Какой металл поглощает радиацию

Обновлено: 28.06.2024

Радиационное облучение может быть достаточным, чтобы ухудшить критические свойства конструкционных материалов. Радиационная стойкость зависит от мощности источника излучения, расстояния до него, а также допустимыми уровнями воздействия, при которых эти эффекты становятся важными.

Свойства материалов, которые подвергаются воздействию излучения, должны рассматриваться в трёх категориях:

Механической (прочность, твёрдость, относительное удлинение);
Тепловой (теплопроводность);
Оптической (коэффициенты излучения, поглощения и отражения).

Радиационная стойкость материалов принято рассматривать отдельно для наземных и искусственных космических объектов.

Понятие радиационной стойкости материалов

Материалы, защищающие от излучения, используются для различных радиологических применений – в медицине, технике неразрушающего контроля, при производстве космических летательных аппаратов и пр. Однако использование радиации сопряжено с риском. Те, кто использует радиацию, должны быть надлежащим образом обучены радиационной безопасности, радиационной физике, биологическим эффектам радиации, чтобы гарантировать безопасность.

Таким образом, выбор радиационно стойких материалов важен для того, чтобы снизить влияние внешнего радиационного облучения на человека, а также на экологию окружающей среды.

Одним из основных принципов снижения влияния радиоактивного излучения является экранирование - использование поглощающего материала (оргстекла, для бета-частиц и свинца для рентгеновских и гамма-лучей). Экранирование используется в различных областях, включая диагностическую визуализацию, лучевую терапию, ядерную и промышленную защиту. Способность к экранированию считается одной из основных составляющих, которой определяется радиационная безопасность материалов.

Различают экранирование объектов и экранирование производственного персонала. В первом случае используют механически прочные защитные экраны, конфигурация которых соответствует форме защищаемого объекта, во втором – защитную одежду, которая ослабляет рентгеновское излучение: фартуки, жилеты, обувь. Интенсивность экранирования зависит от индивидуальной стойкости веществ к радиоактивному излучению.

Стойкость неорганических материалов

Исторически материалы для защиты от излучения изготавливались из свинца. Однако в последнее время, кроме свинца, используются также композиты на его основе и бессвинцовистая неорганика.

Противорадиационная стойкость свинца связывается с его высокой плотностью, которая составляет 11,34 г/см³. Это делает данный металл полезным для эффективной защиты от рентгеновского и гамма излучения.

Свинец в чистом виде хрупок, поэтому непосредственно для экранирования его не применяют. Чтобы превратить чистый свинец в радиационно-защитный материал, его смешивают со связующими веществами и добавками, получая гибкий свинцово- виниловый лист. Затем из этих листов набирается необходимая толщина защитного покрытия. Существует три стандартных уровня защиты, эквивалентных свинцу, для традиционной одежды с радиационной защитой из свинца: 0,25 мм, 0,35 мм и 0,5 мм.

Свинцовая композитная защита представляет собой смесь свинца с другими, более лёгкими металлами. Состав композита варьируется в зависимости от назначения, но обычно туда входят олово, резина, ПВХ, и другие металлы, ослабляющие радиацию. Экранирование из композиционной смеси на основе свинца легче (до 25%), чем свинец обычного сорта, при этом фактическая эффективность защиты остаётся на прежнем уровне.

Из других металлов, обладающих высокой радиационной стойкостью, следует отметить некоторые тяжёлые металлы, которые относятся к той же группе, что и свинец, и, следовательно, так же хорошо поглощают или блокируют излучение. В ряду высокой радиационной стойкости находятся олово, сурьма, вольфрам, висмут.

Стойкость полимеров

Радиационная стойкость полимеров и пластика сильно зависит от длины волны базового излучения, но с уменьшением длины волны (что характерно именно для рентгеновского и гамма-излучения) противорадиационная способность всех неметаллов снижается. Поэтому излучение высокой энергии часто приводит к снижению характеристик удлинения и развитию хрупкости в полимере.

