防辐射材料的研究进展

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澳门新葡萄京官网注册,发布时间:15-05-11 16:43分类:技术文章 标签:防辐射,防辐射材料
随着工农业生产,特别是国防科研、放射医学和原子能工业的迅速发展,各种射线的使用日益广泛。射线的使用给人们带来了方便和实惠,但在某种程度上也给人类带来了一些危害,这引起了人们对防辐射纤维及材料研究的重视。防辐射材料是指能够吸收或消散辐射能,对人体或仪器起保护作用的材料。防辐射纤维及材料的研制受到各发达*的普遍重视,它的研制对国防和民用都有十分重要的意义。
防Xγ射线的材料
X射线和γ射线都是由强光子流组成的电磁波,可间接引起物质电离。它们对生物体的作用基本相同,通过光电效应、康普顿效应、电子对效应与组成机体的各种物质相互作用,转移其能量,产生电子使与之作用的物质电离。X射线和γ射线等对人体的伤害很大。长期接触这些射线会对人体的性腺、乳腺、红骨髓等产生伤害,超过一定剂量还会造成白血病、骨髓瘤等疾病。根据射线的性质及其与物质的作用机理,可选择和制备相应的材料进行防护。防X射线及γ射线的材料通常都是含铅的玻璃、有机玻璃和橡胶等制品。实验表明,几乎所有的塑料和橡胶加入X射线屏蔽物质后均可制成防X射线材料,但防辐射纤维及其织物的研制要困难很多。上世纪80年代初,苏联莫斯科纺织材料研究所*致力于防护纤维和防护服的研究开发,*后在核电站防护服、X射线防护服、屏蔽电磁波防护服等方面取得了重大突破。*初苏联的科技工作者以粘胶纤维织物为对象,研制了X射线防护织物。他们首*进行聚丙烯腈接枝,然后用硫化钠溶液处理接枝共聚材料,*终再用醋酸铅溶液处理被改性的织物,X射线防护物活性随醋酸铅溶液浓度、处理温度提高而增高。这种方法的优点在于铅消耗量低、耐洗涤,使用1~2两层织物即可明显减弱X射线辐射,可用于制做轻便防护服。但工艺较复杂,制取难度大。后来俄罗斯科学院核研究所与伊万诺夫城膜及人造革研究所密切合作,专门设计了适用于核电站消防人员、维修人员和操作值班人员穿着的防辐射服。这种核防护服在组合辐射强度达100BER/h(γ、X射线)和400BER/h(β射线)的条件下,能在20min内保护工作人员免受辐射损伤。这是因为它能有效地吸收辐射能量达200万eV光子射线和2兆eV的β射线,保护工作人员免受辐射、灼伤和放射物沾污皮肤以及吸入气体等危害。其中SZO型防护服是为处理紧急事故而设计的,可以防护射线辐射、高温时的强热曝晒、短时间过热蒸汽和明火的烘烤。这套服装对α射线辐射有完全的保护作用,防2兆eVβ射线辐射的衰减系数达50,能防20万eV的γ射线辐射达2倍衰减值。
日本和奥地利的研究者分别将硫酸钡添加到粘胶纤维中制成的防辐射纤维可用于制作长期接触X光的工作人员的服装,效果良好。防X射线纤维加工成的织物经层压或在织物中填加含有屏蔽剂的粘合剂后热压制成的层压织物,均是防护X射线辐射的良好材料,我国一些机构也对此进行了研究。美国佛罗里达州的一家辐射防护技术公司用辐射防护技术对聚乙烯和聚氯乙烯进行改性研制成功一种称作demron的防辐射织物。它是由一层聚乙烯(PE)和聚氯乙稀(PVC)聚合物夹在两层普通梭织物之间构成。据介绍,该聚合物的基体经某种工艺处理后能产生电子共振作用,使得聚合物基体的电子呈现和重金属相似的结构。这种分子结构会使任何一种辐射均遭受大量电子云作用,从而减慢和吸收核辐射。它不仅能防α射线,还能阻挡β射线和γ射线。这种防辐射织物的防辐射性能跟铅做的衣服一样好,但其重量比铅轻若干倍,它不含铅,无毒。它的用途很广,既可以制成轻便的全身防护服、防辐射帐篷,又可以作为飞机、宇宙飞船用内衬材料等。
