13 июля 2021

Ученые Уральского федерального университета и других стран разработали новые радиационно-защитные стекла с добавлением бората-висмута

Анастасия Фарафонтова Международные специалисты разработали несколько образцов защитных стекол Анастасия Фарафонтова

Международный коллектив, в составе которого сотрудники УрФУ, создал новые стекла, защищающие от рентгеновского и гамма-излучения. Новые компоненты, которые они подобрали, улучшают характеристики образцов и позволяют уменьшить объем свинца в составе.

Ученые разработали несколько образцов стекол. Наилучшие результаты показали стекла с добавлением бората-висмута. Ряд радиационно-защитных характеристик стекол с добавлением бората-висмута, в частности слой половинного ослабления и средняя длина свободного пробега, лучше аналогичных показателей коммерческих аналогов. Описание этих образцов представлено в журнале Scientific Reports. Одни из последних результатов — стекла на основе фторида бария — коллектив описал в журнале Optic.

«Гамма-излучение используется во многих отраслях. К примеру, в промышленности для обнаружения дефектов металлического литья сварных швов, в медицине для лечения раковых опухолей, в сельском хозяйстве для продления срока хранения продуктов, в космической отрасли и так далее, — говорит Карем Абделазим Габер Махмуд, инженер-исследователь кафедры атомных станций и возобновляемых источников энергии УрФУ, сотрудник Управления ядерных материалов (Египет). — Гамма-излучение имеет значительную проникающую способность, поэтому перед нами стоит задача создать материал, который бы обеспечивал максимальную защиту и необходимую безопасность для работников».

Сегодня в радиационно-защитных стеклах используют в основном свинец и фосфат. Свинец благодаря высокой плотности является одной из наиболее эффективных защит от гамма-излучения, но в качестве недостатков следует отметить его токсичность и значительную массу готового изделия (масса стекла может доходить до нескольких сотен килограммов). Поэтому ученые по всему миру подбирают оптимальный состав, компоненты, которые помогли бы облегчить вес стекла, сохранить его прозрачность, уменьшить толщину и себестоимость. Основная проблема в том, что после превышения определенного процента добавок стекла теряют прозрачность так же, как после поглощения определенной дозы облучения. Поэтому, с одной стороны, необходимо минимизировать объем свинца, сохранив защитные свойства, а с другой — продлить срок годности изделия, его прозрачность. Наиболее активно исследованием и подбором новых компонентов занимаются ученые из Иордании, Саудовской Аравии, Турции, Малайзии, Китая, Египта.

«Защитные стекла начали создавать в конце 1940-х, в 1950-х годах, в период становления атомной энергетики. Тогда в Англии, Америке, России решали задачу наблюдения за радиационно-опасными работами. Придумали несколько вариантов стекол с разными добавками, но везде базовыми компонентами являются свинец и фосфат. Современная тенденция — подобрать такой состав, чтобы минимизировать объем свинца, а лучше — заменить его на другой металл», — поясняет доцент кафедры атомных станций и возобновляемых источников энергии УрФУ Олег Ташлыков.

Отметим, защитные свойства образцов стекол экспериментально проверили в Институте реакторных материалов госкорпорации «Росатом» (Заречный, Свердловская область). Следующий этап — дальнейшее исследование параметров, улучшение и оптимизация состава, коммерциализация технологии.