日前栅隐，中國科學(xué)院合肥研究院等離子體物理研究所科研團隊取得了一項新進展破停，有望改變?nèi)藗儗溯椛浞雷o材料的傳統(tǒng)認(rèn)知。該團隊研制了一類高性能、無鉛化的中子及伽馬射線復(fù)合屏蔽材料矮憔，并圍繞材料的屏蔽性能與機制展開了實驗研究和模擬計算驗證档改，相關(guān)成果發(fā)表在核科學(xué)技術(shù)期刊《核材料與能源》上，并申請了發(fā)明專利腋尘。

科研人員設(shè)計的高性能無鉛的表面改性氧化釓/碳化硼/高密度聚乙烯復(fù)合屏蔽材料耍烙，其防護性能甚至優(yōu)于我國大科學(xué)裝置——全超導(dǎo)托卡馬克科學(xué)實驗裝置中原有的摻硼聚乙烯準(zhǔn)直屏蔽體。

通常在人們的印象里盈综，核輻射防護材料往往離不開厚重的鉛板散。例如，醫(yī)院X射線檢查室所用的防護門就是由鉛材料制造的垒土。然而愤芝，鉛的生物學(xué)毒性對環(huán)境并不友好，使其應(yīng)用范圍受到限制妥迷。

傳統(tǒng)屏蔽材料難以滿足

現(xiàn)代社會輻射防護需求

中子是電中性粒子昆淡，不受庫侖力作用，穿透性極強刽严，且在碰撞過程中會產(chǎn)生次級伽馬射線昂灵，是現(xiàn)代核輻射防護的研究重點。而科學(xué)高效的中子屏蔽方案舞萄，會在選用高原子序數(shù)（原子序數(shù)是指元素在周期表中的序號）材料和低原子序數(shù)材料的同時眨补，選用中子吸收材料，以進行復(fù)合屏蔽倒脓。例如常用的由鉛撑螺、硼、聚乙烯組合而成的鉛硼聚乙烯板崎弃，就是這種復(fù)合屏蔽材料甘晤。

鉛硼聚乙烯是一種傳統(tǒng)的屏蔽材料，其中饲做，聚乙烯具有較高的含氫量线婚，氫原子對快中子具有良好的慢化作用；硼原子能吸收熱中子盆均；鉛原子除了對具有一定能量的快中子有屏蔽作用外塞弊，對伽馬射線的屏蔽也特別有效。相比其他核屏蔽材料依堆，鉛硼聚乙烯除了具有高效的核屏蔽性能外耘炭，還具有質(zhì)量輕、體積小的特點撑停，已廣泛用于核電劳威、核動力故厕、軍工、航空鸯式、醫(yī)療等領(lǐng)域中的核防護萧揩。

但隨著原子能工業(yè)的發(fā)展，人們必須采取嚴(yán)密的防護措施來保障涉核人員的身體健康和環(huán)境安全用印。而鉛硼聚乙烯等傳統(tǒng)材料屏蔽功能單一泊鹿、屏蔽性能有限，有的熱力學(xué)性能不佳做鸽，難以滿足現(xiàn)代社會對核輻射防護的要求蒙棱，并且這些含鉛的防護材料，往往使用幾年就會失去防護效果范咨，淘汰后流入環(huán)境中故觅，也會對周圍環(huán)境造成污染。

新防護材料具有

優(yōu)異的綜合屏蔽性能

而稀土元素釓在自然界中通常以無毒的氧化釓形式存在渠啊，且其平均熱中子吸收截面非常高输吏，不但耐高溫，還具有良好的伽馬射線屏蔽性能替蛉」峤Γ科研人員根據(jù)其材料特性，設(shè)計了一種高性能無鉛的表面改性氧化釓/碳化硼/高密度聚乙烯復(fù)合屏蔽方案躲查。

首先它浅，研究人員采用偶聯(lián)劑對氧化釓進行表面改性處理，提高了其在基體內(nèi)部的界面相容性和彌散性镣煮，使輻射粒子更充分地與材料內(nèi)部的功能組元相互作用從而迅速衰減姐霍。其次，研究人員設(shè)計的復(fù)合材料怎静，采用了釓-氫-硼體系對中子進行慢化和吸收邮弹，利用輕黔衡、重核與中子的相互作用特性以及釓和硼的高熱中子吸收截面特性祟背，使高能入射中子與釓產(chǎn)生非彈性碰撞，與氫雨冒、碳歇拦、氧發(fā)生彈性碰撞直至成為熱中子，最后被釓和硼吸收扛浸。其中命画，釓作為重核元素還兼具吸收伽馬射線的功能。

科研人員通過進一步研究發(fā)現(xiàn)濒陈，改性納米氧化釓對復(fù)合材料的性能提升明顯優(yōu)于改性微米氧化釓及未改性的納米和微米氧化釓唁狼，并且在6厘米以下較薄的材料厚度時姚库，氧化釓的改性處理對復(fù)合材料輻射屏蔽性能的提升尤為明顯。

而后铁魁，科研人員將他們研制的新型無鉛核輻射防護材料送往北京市射線應(yīng)用研究中心被紊，進行樣品屏蔽實際測試。測試的結(jié)果令人滿意：在锎-252中子源輻照環(huán)境下酵毕，該復(fù)合材料在厚度為15厘米時達到了98%的中子屏蔽率丝仿；在銫-137和鈷-60伽馬源輻照環(huán)境下，復(fù)合材料在厚度為15厘米時分別達到了72%和60%的伽馬屏蔽率议忽。

值得一提的是懒闷，這種新型無鉛核輻射防護材料綜合屏蔽性能，甚至優(yōu)于我國大科學(xué)裝置——全超導(dǎo)托卡馬克科學(xué)實驗裝置中原有的摻硼聚乙烯準(zhǔn)直屏蔽體栈幸。說明這種新型無鉛核輻射防護材料可作為改進型替代材料愤估，也可作為其他中子—伽馬混合場的防護材料，在受控核聚變的科學(xué)攻關(guān)當(dāng)中速址，提供更好的核輻射防護手段灵疮。