目前研制成的新型防X射线纤维主要是用聚丙烯和固体X射线屏蔽剂材料复合制成的。成品纤维的线密度在212dtex以上,纤维的断裂强度可达20~30CNtex左右,断裂伸长率约为25~45%。由这种纤维做成的非织造布对中、低能量的X射线具有较好的屏蔽效果。用于防护服的非织造布的重量在608g/m2以上时,对中、低能量X射线的屏蔽率可达70%以上。齐鲁等自行研制了防X射线纤维。这种纤维是由聚丙烯和固体屏蔽剂复合材料制成的,成品纤维的纤度在212dtex以上。他们研究了断裂强度和伸长,动态力学性能和其无纺布的屏蔽率。结果表明,纤维的力学性能可满足纺织加工的要求,随着纤维拉伸倍数的提高,纤维的复模量提高,但超过5倍拉伸时又略有下降。该纤维对中、低能量的X-射线有较高的屏蔽率。还分析研究了屏蔽剂含量与新型防X射线纤维力学性能及形态结构的关系。结果发现,随着屏蔽剂含量的增加,拉伸后的纤维强度下降,伸长降低。经拉伸后防X射线纤维的截面形态结构变成紧密状态,初生纤维中的微裂纹、空洞等结构缺陷基本消除,可是当屏蔽剂含量过高时,在纤维中仍存有部分结构缺陷。屏蔽剂含量对防X射线纤维复模量的影响如图1所示。从图中看出,随屏蔽剂含量的增加,纤维复模量开始升高。当含量超过50%时,[E]值又逐渐降低。这主要是因为纤维拉伸后,当屏蔽剂含量较低时,纤维结构紧密,屏蔽剂是刚性填充剂,使[E]值上升。当屏蔽剂含量较高时,纤维中仍含有部分结构缺陷。另外在拉伸过程中,屏蔽剂必然与PP大分子产生摩擦,使少量PP大分子断裂。含量越高,这种摩擦越剧烈,使[E]值又降低。
近年来人们从保护环境的角度出发,提出了开发替代铅的辐射屏蔽材料的要求。东京都立产业技术研究所与橡胶、塑料生产厂商合作,共同开发出了在氯丁橡胶里混入约10%的金属粉而形成的无铅高密度橡胶辐射屏蔽材料。他们通过加入钨、铋、氧化铋等三种添加料而获得高密度橡胶,该屏蔽材料不含铅、重量较轻,经测试确认其屏蔽辐射的效果优于铅材料。与含铅橡胶相比,屏蔽70000eV能量的含钨橡胶显得更薄、更轻;屏蔽100000eV以上能量的含铋橡胶材料也能够做得更轻。由于该辐射屏蔽材料的可加工性优良,因此可加工成装放射性药品的小瓶、注射筒的屏蔽材料,检测核设施时使用的屏蔽垫及检查手提物品用的X射线装置的屏蔽材料等。防X射线辐射材料中很重要的一类是防X、γ射线的有机玻璃。航空、核能、医疗、显像管等应用领域要求使用透明的防辐射材料。各国均在试图寻找一种能满足工业应用的有机透明防辐射材料。日、美、德等*自上世纪60年代开始研究防辐射有机玻璃的制备技术,并且申请了多项*。日本曾用甲基丙烯酸铅与乙烯基酯共聚的方法制取防X、γ射线透明材料。前苏联和我国等也曾进行甲基丙烯酸三烷基锡及其共聚物的研究。后来进行的防X、γ射线有机玻璃研究大多由甲基丙烯酸铅与甲基丙烯酸甲酷和苯乙烯等共聚而成。国内一些化工厂在这方面进行了研究。他们制备了铅含量为1312~66%的5mm厚的含铅有机玻璃板材。研究发现,随着铅含量的增加,防辐射性能提高,但铅含量达到66%时力学性能明显降低。他们研究还发现苯乙烯用量的变化对板材性能影响不大,铅当量无明显变化,但能提高板材的防辐射稳定性,但超过30%时聚合速度明显降低。在本体聚合过程中加入有机羧酸铅化合物对有机玻璃的透光率、材料力学性能、吸收射线能力的影响,并测定了合成有机含铅玻璃材料对放射性元素镅241、铯137、钴60的防辐射能力。他们通过溶剂法,重结晶法合成了纯度较高,适合本体聚合的有机铅化合物;制备了透光率大于80%,有一定力学性能的防辐射有机材料。实验证明,所合成的聚合材料对中、低能量γ射线具有明显的防护作用。在透明防辐射材料领域,有机铅玻璃得到了广泛的研究和应用。但到目前为止,有机铅玻璃仍存在着表面硬度低、抗划痕能力差、表面易起毛等缺点。

