Международная группа ученых разработала материал, который в будущем может использоваться в качестве радиационной защиты от гамма-излучения, в частности, на его основе можно создавать радиационную защиту для работников АЭС. В основе нового материала — силикон в сочетании с нанопорошком оксида цинка. Результаты исследования нового материала и его свойств опубликованы в журнале Optical Materials. В работе принимали участие физики из России (УрФУ), Иордании и Турции.
«Гамма-излучение широко распространено в здравоохранении, пищевой и аэрокосмической промышленности. Его чрезмерное воздействие может навредить здоровью человека. Сейчас гамма-излучение ослабляют или поглощают с помощью свинца, бетона, материалов на основе оксида свинца, вольфрама или олова. Эти защитные материалы не всегда удобны для использования в качестве защиты от гамма-излучения. Кроме того, они дорогие, слишком тяжелые и высокотоксичные для человека и окружающей среды. Поэтому важно находить новые материалы, оптимизировать их состав для радиационной защиты, что обеспечит безопасность человека и окружающей среды», — отмечает доцент кафедры атомных станций и возобновляемых источников энергии УрФУ Олег Ташлыков.
Физики использовали силикон в качестве матрицы для защитного материала. Полидиметилсилоксан, то есть силикон, — легкий, прочный и гибкий полимер, обладает превосходными оптическими, физическими и механическими свойствами и высокой радиационной стойкостью, поясняет Олег Ташлыков. В связи с этим в будущем, при успешном прохождении испытаний, он может стать перспективной альтернативой свинцу и бетону в области защиты от гамма-излучения.
Параллельно ученые проводят исследования и других полимеров.
«Полимеры — это материалы с плотной структурой, позволяющей лучше противостоять радиации. Так, кроме силикона, можно привести эпоксидную смолу, полиэтилен, поливинилхлорид. Ранее проводились аналогичные работы, где исследовали, например, ту же эпоксидную смолу. Мы продолжаем исследования в этом направлении, анализируем другие полимеры и новые включения», — поясняет Олег Ташлыков.
В качестве включений в полимер могут использоваться разные мельчайшие частицы — нанопорошки, которые, прежде всего, должны обладать высоким атомным номером. Физики исследовали целую серию возможных вариантов нанопорошков и исключили из них образцы, которые получить слишком дорого или трудно. Затем проверили оставшиеся на соответствие определенным химическим параметрам. В итоге ученые остановились на оксиде цинка, так как его достаточно легко получить в лабораторных условиях. Немаловажно и то, что это вещество не наносит вреда окружающей среде.
На следующем этапе исследования физики установили оптимальное содержание частиц наполнителя, которое максимально эффективно увеличивает радиационно-защитные свойства силикона. Выяснилось, что можно заполнить его нанопорошком на 10–50 %. Если добавить большее количество, то у материала будут хорошие защитные свойства, но он начнет быстро разрушаться.
Однако пока рано говорить, что именно сочетание силикона с нанопорошком оксида цинка будет лучше других возможных сочетаний, предупреждают ученые.
«Этот результат — один из этапов нашего масштабного исследования. В ближайшие год-два мы планируем исследовать более широкий набор материалов, которые могут ослаблять радиационное излучение. Сейчас готовим образцы для экспериментальных условий, уже в действующей атомной станции, конкретно на Белоярской АЭС. Мы планируем там провести измерения образцов защитных материалов, сравнить результаты моделирования, расчетные и экспериментальные. Дальше будем двигаться уже по новым составам», — говорит Олег Ташлыков.
Физик отмечает, что только после исследования ряда других материалов можно будет делать конкретные выводы о том, насколько более подходящим является определенное сочетание веществ для радиационной защиты.
В дальнейшем ученые хотят проверить все подходящие составы путем облучения в реакторе, чтобы исключить вероятность того, что какой-либо химический элемент в составе материала активируется, то есть станет радиоактивным и образуется дополнительное излучение. В будущем при успешном прохождении всех испытаний ученые смогут получить максимально дешевый и эффективный материал, который будет отличной защитой от гамма-излучения.