高分子材料與核輻射屏蔽功能材料的復合與應用

摘 要：眾所周知，我們生存于一個充滿輻射的環境之中，盡管輻射并非肉眼能看得到，也不是通過其他感官能夠獲取得到的，然而除去諸如X光這樣常見的輻射源頭之外，乘坐飛機，甚至空氣塵埃都是存在輻射的。可以說輻射無處不在。本文由核輻射的防護手段切入，具體分析了核輻射的相關理論，簡要的介紹了其計算的方法，并且針對輻射給人們帶來的影響進行了探討，隨后給出了一些防護的方案。除此以外，還論述了功能材料以及高分子材料的異同，并簡要介紹了這些方面的應用情況。

關鍵詞：高分子材料；核輻射屏蔽；功能材料

1 概念簡介

1.1 照射強度和照射量

照射強度用于衡量放射性物質裂變過程內釋放射線的活度，通常使用的單位有貝克勒爾以及居里。而照射量指的是單位質量核素釋放的射線進入空氣后出現離子總電荷的絕對量，其常用單位是庫倫。

1.2 吸收劑量和當量劑量

吸收量表示被輻射后，單位物質承擔電離輻射的平均值，常用單位是賴德。而當量計量用于表征吸收計量面向生物產生的影響水平。

1.3 屏蔽效果的計量

屏蔽效果表征折射通道之內屏蔽原子核以及內層電子攝取輻射的水平。因為原子核僅僅是全部原子的一小部分，射線將發生外溢，故屏蔽層存在厚度。而屏蔽效果的好壞由鉛當量來評判。

2 核輻射帶來的危害

在生物組織承受一定的核輻射之后，由于高能粒子轟擊的作用，將導致細胞分子生物鍵具備的能量發生變化，同時細胞不再有條不紊的工作，其中最明顯的為白細胞大量死亡還有部分細胞變性。普通成年人承受人工輻射當量為1mSV每年，當受到核輻射作用后，將根據吸收劑量的升高，而出現惡心、血象改變、食欲衰減、嘔吐甚至喪失工作能力，最嚴重時可以引發死亡。

3 核輻射的防護

由19世紀至今，人工核能源得到了廣泛的普及，面向輻射裝置的運行、檢修還有事故處理方面的技術獲得了持續的精進，而面向屏蔽的研究同樣隨之進步。人體面向電離輻射涉及劑量當量值隨著距離拉長而降低，所以面向輻射源通常需要裝配機械手。需要進入輻射范圍內時，一定要乘坐防護車，并事先穿好防護服。防止皮膚與放射性物質發生觸碰，杜絕放射性塵埃以及受到污染水源的攝入。

3.1 核輻射屏蔽原理

通過于射線通道內添加吸收能量以及高能粒子的材料，能夠完成核輻射的屏蔽任務。當屏蔽材料原子接觸射線后將發生散射，出現光電效應，進而能量以熱以及光波的形式散去，這個過程就是能量吸收。當屏蔽材料原子核近層電子與高能粒子流發生反應后，該層電子處于激發態，當其再次回到基態后，能量就通過熱來散失，這個過程為面向射線粒子的吸收。

3.2 高分子材料的引入

以往輻射屏蔽多用具備優越吸收性能，同時穩定可靠又廉價的鉛，然而鉛同樣具有一定的毒性，有害人體健康。高分子材料的引入有效解決了重金屬使用過程中散發有害物質的問題。其基本構成元素包括碳、氫、氧，在吸收射線時，能量游走在分子鍵之中，分子鏈斷開出現裂解后劃分成各類官能團，其宏觀表現僅為黏度增加、變脆等。通過研究發現，高分子可以承受更強的輻射劑量，其中橡膠、塑料以及樹脂等材料都可以用于核輻射的屏蔽層。

3.3 核輻射屏蔽材料的復合

射線吸收基本處于材料表層，進而隨著粒子減小，吸收的功效越顯著。重金屬硬度突出，但很難粉碎。而高分子材料已經在具體實踐中得到了推廣，其并未在拉伸核折疊中發生斷裂和變形等問題。通過偶聯劑等手段減小金屬表面能，進而幫助金屬微粒于高分子材料內部均勻分布，也就出現了屏蔽材料的復合。

4 高分子復合屏蔽材料的應用

4.1 防核輻射涂料

方核輻射涂料能夠廣泛投入坦克、建筑物等方面的使用，用于屏蔽核輻射給生物還有設備帶來的損害。防核輻射涂料基本屬于把屏蔽材料投入到油漆或者高分子溶液之內進行分散處理，除此以外也要添加諸如分散劑、防老劑固化劑等的添加劑。

4.2 防核輻射型材

防輻射型材的制備需要將屏蔽材料、分散劑等添加于樹脂或者熔融塑料內，然后加工為多類板材以及構件，然后投入到屏蔽空間的布置中。這類型材多投入到核電站的建設中，或者是醫學研究方面。

4.3 布制防護服

在核電站工作的相關人員，或者是核研究機構的研究員均需要配備一定的防護裝置，其中就包括工作過程穿戴的布制防護服。由于布制表現出輕便、透氣性好以及適體等優越性，所以，于加工過程里將諸如硼的屏蔽物質添加到尼龍、滌綸內，經過分散、拉絲等工序，最終紡織制作成防護服。還有一種手法，是把屏蔽物質轉化為晶須，核絲線混合做成衣服。或者是把屏蔽物質溶于液體，充分浸入棉布后，經過烘干處理制成防護服。

4.4 全封閉防護服

在事故處理現場、核電站維修以及相關救援工作實施過程里，布制防護服以及不能達到確保人員身體健康的目的了，為了追求射線給工作者帶來最小的傷害，就要制造全封閉防護服。刨去附著于人體全部部分的特點以外，還涉及到呼吸系統的保護，頭罩、手套、防護鞋以及相應的射線能量指示儀等。此類防護服必須達到下列目的：降低射線穿透，防止射線滲入；柔軟輕便；表現出一定的力學性能，不易出現破損和變形的問題；防護層可靠附著；裝備全面；便于洗消。

5 結語

目前由高分子材料充當主體部分，投入到具備屏蔽功能的材料之中加以復合的工序，正處于高速的研究拓展之中，其應用受到了廣泛的檢驗，并獲得了一定的推廣。然而現下存在的大部分論文以及研究成果里，高分子材料僅以分散體的角色出現。其加工出的屏蔽層表現出差強人意的力學性能。在今后的探索過程里，應當著重挑取多類高屏蔽微粒材料加以組合，獲取得到更加先進的核輻射屏蔽材料，進一步推動高分子材料與核輻射屏蔽材料復合領域的發展，確保生物免于遭受輻射的影響。

參考文獻：

[1]陸寧，陸振光.核輻射屏蔽功能材料與高分子材料復合和應用[J].現代橡膠技術，2017，43（03）：1-7.

[2]楊文鋒，劉穎，楊林，李德安，李軍.核輻射屏蔽材料的研究進展[J].材料導報，2007，（05）：82-85.

作者簡介：吳健（1997-），男，安徽宣城人，專業：材料化學。