新型核輻射防護材料的設計及應用探析

李曉寧

摘? 要：科學技術的進步和經濟水平的提升都能夠為開展核輻射防護研究提供助推，而找尋新型核輻射防護材料已經成為了研究工作的重點。基于此，文章分析了物質對放射性射線的具體作用，然后闡述了新型核輻射防護材料的設計配方以及其應用工藝，還論述了此類型材料的試驗和測試結果，希望能夠為相關工作人員帶來參考。

關鍵詞：核輻射防護;防護材料;放射性射線

中圖分類號：TB34? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）22-0100-02

Abstract： The progress of science and technology and the improvement of economic level can provide a boost for the research of nuclear radiation protection， and the search for new nuclear radiation protection materials has become the focus of the research work. Based on this， this paper analyzes the specific effect of substances on radioactive rays， expounds the design formula and application technology of new nuclear radiation protection materials， and then discusses the experiment and test results of this type of materials， in the hope that it can provide reference for the relevant practitioners.

Keywords： nuclear radiation protection; protective materials; radioactive rays

前言

基于核科技的飛速發展，核輻射防護以及核安全已經成為了人們關注的重點。在此過程當中，技術人員對具備輕質高效和強大防護能力的新型輻射防護材料需求迫切。所以，相關工作人員應該基于核輻射與物質的作用機制，利用不同類型的材料開展核輻射防護實驗，為找到最適宜的材料提供幫助。

1 核輻射防護概況

原子核從一種結構或能量狀態轉變為另一種結構或能量狀態時，釋放出的微觀粒子流就是核輻射，有天然輻射有人工輻射之分。核輻射主要為α射線、β射線和γ射線和中子，它們會對人體健康造成威脅。如果，人體被過量的放射性射線照射，則會產生各種疾病，患癌幾率也會大大增加，甚至會直接死亡。而且，照射時間越長、輻射劑量越大，危害性越高。

基于此，為了能實現對核技術的深入研究和合理應用，開展有效的核輻射防護工作至關重要。此項工作的開展目的是減少和消除核輻射危害，所以在作業環節需要遵守正當性、合理性、可控性和最優性原則作業[1]。在實踐工作中，人們可通過擴大與輻射源的間距、控制受照射時間和使用屏蔽物屏蔽輻射等方式開展外照射防護。而在這一環節，最具備研究價值的就是屏蔽物使用法，對其材質進行研究可以為提高核輻射防護效果奠定基礎。

2 物質對放射線的作用

核技術被廣泛應用于軍事領域和人們的生產生活環節，為保證技術使用安全和人們的身體健康，必須要開展有效的核輻射防護工作。該項工作的開展應該基于各種放射線的特點以及其與物質的作用機制而開展。

從本質上來看，α粒子是氦原子核，α射線的外照射穿透能力相對較弱，開展防護工作時，僅憑一張白紙就能夠擋住α射線所帶來的核輻射。對于α射線的防護工作而言，應該注意的是內照射而非外照射，因為α射線可以借助于被污染的空氣、食物或傷口進入并損害人體。β射線的本質是電子流，大多為負電子流。這種射線的穿透能力強于α射線，但一般金屬都能對其進行阻擋。基于β射線與物質的相互作用，將會產生多次散射，所以其輻射距離并非固定，而是分布在某一區間之內。同時，隨著β射線持續能力的減弱，其穿透距離也會逐步接近于極限。此外，β射線十分容易被表層組織吸收，所以在其輻射范圍內物質表層出現輻射損傷的幾率極高，這也造成了防護工作的復雜性[2]。

