Které kovy a materiály nepropouštějí záření? TPF POLUS

Mezinárodní skupina vědců vyvinula materiál, který může být v budoucnu použit jako radiační ochrana před gama zářením, může být použit k vytvoření radiační ochrany pro pracovníky jaderných elektráren. Nový materiál je založen na silikonu kombinovaném s nanopráškem oxidu zinečnatého. Výsledky studia nového materiálu a jeho vlastností byly publikovány v časopise Optical Materials. Na práci se podíleli fyzici z Ruska (Uralská federální univerzita), Jordánska a Turecka.

„Záření gama je rozšířené ve zdravotnictví, potravinářském a leteckém průmyslu. Jeho nadměrná expozice může poškodit lidské zdraví. V současné době je gama záření tlumeno nebo absorbováno pomocí materiálů olova, betonu, oxidu olova, wolframu nebo cínu. Tyto ochranné materiály nejsou vždy vhodné pro použití jako ochrana proti gama záření. Navíc jsou drahé, příliš těžké a vysoce toxické pro člověka a životní prostředí. Proto je důležité najít nové materiály a optimalizovat jejich složení pro radiační ochranu, která zajistí bezpečnost člověka i životního prostředí,“ poznamenává Oleg Tashlykov, docent katedry jaderných elektráren a obnovitelných zdrojů energie UrFU.

Fyzici použili silikon jako matrici pro ochranný materiál. Polydimethylsiloxan, tedy silikon, je lehký, odolný a pružný polymer, který má vynikající optické, fyzikální a mechanické vlastnosti a vysokou odolnost vůči záření, vysvětluje Oleg Tashlykov. V tomto ohledu se v budoucnu může stát při úspěšném testování perspektivní alternativou k olovu a betonu v oblasti ochrany před gama zářením.

Paralelně vědci provádějí výzkum dalších polymerů.

„Polymery jsou materiály s hustou strukturou, která jim umožňuje lépe odolávat záření. Takže kromě silikonu můžete zahrnout epoxidovou pryskyřici, polyethylen a polyvinylchlorid. Dříve se prováděly podobné práce, kde se studovala například stejná epoxidová pryskyřice. Pokračujeme ve výzkumu tímto směrem, analyzujeme další polymery a nové inkluze,“ vysvětluje Oleg Tashlykov.

Jako inkluze v polymeru lze použít různé drobné částice – nanoprášky – které musí mít především vysoké atomové číslo. Fyzici zkoumali řadu možných možností nanoprášků a vyloučili vzorky, které byly příliš drahé nebo obtížně dostupné. Poté se u zbývajících kontrolovalo dodržování určitých chemických parametrů. Nakonec se vědci rozhodli pro oxid zinečnatý, protože je docela snadné jej získat v laboratoři. Je také důležité, aby tato látka nepoškozovala životní prostředí.

V další fázi výzkumu fyzici stanovili optimální obsah částic plniva, který nejúčinněji zvyšuje radiační ochranné vlastnosti silikonu. Ukázalo se, že je možné jej naplnit nanopráškem o 10–50 %. Pokud přidáte více, materiál bude mít dobré ochranné vlastnosti, ale začne se rychle zhoršovat.

Je však předčasné říci, že kombinace silikonu s nanopráškem oxidu zinečnatého bude lepší než jiné možné kombinace, varují vědci.

„Tento výsledek je jednou z fází našeho rozsáhlého výzkumu. Během příštího roku nebo dvou plánujeme prozkoumat širší škálu materiálů, které dokážou záření zeslabit. Nyní připravujeme vzorky pro experimentální podmínky, již v provozované jaderné elektrárně, konkrétně v JE Bělojarsk. Plánujeme tam provést měření vzorků ochranných materiálů a porovnat výsledky simulace, vypočítané a experimentální. Pak budeme pokračovat s novými vlaky,“ říká Oleg Tashlykov.

Fyzik podotýká, že teprve po prostudování řady dalších materiálů bude možné vyvodit konkrétní závěry o tom, o kolik je určitá kombinace látek pro radiační ochranu vhodnější.

V budoucnu chtějí vědci otestovat všechna vhodná složení ozařováním v reaktoru, aby se vyloučila možnost, že se některý chemický prvek v materiálu aktivuje, tedy stane se radioaktivní, a vznikne další záření. V budoucnu, pokud budou všechny testy úspěšně dokončeny, budou vědci schopni získat nejlevnější a nejúčinnější materiál, který bude vynikající ochranou proti gama záření.

V moderním světě má záření širokou škálu aplikací, mimo jiné v lékařství pro diagnostické účely a v boji proti zhoubným nádorům. Proto je důležité používat radiační ochranné materiály, které mohou blokovat nebezpečné záření. Záření se skládá ze 3 typů částic: záření alfa, beta a gama. Rentgenové záření je také druh záření.

