовки из листа свинца. Аналогичный подход можно использовать для создания дверей и дверных коробок со свинцовым экраном. Как и в случае с конструкцией стены, важно перекрыть провод, который используется в дверной коробке, с проводом, который используется в конструкции стены, чтобы обеспечить непрерывный барьер из свинца, который будет функционировать как эффективный щит.

Для таких применений, как смотровые окна в рентгеновских кабинетах, можно использовать свинцовое стекло, добавляя его в несколько слоев в качестве средства создания эффективного радиационного барьера. В качестве альтернативы свинцовому стеклу доступны акриловые листовые материалы, наполненные свинцом, в которые в процессе изготовления к акриловой смоле добавляли свинец.

Легкие средства радиационной защиты

Существуют легкие средства радиационной защиты, которые были разработаны для обеспечения индивидуальной защиты и индивидуальной радиационной защиты. Один из таких продуктов в виде гибкой ткани называется Демрон 9. 0063® , из которого можно изготовить защитные костюмы, одеяла Demron ® , палатки Demron ® и другие средства индивидуальной защиты, такие как тактические жилеты. Испытания, проведенные Министерством энергетики США (DoE), продемонстрировали эффективность материала для снижения уровня высокоэнергетического альфа- и бета-излучения, а также для снижения низкоэнергетического гамма-излучения. Легкая и гибкая природа этих типов продуктов делает их идеальными для индивидуальной носимой защиты, а дополнительным преимуществом является то, что их легко чистить, обслуживать и хранить.

Резюме

В этой статье кратко описаны материалы, используемые для защиты от радиации, и некоторые доступные формы продукции. Для получения дополнительной информации о различных типах излучения, а также о физике, связанной с радиационной защитой, посетите Общество физики здоровья. Чтобы узнать больше о дополнительных темах, посетите другие наши руководства или платформу поиска поставщиков Thomas, где вы найдете поставщиков продуктов для радиационной защиты, включая двери, шкафы, кожухи и оборудование для радиационной защиты.