Ученые усовершенствовали состав радиационно-защитных стекол

10:29, 13 апреля 2022

Их можно использовать в защитных камерах при работе с радиоактивными материалами

Научный коллектив под руководством Олега Ташлыкова три года работает над созданием экологичных защитных стекол. Фото: Анастасия Фарафонтова.

Ученые Уральского федерального университета в сотрудничестве с зарубежными коллегами усовершенствовали радиационно-защитные свойства стекол, в частности, боратных (стекла на основе оксида бора). Они ввели в базовый состав стекла специальные добавки — оксиды тяжелых металлов. Это значительно повысило плотность материала, не повлияв на его прозрачность. Описание экспериментов и результаты исследования представлены в журнале Progress in Nuclear Energy.

Боратные стекла применяются в сцинтилляционных детекторах ионизирующих излучений (аппараты в ядерной физике для регистрации гамма-излучения и изучения спектров излучений радионуклидов) и для радиационной защиты. Стекла на основе оксида бора являются экологичной альтернативой стеклам с добавлением свинца, однако имеют низкую плотность, а это один из наиболее важных факторов, влияющий на качество радиационной защиты. Ученые добавили в состав стекла оксид кадмия и выяснили, что таким образом плотность стекол значительно повысилась. Новые образцы оказались пригодны для использования в камерах, защищающих от гамма-излучения.

«Способность экранирующего материала ослаблять проходящее гамма- или рентгеновское излучение возрастает при повышении концентрации кадмия в составе стекла. Изготовленные образцы показали хорошие результаты в качестве радиационно-защитного материала в областях низких и средних энергий гамма-излучения. Для подтверждения достоверности результатов мы определяли их защитные свойства с помощью трех методов, в том числе использовали общепризнанный метод Монте-Карло — компьютерное моделирование процессов переноса различного вида излучений (нейтронов, гамма-квантов, электронов, позитронов). Результаты моделирования показали хорошую сходимость с данными экспериментального определения коэффициентов ослабления стекол по отношению к гамма-излучению изотопов цезий-137 и кобальт-60», — рассказывает доцент кафедры атомных станций и возобновляемых источников энергии УрФУ Олег Ташлыков.

Высокий уровень прозрачности является важным условием при создании защитных стекол, поскольку такие стекла применяются в различных областях. От лабораторий ядерных исследований до рентгеновских кабинетов больниц, а также в так называемых горячих камерах, где дистанционно осуществляются манипуляции с высокорадиоактивными изделиями. Они должны защищать людей от излучения, давая возможность контролировать необходимое оборудование и производить какие-либо действия на расстоянии.

Исследователи не первый год подбирают оптимальный состав бессвинцовых стекол. Главные критерии — экологичность и легкость (минимум свинца), высокие показатели радиационной защиты, прозрачность. Ранее исследователи показали, что частичная замена свинца на соединения висмута приводит к значительному улучшению защитных характеристик стекла. Сейчас ученые проверяют еще три варианта составов стекла с различными добавками (оксиды бария, цинка, вольфрама и т. д.). Это необходимо для того, чтобы найти оптимальный состав материала с хорошими защитными характеристиками, высоким уровнем прозрачности и экономически выгодным производством.

Справка

При проведении работ с высоким ионизирующим радиационным излучением сейчас в основном используют свинцовые стекла. Их производят в Японии, Чехии, Германии, Новой Зеландии, России и др. Они находят широкое применение в тех случаях, когда необходимо визуальное наблюдение при проведении работ с радиоактивными материалами и устанавливаются, например, в рентгенкабинетах, кабинетах компьютерной томографии, лабораториях, научных и исследовательских институтах.

Стекла с повышенным содержанием оксида свинца обеспечивают высокую степень защиты от радиации, однако со временем свинец выделяется из такого стекла и, проникая в соприкасающиеся с ним предметы, приводит к их заражению. Накопление свинца в организме влияет на целый ряд систем (мозг, печень, почки, костная система).