发布时间:15-05-12 16:31分类:技术文章 标签:防辐射,防辐射材料
中子射线的材料
中子是一种不带电荷的中性粒子,中子通过物质时与原子核外电子几乎不发生作用,主要与核作用。慢中子与物质作用的主要过程是俘获反应。在这一过程中原子核俘获中子后形成复合核,成为放射性核素,释放γ射线。快中子与物质作用主要是弹性和非弹性散射。在弹性散射中同中子碰撞的靶核,其质量与中子接近时,中子能量损失*大,因此人们为了得到慢中子或为了屏蔽中子,常用含氢的物质如水、石蜡、聚乙烯等材料做慢化剂或防护材料。中子与氢、氧、碳、氮等原子核作用能产生反冲核,这种反冲核在组织中能引起高密度的电离。对人体产生的危害比相同剂量的X射线更为严重。研究表明,中子致肿瘤的生物效应(RBE)约为2~3倍于X射线,由中子引起的染色体畸变大大高于X射线和γ射线。
中子和物质的相互作用有两种形式。一是快中子的散射和减速;二是慢中子被吸收后放出共化粒子或γ射线。中子的屏蔽实际上是要将快中子减速和将慢(热)中子吸收。氢元素含量较高的石蜡、聚乙烯和聚丙烯等是优良的快中子慢化材料,而含锂元素的氟化锂、溴化锂、氢氧化锂,含硼元素的氧化硼、硼酸和碳化硼等是优良的慢中子吸收物质。快中子慢化材料和慢中子吸收物质微粉混合后使用可以得到优良的中、低能中子屏蔽性能的新材料。
国外从上世纪70年代中期开始研究纤维状防中子辐射材料方面的技术,日本在此方面所做工作*多。日本研制成的离子交换型防中子辐射纤维是将硼、锂或其它屏蔽物质的离子吸附在纤维上,从而使纤维具有中子辐射屏蔽功能。由于吸附量有限、且洗涤时极易脱落,故屏蔽效果较差。后来日本又对原来的技术进行改进,使离子交换纤维吸附锂或硼的化合物,从而提高了织物中子屏蔽率。在已知的国外各种防中子辐射纤维中,以日本东丽公司的研制水平为*佳。它采用复合纺丝方法制取防中子辐射复合纤维。具体做法为中子吸收物质与高聚物在捏合机上熔融混合后作为芯层组份,以纯高聚物为皮层进行熔融复合纺丝,所得纤维为皮芯结构,经干热或湿热拉伸制得具有一定强度的纤维,但该纤维纺织设备较复杂,投资比较大。
日本*还报道了另一种纤维状中子防护物的制取方法。含有中子吸收物质的高聚物溶液在高压下喷射纺制纤维,提高了防中子辐射纤维的热中子屏蔽率。但该种纤维强度低,断裂伸长较大,不易加工。这种方法制得的纤维由于中子吸收物质暴露在纤维表面,因而在洗涤、受摩擦时极易损失,使中子吸收性能降低。日本还将锂和硼的化合物粉末与聚乙烯树脂共聚后,采用熔融皮芯复合纺丝工艺研制了防中子辐射纤维材料。纤维的强度可达20~30CN/tex,断裂伸长率为21~32%。由于纤维中锂或硼化合物的含量高达纤维重量的30%,因而具有较好的防护中子辐射的效果,可加工成机织物和非织造布,定重为430g/m2的机织物的热中子屏蔽率可达40%,常用于医院放疗室内医生和病人的防护。
我国从上世纪70年代开始防中子高分子材料的研究,到1984年天津纺院研制出4种具有实用价值的防中子辐射板材。我国的防中子辐射纤维早在1987年5月在天津纺院研制成功。该项研究立足国内现有技术水平,尽管采用的方法与国外不同,但对中子射线的屏蔽效果达到和超过了已知的国外同类研制水平,同时该纤维还具有较好的γ射线屏蔽功能,现已研制成无纺布、机织布并已制成防护服装开始使用。
国内采用硼化合物、重金属化合物与聚丙烯等共混后熔纺制成了皮芯型防中子、防X射线纤维。纤维中碳化硼含量高达35%,纤维强度可达23~27CN/tex,断裂伸长率达20~40%,可加工成针织物、机织物和非织造布,用在原子能反应堆周围,可使中子辐射防护屏蔽率达到44%以上。采用聚丙烯与不同重量的碳化硼微粉为原料,探讨了通过熔融共混纺丝工艺研制防中子辐射纤维及织物的可行性,并对共混体系的流变性能及影响流变性能的因素进行了讨论。他们讨论了聚丙烯/碳化硼共混体系中碳化硼粒度、助剂种类和用量、温度等因素对该体系流变性能及可纺性的影响,并对纤维和织物的性能进行了测试,得出如下结果:①在聚丙烯/碳化硼共混体系中,随碳化硼含量的增加,体系的粘度增大,可纺性下降,材料的辐射防护性能提高,随碳化硼粒度的增大,纤维强度下降。综合考虑,碳化硼的添加量为40%;②钛酸酯类助剂可有效改善聚丙烯与碳化硼的相容性,提高碳化硼在聚丙烯中的分散均匀性。碳化硼中的助剂用量*好为115~215%;③温度过高或过低,都对纺丝不利。当剪切速率不变,温度升到250℃以上时,共混体系的扭矩即粘度值则趋于恒定,选此温度为纺丝温度;④通过选用适宜的助纺剂和粒度合适的碳化硼,所得到的芯料共混物可顺利进行复合纺丝。成品复合纤维断裂强度为2106CN/dtex,断裂伸长为37%,热熔温度为163℃,在130℃以下可满足一般使用要求;⑤经测试,复合纤维制成的无纺布对热中子具有较强的屏蔽作用,对中能中子也有一定的屏蔽作用。这类材料适合用于防护衣具、门窗帘和遮盖包装等。
透明防中子辐射材料是近年来研究开发起来的防中子辐射材料又一新品种。它是含硼、锂元素的有机玻璃。这类材料不同于上述的一般由两种或两种以上的化合物混合而成的防辐射材料。它是一种均一的交联(或非交联)非晶化合物,可加工成各种透明视镜和观察窗,使人眼部免受中子辐射损伤。这类材料的研制成功是防中子辐射材料研究史上的一大突破。研究了含铅有机玻璃、含钡有机玻璃、含硼有机玻璃和普通有机玻璃的X、γ射线和中子射线防护性能及其耐60Coγ射线辐照稳定性。结果表明,含铅有机玻璃板材具有良好的X射线、反应堆热柱γ射线屏蔽性能;含硼有机玻璃板材具有良好的热中子屏蔽性能;含钡有机玻璃板材的褪化裂变谱中子辐射屏蔽性能良好;含钡有机玻璃和普通有机玻璃可耐105~106Gy的60Coγ射线辐照;含铅有机玻璃板材耐60Coγ射线照射能力小于105Gy。
防辐射纤维及材料广泛应用于国防和民用等诸多领域。它的研制对于我国的现代化建设具有重要的意义。目前,防辐射纤维及材料正朝着“专门化”(对某一种射线具有特别好的防护能力)和“多功能化”(适用于存在多种射线的场所)方向发展。相信随着各种射线及射线源广泛的应用,防辐射纤维及材料研究和应用的前景将日益广阔。

  防核辐射服与防辐射服各自用途?

  这是个谈“辐”色变的年代,人人自危,为了有效防护辐射,很多人会准备一套专业的防辐射装备,比如防核辐射服、防辐射服、防辐射铅衣等等,都是人们必选的防辐射产品。这些防辐射产品虽然都是防辐射的,但是具体作用也是不一样的,这也就是今天雷腾核制造要为大家重点讲解的关于防核辐射服和防辐射服的区别。

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  防核辐射服和防辐射服的区别

  一、防核辐射服

  1、简介

  防核辐射服又被叫做射线防护服,是专门针对防护X和γ射线而研制的特殊服装,主要运用于核辐射事故抢险救援,核爆炸环境(原子弹爆炸、核电站爆炸),核事故、反恐小队,军事的特种部队和警察的反恐小组,核电站放射性设备维修等。核辐射防护服根据不同的工作环境有多种款式之分,密闭式、连体式、白大褂式等等。这些款式又有长袖、短袖、无袖,围裙,腺性防护,下体防护等。

  2、原理

  防核辐射服对X、γ、β、α粒子提供屏蔽,是一种改性聚乙烯(PE)和聚氯乙烯(PVC)的新技术,采用该技术改性的聚乙烯和聚氯乙烯具有抗核辐射能力,可以用作核辐射屏蔽材料。这种聚合物衬层采用屏蔽材料使用钽材料制成,钽在物质衰减系数、对抗γ、X线和β放射物都与铅相当,可以有效的对辐射进行吸收。聚合物衬层和天然或者合成无纺布材料生产的一种织物,然后用于制备可以抗辐射的安全服装。

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  二、防辐射服

  1、简介

  防辐射服又称电磁辐射屏蔽服,采用金属纤维与纺织纤维混织,制造工艺较为复杂。市面上的防辐射服多为民用,受众以孕期女性、特殊职业者为主。防辐射服面料以金属纤维面料和银纤维面料为主,代表品牌有婧麒、乔薇依、亲琦、克莉思汀等等。

  2、原理

  防辐射服是利用服装内金属纤维构成的环路产生感生电流,由感生电流产生反向电磁场进行屏蔽。金属良导体可以反射电磁波,即当金属网孔径小于电磁波波长(波长=光速/频率)1/4时,则电磁波不能透过金属网。

  市面上所有的防辐射服均是采用这种原理制成,面料中含有导电金属纤维或导电银纤维,其中金属纤维指的是不锈钢金属纤维,银纤维指的是将纳米银离子渗透到锦纶纤维中形成的一种复合纤维,两种纤维均具有良好的导电性,所以可以起到屏蔽电磁波的作用。

  三、二者区别

  1、防护的辐射不同:

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  通过字面意思,我们可以很好地辨别,防防核辐射服和防辐射服的主要区别就在于“核辐射”和“辐射”。防核辐射主要屏蔽X、γ、β、α粒子,这些核辐射对人体会造成毁灭性的危害,普通人几乎接触不到;防辐射服主要屏蔽的是日常生活中和工作场所中的普通家电辐射,这种辐射对人体的危害有一个累积过程,危害循序渐进。

  2、适用人群不同:

  防核辐射服一般用于核辐射事故抢险救援,核爆炸环境(原子弹爆炸、核电站爆炸),核事故、反恐小队,军事的特种部队和警察的反恐小组,核电站放射性设备维修等,这些几乎是人们接触不到的,换言之,防核辐射服主要用于军工业;防辐射服主要用于日常生活和工作者,换言之,防辐射服主多为民用。

  3、服装款式不同:

  防核辐射服的款式以密闭式为主,根据环境不同,分为密闭式、连体式、白大褂式等;防辐射服款式更多样,主要款式有肚兜、吊带、马甲、围裙和裙装等。

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  4、服装材质不同:

  防核辐射的材质主要为钽材料,防辐射服的材质以金属纤维和银纤维为主。

  对于很多人来说,防核辐射服和防辐射服几乎没有区别,实际上区别是很多(如上陈述)。因此,用户要防辐射时,需要根据具体的防护需求来选择防辐射产品,像孕妇要防辐射时,只需要选择专业的防辐射服就可以了,并不需要使用防核辐射服。

  雷腾核辐射防护设备制造是一家专业从事核辐射防护技术应用和辐射防护领域仪器仪表及相关设备的研究、开发、制造和销售以及核应急与核安全、放射医学与环境医学、核环境科学、放射性三废治理与核设施退役等领域的研究、应用及生产经营的高新技术开发的科技型企业。

  本文来源于:雷腾核制造

  

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