γ射線是由高能量的γ粒子組成的光子流，具有極強的穿透性，但是其電離能力極弱。在開展防護工作時，應該采用外照射防護方法作業。基于γ射線與物質的相互作用，將產生康普頓效應、光電效應、電子對效應等原子反應;若二者的相互作用具有持續性，則原子反應將呈現漸弱性的特點。在實踐作業環節，基于電子效應、光電反射效應，物質都可以完成對γ射線能量的消耗。而在放射性射線與物質的互相作用環節，能與中子實現相互作用的物質大多具備質量相似性，比如氫。所以在選取中子輻射防護材料時，可以優先選用氫原子量高的物質。比如，碳氫化合物、石蠟、水、塑料等。同時，中子的衰減速度受到自身能量、屏蔽材料性能和厚度影響。當中子能量較強時，屏蔽材料的能量和厚度將會對輻射防護效果產生重大影響。所以，在作業環節應該強化大截面物質的應用，以便于提高中子防護有效性。

3 新型核輻射防護材料的設計和應用

基于現有的輻射防護理論，核輻射防護材料的使用效果主要與物質和射線的相互作用關系、規律和方式相關。在核輻射范圍內，α射線、β射線、γ射線以及中子都可能穿過材料，并與之產生相互作用，而相應的作用形式也不相同。在實踐工作環節，為了保證核輻射防護材料的實用性，相關工作人員需要實現對多種功能元素的篩選和優化組合，以便于確保材料具備綜合輻射防護效果。

3.1 基本材料選用

在新型核輻射防護材料的設計環節，需要先針對基本防護材料進行合理選擇。此時，所選用的防護材料的質量減弱系數越大越好。而且，所用基礎材料還應該具備穩定性、易得性、加工便捷性、不易分解性和經濟性高的特點，只有這樣才能切實保證基本防護材料具備實用性[3]。在實際作業環節，金和鉛都是十分常見的基礎防護材料，二者都具備質量防護系數大的特點，而且它們的質量減弱系數差異較小，所以在核輻射防護環節二者的使用效果相差不大。但是，從經濟性角度出發，鉛的使用成本遠低于金;而從加工便捷性的角度出發，我們可以發現，鉛可以以粉末狀存在，十分適用于材料加工。基于此，在經過多方篩選與比對后，可以選定以粉末狀的鉛充當新型核輻射防護材料的基本材料。

3.2 輔助材料選用

在確定核輻射防護基本材料后，即可開展輔助材料選取。輔助材料的應用意義是實現對核輻射防護材料綜合性能的改善。基于輔助材料，將提高核輻射防護材料的使用效果和用戶滿意度。在這一環節，需要添加必要性的添加劑，以便于改良材料性能。

此時，相關工作人員不僅充分考量輔助材料對核輻射防護材料性能方面的優化，還應該兼顧工藝、使用便捷性和經濟性。比如，可選擇銅或鐵來充當金屬類輔助材料。二者的核輻射防護效果相差無幾，不過在成本上存在明顯的高低差異，鐵的成本要遠低于銅。所以，新型核輻射防護材料的輔助材料可確定為鐵。而在非金屬元素選用環節，硫具備較大的質量減弱系數，在中低能量中氫也具備較大的質量減弱系數，所以二者的化合物可以被選用為核輻射防護材料的輔助材料。在中子防護環節，最為適宜的輔助防護材料是硼。除此之外，還需要選用丁苯橡膠以及聚乙烯也是十分常見的輔助材料。這兩種材料的優勢和特點都十分鮮明。比如，粘結性良好、簡單易得、便于加工、柔軟性和彈性優良等。鑒于聚乙烯和丁苯橡膠的多種功能和經濟實用性，將其選定為核輻射防護材料的輔助材料十分可行。

3.3 材料配方調配

為了有效融合基本材料和輔助材料，在實踐作業環節相關工作人員需要開展核輻射防護材料配方的調配工作。此時，必須根據實際防護要求以及各類型材料的使用特點來制定配方，以確保新型核輻射防護材料具備良好的防護效果。在此環節，配方設計人員應該實現對配方材料密度的綜合權衡，并在作業時同時兼顧核輻射防護要求和材料結構設計要求作業。在防護材料使用環節，材料厚度越大其防護效果越強，所以在設計配方時，相關工作人員可適當增加防護材料厚度，以便于提升屏蔽效果。