K ochraně před alfa zářením se používají zástěny z obyčejného nebo organického skla o tloušťce jen několik milimetrů a také několik centimetrů silná vrstva vzduchu. Pro eliminaci vystavení beta záření se používá stínění vyrobené z materiálů s nízkým atomovým číslem, jako je plast nebo hliník. Můžete také použít silné oblečení nebo lepenku. Pro minimalizaci vlivu gama záření se používají olověné zástěny a těžký beton. Mezi materiály používané k ochraně proti rentgenovému záření patří olovo, beton a baryt. Olovo se nejčastěji používá pro účely ochrany před rentgenovým zářením. Jak listové olovo se používá k výrobě ochranných konstrukcí proti rentgenovému záření, tak vázané olovo v jiných materiálech. Například pro šití rentgenových ochranných oděvů se používá rentgenová ochranná guma obsahující olovo. Žádané jsou také baryt a beton, které mají vysokou hustotu a jsou schopny absorbovat ionizující záření.

Jaké materiály nepropouštějí záření?

Mezi nejběžnější materiály, které nepropouštějí záření, patří olovo a baryt. Úroveň ochrany závisí na ekvivalentu olova. U barytu je tato hladina až 0,4 mmPb. A ochrana olověných výrobků závisí na počtu použitých vrstev.

Proč olovo neumožňuje průchod záření?

Málokdo ví, proč olovo absorbuje záření. Tento kov díky vysoké hustotě a velkému atomovému číslu nepropouští nebezpečné záření. To vede k účinnému zeslabení určitých typů záření, jako jsou paprsky gama a rentgenové záření.

Když nebezpečné záření prochází materiálem, je absorbováno elektrony olova a energie je rozptýlena, což snižuje dávku záření jak pro lidi, tak pro okolní předměty.

Na bázi olova se vyrábějí následující ochranné materiály:

1. Listové vedení. Jedná se o hlavní materiál používaný pro výrobu ochranných prostředků proti rentgenovému záření. Jedná se o pevnou kovovou desku, je vytvořena na bázi olova a jeho slitin. Dodává se v různých velikostech a tloušťkách. Proto můžete snadno zvolit vhodné rozměry a ekvivalent olova v závislosti na následném rozsahu použití.
2. Olověná guma. Je flexibilní, proto se široce používá k výrobě rentgenových ochranných oděvů, ale i záclon a ochranných clon a dalšího vybavení.
3. Olovnatý vinyl. Tento materiál je lehčí ve srovnání s olověnou pryží. Vinyl má také dlouhou životnost a zvýšenou flexibilitu, což umožňuje vytvářet pohodlnější modely ochranných oděvů.
4. Olověné panely. Jsou určeny pro povrchovou úpravu stropů a stěn, eliminující negativní dopad nebezpečného záření mimo rentgenovou místnost.
5. Rentgenové ochranné sklo. Obsahuje vysoké procento oxidu olovnatého, který pomáhá blokovat ionizující nebezpečné záření. Proto se takové sklo často používá v oknech, obrazovkách a dveřích zdravotnických zařízení a diagnostických center, kde je instalováno rentgenové zařízení. Sklo je žádané také v laboratořích a na vědeckých univerzitách.

Stojí za zmínku, že určité ochranné produkty lze vyrábět jak na bázi olova, tak dodatečně pomocí barya, například speciální ochranné panely. Tato možnost zaručuje zvýšenou ochranu.

Baryum téměř úplně blokuje nebezpečné rentgenové záření, proto se z něj vyrábějí různé materiály pro ošetření stěn a stropů místností, kde hrozí nebezpečí radiace. Tento minerál má vysokou hustotu, nízkou tvrdost a je široce používán v rentgenových místnostech, různých laboratořích a skladech nebezpečných látek.

Na bázi barytu se vyrábějí následující ochranné materiály:

1. Barytová omítka. Je určen pro dokončovací práce a používá se při opravách rentgenových místností, ochranných komor v průmyslových laboratořích a dalších prostorách, kde se používají zdroje ionizujícího záření.
2. Vyrovnávač podlahy. Jedná se o suchou cementovou směs, která navíc obsahuje koncentrovaný drcený baryt. Používá se v prostorách, kde je vyžadována zvýšená radiační ochrana, např. na zubních odděleních, operačních sálech, tomografických sálech a dalších prostorách. Srovnávač lze použít jako podklad pro konečnou úpravu dekorativních materiálů.
3. Barytové panely. Jsou určeny k dokončení stěn, stropů a také k vytvoření ochranných příček mezi kancelářemi a přilehlými místnostmi. Jsou lehké a snadno se instalují a mají vysoký ekvivalent olova.

Při nákupu ochranných barytových a olověných materiálů je nutné brát ohled na jejich dodržování jakostních a bezpečnostních norem. Musí mít doklady potvrzující certifikaci. Je také důležité vzít v úvahu tloušťku a velikost materiálů, vlastnosti prostředí v závislosti na použití a účelu ochranných přípravků (pro rentgenové místnosti, čisté prostory atd.). Tím bude zajištěna vysoká úroveň ochrany a dodržování zákonných požadavků.