Ученые создали недорогой и удобный композит для защиты от радиации

15:30, 20 июня 2023

Новый материал экологически безопасен и в производстве, и в применении

Олег Ташлыков с образцами (один из вариантов) защитного материала, который создали в УрФУ. Фото: Анастасия Фарафонтова.

Материал для защиты от рентгеновских лучей и гамма-излучения предложили исследователи УрФУ в составе международного коллектива. По их словам, новый полимерный композит может стать достойной альтернативой свинцу, так как полностью экологически безопасен. Результаты опубликованы в издании Radiation Physics and Chemistry.

Избыточное радиоактивное облучение вредно для живых организмов, поскольку способно вызвать тяжелые болезни, которые могут стать наследственными, объяснили ученые. Одинаково опасны как большие мгновенные дозы радиации, так и периодическое воздействие небольших доз.

Наиболее проблемно с точки зрения защиты гамма-излучение, обладающее высокой проникающей способностью. Самым распространенным защитным материалом для его экранирования является свинец. Этот элемент обладает большой атомной массой, а в виде металла — высокой плотностью, благодаря чему способен эффективно ослаблять гамма-лучи.

Однако свинец сам по себе является крайне токсичным, его попадание в природу чревато серьезными последствиями. При высоком содержании свинца в организме нарушается работа нервной системы и головного мозга, что может привести к смерти, сообщают специалисты ВОЗ. Поэтому утилизация отработавших конструкций из свинца представляет существенную проблему для атомной энергетики.

Исследователи УрФУ с коллегами из Иордании и Малайзии провели расчетно-экспериментальные исследования, в ходе которых синтезировали образцы нового экранирующего материала — композита из эпоксидной смолы с наполнителем из наночастиц оксида цинка (ZnO).

«Вольфрам, уран и некоторые другие металлы с высокой экранирующей способностью нельзя использовать для защиты от излучения по экологическим и экономическим соображениям. Чистые полимеры плохо ослабляют рентгеновское и гамма-излучение, однако, добавляя в них химические элементы с более высокими атомными номерами, можно значительно повысить их экранирующую способность», — объяснил соавтор работы, профессор кафедры атомных станций и возобновляемых источников энергии УрФУ Олег Ташлыков.

В ядерной энергетике композиты такого типа, по словам авторов, будут востребованы из-за устойчивости к нагреву и химическому воздействию, а также благодаря возможности придать материалу требуемую прочность и жесткость.

«Наш материал особенно удобен при необходимости экранировать труднодоступные пространства сложной формы. Кроме того, эпоксидная смола выгодно выделяется среди всех полимеров низкой себестоимостью и простотой производства. Свинец экранирует лучше, чем наш композит, но это легко компенсировать за счет увеличения толщины конструкции», — отметил Ташлыков.

Как подчеркнули создатели, новый композит полностью экологически безопасен и в производстве, и в применении.

Исследование проводилось совместно со специалистами Малайского технологического университета и Университета Исра (Иордания). В дальнейшем научный коллектив планирует опробовать другие наполнители для эпоксидной матрицы и выявить наиболее перспективные составы, а также детально исследовать влияние технологии изготовления композита на его экранирующие свойства.