3.4 材料合成與生產

在此環節，相關工作人員需要關注核輻射防護材料的合成環節和生產環節。在材料合成過程中，必須制定科學的合成條件，以確保核輻射防護材料的綜合性能得以提升。此時，應該基于核輻射防護材料的使用場景以及要求，對其綜合性能進行明確優化。比如，確保材料回彈性優良、柔軟性良好、隔熱防潮性能強、抗撕裂強度高。不僅如此，核輻射防護材料還應該具備良好的洗消性能，以便于其被反復使用。在設計環節，相關工作人員若能使核輻射材料具備上述功能，就可以保證這種材料可以基于使用對象和目的差異，而實現多樣化利用這對材料的制作、折疊、保存都十分有利。同時，在合成環節，為增強材料成形能力，應該合理應用聚乙烯等粘結材料。

在核輻射防護材料的生產環節，相關工作人員應該依托于現有的設備以及技術，實現對聚乙烯和橡膠材料的充分調研。此時，可選擇的材料生產工藝主要分為化學發泡和輻射交聯發泡兩種。若在實際生產環節以輻射交聯發泡生產工藝作業，則產出的核輻射防護材料將具備較強的“抵抗力”，具體表現為耐磨、耐高溫和抗老化、抗龜裂。而且，基于輻射交聯發泡生產工藝生產的核輻射防護材料具備長的使用壽命，更適用于特定條件的材料使用需求。選擇此項工藝還可以讓核輻射材料擁有封閉性極強的內部空洞，這樣一來就更加有利于核輻射防護材料的洗消。基于此，材料可以被選用于充當核輻射灰塵環境下的防護服或設備防護罩。如果在生產環節選擇使用化學發泡生產工藝，則其產出的產品同樣具備鮮明特點，具體表現為回彈性和柔韌性相對較強。不僅如此，這種生產工藝的作業成本相對較低，在以經濟性為重要考量指標時，可以優先選用化學發泡生產工藝。不過，與輻射交聯發泡工藝相比，基于化學發泡工藝的核輻射防護材料不具備良好的洗消性，這使得其使用場景大大縮減，通常僅被用于輻射源儲存和運輸環節。

3.5 材料性能測試

在新型核輻射防護材料的設計和應用環節，相關工作人員還需要開展必要性的性能測試，以確保配方可用材料有效。比如，模擬核輻射污染環境，測量新型核輻射防護材料的屏蔽與防護效果的。同時，還應該對其理化性能進行合理檢驗。比如，以試驗方式，觀測新型核輻射防護材料的抗拉性、防火性、阻燃性，為確保其使用安全奠定基礎。此外，在作業環節還需要充分考量新型核輻射防護材料的制作成本，在選用材料和設計生產時，既要確保其屏蔽效果良好，又要避免出現成本過高的問題。而且，為了滿足特定使用條件要求，材料綜合性能提升，還應該在控制成本的基礎上，適當添加功能性材料。

4 結束語

總而言之，新型核輻射防護材料的設計人員需要基于核輻射的特點，為不同防護部位選擇適宜的屏蔽防護材料。而且，在選用過程當中還應該充分考量環保性、經濟性、功能性以及靈活性，為合理應用該材料奠定基礎。當然，在材料設計和應用環節還應該合理開展實驗與測試，以確保新型核輻射防護材料的性能可以滿足使用需求。

參考文獻：

[1]李利娜，孫潤軍，陳美玉，等.輻射防護材料的研究進展[J].合成纖維，2019，48（10）：21-25.

[2]袁微微.新型核輻射防護材料的設計及應用分析研究[J].科技創新與應用，2019（12）：79-80.

[3]孟凡松.新型核輻射防護材料的設計及應用分析[J].江西化工，2017（01）：33-34.