Общий срок службы пластика зависит от общего количества поглощённого излучения. Такие материалы, как полиэстер или полиамид, обладают удовлетворительной устойчивостью к гамма-излучению и рентгеновским лучам. Наоборот, полиэтилен (особенно высокого давления) весьма чувствителен к радиации, и поэтому в активных ионизирующих средах не применяется.

Информацию, касающуюся радиационного сопротивления пластмасс, следует рассматривать только как ориентир, поскольку различный химический состав пластика, мощность дозы, уровень механического напряжения, температура окружающей среды играет основную роль в противорадиационной стойкости. Обычно рекомендуется проводить экспериментальное тестирование применительно к конкретным условиям.

Стойкость органических веществ

Радиационная стойкость материалов органического происхождения – сельскохозяйственных культур, кустарников, деревьев – важна для оценки их экологической безопасности при потреблении (овощи, фрукты) и проведении сезонных лесохозяйственных работ, например, при высадке саженцев.

Высокие дозы облучения, используемые при попытках произвести стерильные или пригодные для длительного хранения фрукты или овощи, ухудшают вкус продуктов. При этом их безопасность (при сравнительно низких дозах облучения, ниже 3 кГр) для потребления полностью обеспечивается. С другой стороны, облучение эффективно убивает бактериальные патогены в свежих, а также свежесрезанных овощах и фруктах. Эта эффективность распространяется на некоторые бактериальные патогены человека, а также на бактериальные фитопатогены, что приводит к увеличению сроков сохранения органики. Более устойчивыми к облучению являются патогенные вирусы и грибы.

Таким образом, радиационное облучение считается одним из наилучших способов безопасности потребления фруктов и овощей.

Российские химики открыли материалы, стойкие к действию радиации

ТАСС, 16 октября. Нижегородские ученые выяснили, что металлорганические соединения некоторых редкоземельных металлов необычно хорошо поглощают радиацию. Они помогут защитить от ионизирующего излучения спутники и улучшить атомные электростанции (АЭС). Работу ученых опубликовал научный журнал Scientific Reports. Кратко об этом сообщает пресс-служба Российского научного фонда (РНФ).

"Столь высокая радиационная устойчивость поможет в будущем разработать установки для прямого преобразования ядерной энергии в электричество. Это позволит создать АЭС нового поколения", - рассказал пресс-службе один из авторов исследования Михаил Бочкарев, профессор Института органометаллической химии Российской академии наук (РАН) и Нижегородского государственного университета.

Работе спутников и космических кораблей в космосе угрожают не только резкие перепады температур, вакуум и механические нагрузки, но и высокий уровень ионизирующего излучения. Два его главных источника - Солнце и космические лучи. Радиация опасна не только для экипажа космических кораблей, особенно при полетах в дальний космос, но и для электронной аппаратуры и обшивки самих пилотируемых аппаратов и беспилотных зондов.

В последние годы ученые активно пытаются решить эту проблему, создавая различные покрытия и наночастицы, которые могли бы поглощать ионизирующее излучение, преобразовать его в другие формы энергии и при этом не разрушаться. Бочкарев и его коллеги значительно расширили защитный арсенал будущих марсонавтов, строителей и работников АЭС и прочих опасных объектов, экспериментируя с соединениями лантана, иттербия, церия и других редкоземельных металлов, а также ряда сложных фторорганических молекул.

Редкоземельный щит

Как отмечает химик, неорганические соединения этих элементов сами по себе необычно хорошо поглощают радиацию, однако ученых давно интересовало, можно ли соединить их с органикой так, чтобы последнюю не разрушали облучение достаточно сильными пучками гамма-излучения, космические лучи или другие формы ионизирующего излучения.

Создавая различные комплексные соединения редкоземельных элементов и органики, исследователи достаточно долго облучали их мощными потоками нейтронов и гамма-квантов. Специалисты наблюдали за тем, смогут ли молекулы этих химических веществ выдержать дозы радиации, которые превышают смертельную для человека почти в тысячу раз.

Эти эксперименты показали, что некоторые из соединений церия, иттербия и органических молекул были невероятно стойки к действию радиации. Они почти не меняли своей структуры даже после поглощения более 900 Грэй ионизирующего излучения, смертельной дозы радиации для большинства существующих солнечных батарей и прочих полупроводниковых электронных приборов.

