Ученые Уральского федерального университета (УрФУ, Екатеринбург) с зарубежными коллегами улучшили свойства радиационно-защитных стекол. В состав стекол на основе оксида бора (боратные) они добавили оксиды тяжелых металлов. Это значительно повысило плотность материала, не повлияв на его прозрачность. Описание экспериментов и результаты исследования представлены в журнале Progress in Nuclear Energy.
Традиционные боратные стекла (со свинцом) используют в ядерной физике (для регистрации излучения) и для радиационной защиты. Они установлены в разных местах: от лабораторий ядерных исследований до рентгеновских кабинетов в больницах, а также в так называемых горячих камерах, где дистанционно осуществляют манипуляции с высокорадиоактивными изделиями.
Стекла на основе оксида бора, над улучшением состава которых работают ученые, являются экологичной альтернативой стеклам с добавлением свинца. Однако они имеют низкую плотность, а это один из наиболее важных факторов, влияющий на качество защиты от радиации. Значительно повысить плотность ученым удалось за счет добавления в состав стекла оксид кадмия. По словам исследователей, в результате опытов выяснилось: чем выше концентрация кадмия в составе стекла, тем выше экранирующая способность материала.
Изготовленные образцы показали хорошие результаты в качестве радиационно-защитного материала в областях низких и средних энергий гамма-излучения. Для подтверждения достоверности результатов мы определяли их защитные свойства с помощью трех методов, в том числе использовали метод Монте-Карло — компьютерное моделирование процессов переноса различного вида излучений: нейтронов, гамма-квантов, электронов, позитронов. Результаты моделирования показали хорошую сходимость с данными экспериментального определения коэффициентов ослабления стекол по отношению к гамма-излучению изотопов цезий-137 и кобальт-60.
Отметим, над созданием новых стекол работают ученые из России, Египта, Саудовской Аравии, Иордании. Оптимальный состав бессвинцовых стекол они подбирают не первый год. Главные критерии — экологичность и легкость (минимум свинца), высокие показатели радиационной защиты, прозрачность. Ранее исследователи также выяснили, что к значительному улучшению защитных характеристик стекол приводит частичная замена свинца на соединения висмута. Сейчас ученые проверяют еще три варианта составов стекла с различными добавками (оксиды бария, цинка, вольфрама и т. д.). Это необходимо для того, чтобы найти наиболее подходящий состав материала с улучшенными защитными характеристиками, высоким уровнем прозрачности и экономически выгодным производством.
Справка
При проведении работ с высоким ионизирующим радиационным излучением сейчас в основном используют свинцовые стекла. Их производят в Японии, Чехии, Германии, Новой Зеландии, России и других странах. Они находят широкое применение при работе с радиоактивными материалами: в рентгенкабинетах, кабинетах компьютерной томографии, лабораториях, научных и исследовательских институтах.
Стекла с повышенным содержанием оксида свинца обеспечивают высокую степень защиты от радиации, однако они тяжелые, а свинец со временем выделяется из стекла и проникает в соприкасающиеся с ним предметы, приводит к их заражению. Накопление свинца в организме влияет на мозг, печень, почки, костную систему.
На основании материала Indicator