Единственный недостаток этих соединений - они постепенно становятся радиоактивными при облучении очень большим количеством нейтронов из-за того, что часть атомов редкоземельных металлов поглощает эти частицы и превращается в нестабильные изотопы. Однако это не мешает им блокировать действие радиации и не приводит к разрушению молекул.

"Мы обнаружили, что металлорганические комплексы редкоземельных металлов, в частности, лантаноидов, обладают высокой радиационной устойчивостью. Их можно использовать при конструировании приборов для работы в космических аппаратах или на АЭС. Устройства на основе этих комплексов также могут быть полезны на предприятиях по переработке и обогащению радиоактивных веществ и на территориях, подвергшихся их заражению", - подытожил Бочкарев.

Радиационностойкие материалы и их особенности

Что задерживает радиацию?

Допустим, существует угроза повышенной радиации. Чем можно защитить свое тело, воду и продукты, исходя из отсутствия спецсредств. Какие материалы не пропускают радиацию?

Радиация - это излучение. Состав излучения изотопов радиоактивных материалов разделяется на Альфа частицы, которые задерживаются поверхностью кожи, Бета частицы проникают глубже, но фольга толщиной 0,1 мм для них является непреодолимым барьером, нейтронное излучение легко прошибает бетон толщиной 15 см, но полиэтиленовая пленка 1 мм для них труднопроходимая преграда. Свинец используют для защиты от рентгеновского излучения и гамма квантов. Бетон в 10см ослабит поток гамма квантов в 2 раза. Свинцовый экран для рентгеновских лучей будет непреодолим при толщине около 0,5см. Так что если изладить бетонный бункер с метровой толщиной стен и облицевать его свинцом и полиэтиленом, то от радиации вы защититесь на 100%.

Спасибо за подробный ответ. А при опасном повышенном фоне солнечной радиации помогут ли эти средства или здесь понадобится что-то другое? — 11 лет назад

Солнечная радиация (излучение) это жесткий ультрафиолет (ЖУ), мягкий ультрафиолет (МУ), видимый спектр (ВС) и инфракрасное излучение (тепло). ЖУ задерживает озоновый слой. МУ - нужен и растениям и нам, фотосинтез и выработка витамина Д. ВС - мы в нем видим. Тепло - тоже хорошо. Есть ещё в солнечном ветре поток частиц, но с ними справляется магнитосфера Земли, раскидывая потоки по полюсам. — 11 лет назад

А что свинец вреден человеку сам по себе, помимо радиации, - это ничего? Или бетон и полиэтилен под свинцом сведут этот вред к нулю? — 4 года назад

С английского «radiation» переводится как излучение. В принципе, любое тело, температура, которого выше «абсолютного нуля» излучает какую-то энергию (как правило, это комплекс энергий). Радиаций (излучений) достаточно много, например: солнечная, тепловая, световая, звуковая, и др. Какие-то виды излучений полезны, а какие-то вредны и опасны. Самое опасное излучение ионизирующее, потому что у человека (да и многих животных) отсутствуют органы чувств, способные его воспринимать. Ионизирующее излучение такое, которое при взаимодействии с веществом вызывает ионизацию или возбуждение его атомов и молекул, т.е. создаёт пару ионов с противоположными зарядами.

В результате воздействия излучений (радиации), облучаемое тело или предмет получает определённое количество энергии.

Радиацию задерживает любой предмет (вещество) помещённый между источником излучения и облучаемым предметом. Другое дело насколько он задерживает или ослабляет то или иное излучение. Например: свинцовая пластина серьёзно ослабит рентген-излучение, но совершенно бесполезна в качестве защиты от теплового излучения.

Источниками ионизирующих излучений на земле являются Солнце и радиоактивные (способные к распаду) вещества находящиеся в земле. Сумма этих излучений и образует так называемый «естественный фон». Защищаться от него бесполезно, да и глупо. Большая вероятность того, что всё живое на Земле произошло в результате воздействия ионизирующего излучения.

Для оценки «вредности» воздействия радиации существует понятие приемлего риска. Но это уже предмет другого вопроса.

Читайте также: