對利用碳化硼制作防輻射織物纖維的可行性實驗

張一飛　王基峰

摘 要：通過調查，發現某些領域、某些地方存在的放射性射線會對相關工作人員產生一定的危害。碳化硼具有高熔點、超硬度、低密度的特點，還具有穩定的化學性質，具有較高的熱中子吸收能力，其中子俘獲截面高、俘獲能譜寬，目前尚未有人將其應用在紡織面料上。通過實驗，嘗試獲得含有碳化硼成分的織物纖維，從可能性、可靠性方面獲取數據支持，并最終考慮將含碳化硼織物纖維做成輻射防護衣的可能性。

關鍵詞：放射性射線；碳化硼；防輻射服；可行性實驗

中圖分類號：TQ340 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.01.103

隨著國防科研、放射性醫學和核技術應用的不斷發展，各種放射性射線被廣泛應用，但放射性射線會對人體造成一定的傷害。所以，在保證放射線造福人類的同時，最大程度地減少放射線對工作人員健康造成的傷害也非常重要。目前，市面上有多種防輻射服裝，本文嘗試探討一種質優價廉的類似服裝，從實驗室到可行性作多方面探究。

1 放射性射線對人體的危害

中子是構成物質原子核的核子之一，是組成原子核，構成化學元素不可缺少的成分。中子雖然不帶電，但具有很強的穿透力，它在空氣和其他物質中可以傳播的更遠，對人體的危害比相同劑量的X射線、Y射線更大。人體受中子輻射后，腸胃和雄性性腺會受到嚴重損傷，誘導腫瘤的生物效應高，并易導致早期死亡，同時，受損傷的機體易感染且較嚴重，所致眼晶體混濁的相對生物效應為X射線或Y射線的2～14倍。目前，產生中子輻射的設備多為人工操作，中子輻射防護服對于保障該類工作人員的健康尤為重要。因此，對防輻射材料的研究也已成為材料學研究的一個重要方面。

2 防輻射服

射線防護服可分為含鉛防護服和無鉛防護服。含鉛防護服主要用鉛和其他重金屬的膠皮制作而成，目前也有微鉛防護服。用其他復合中子輻射屏蔽材料制成的無鉛射線防護服比含鉛防護服要輕巧一些。隨著射線裝置和核技術應用的進一步發展，傳統的單一屏蔽材料已不能滿足科技發展和人們生活的需要。

3 對碳化硼防護服的設想和原理分析

碳化硼俗稱“人造金剛石”，長期以來多應用于耐磨材料、工程陶瓷和航空航天材料等領域。隨著核技術和核工業的發展，人們發現碳化硼具有較高的熱中子吸收能力，其中子俘獲截面高、俘獲能譜寬，僅次于釤、鎘等少數幾種元素。而且碳化硼制造成本低，衰變時無放射性同位素產生，二次輻射能低，耐高溫、抗輻照。但截至目前，尚未有人將其應用在紡織面料上。

4 對含有碳化硼織物纖維的可行性實驗

4.1 實驗目的

利用碳化硼可以吸收中子的性能，研究一種含有碳化硼成分的織物纖維。

4.2 實驗準備

準備粒徑小于20 μm的高純度碳化硼微粉、聚酰胺纖維尼龍66等各種合成纖維、專用預熱器、噴絲泵、噴槍等。

4.3 制備方法

將純度在85%以上的碳化硼原料破碎成粒徑小于20 μm的微粉備用，制備方法為：①將合成纖維加熱成熔融狀態后，用噴絲泵壓入噴絲頭。噴絲時，用噴槍將碳化硼微粉均勻地噴射到噴絲頭噴出的合成纖維絲表面，黏附有碳化硼微粉的合成纖維冷凝后即可得到含有碳化硼成分的織物纖維成品。②將合成纖維加熱成熔融狀態后，添加高純度碳化硼防護材料微粉，攪拌均勻，使其充分混合，然后將混合好的熔融態物料用噴絲泵壓入噴絲頭，從噴絲頭流出的直徑小于0.045 mm的細絲冷凝后即可得到含有碳化硼成分的織物纖維成品。③選用不同的織物纖維熔融按不同的比例添加不同純度的碳化硼防護材料微粉，攪拌均勻，使其充分混合，然后將混合好的熔融態物料用噴絲泵壓入噴絲頭，從噴絲頭流出的直徑小于0.045 mm的細絲冷凝后即可得到含有不同比例碳化硼成分的織物纖維成品。

4.4 結論

嘗試各種制備方法后得出的結論為：①防輻射織物纖維的成分組成為合成纖維55%～70%、碳化硼30%～45%時，防輻射效果最佳。②含氫量較高的優良快中子慢化材料合成纖維材料效果最佳。③在含有碳化硼織物纖維的制備方法中，第一種方法中的用噴槍將碳化硼微粉均勻噴射到噴絲頭噴出的合成纖維絲表面和第二種方法中的織物纖維熔融后和碳化硼微粉混合，然后噴絲頭噴出含碳化硼成分的纖維絲這兩種混合法可以替換。④這兩種混合法在實際紡織和使用中哪種更具優勢，還有待后期的實驗。⑤可根據使用場合的不同，選擇不同口徑的噴絲頭進行拉絲，這樣就可以得到直徑不同的織物纖維。

5 實驗意義

將含有碳化硼成分的織物纖維紡織成布料，非常適合制成新型輻射防護服。在實際生產時，可根據使用場合的不同，利用低成本的碳化硼原料所具有的較高的熱中子吸收能力，將其與優良的快中子慢化材料合成纖維復合材料后，制造出的織物纖維，具有強度高、彈性好、比重小、耐磨、耐腐蝕等特點，織成的混紡織物可加工成防輻射服、防輻射板等功能性衣物或用品，具有輕便、快干等特點。這些防輻射服可以有效減慢并吸收中子輻射，對從事有中子輻射行業的工作人員起到了很好的保護作用，避免了中子對人體的危害。同時，采用這種織物纖維做成的衣服質地輕盈、柔軟，穿著舒適，更有利于專業人員的日常工作。

碳化硼比現有輻射防護服原料的價位要低，如果實驗能進一步進行，解決好批量生產的不穩定問題，就可能成為物美價廉的防輻射纖維原料。

答謝：本實驗從2014年開始，利用寒暑假進行，在鄭州嵩山硼業科技有限公司實驗室完成，得到了技術人員王燕等人的大力支持；本論文經過李偉鋒老師指導和修改，在此一并表示感謝。

參考文獻

[1]王志倫，竇海英.中子輻射防護[J].中國個體防護裝備，2006（5）.

[2]徐正彬，賈夢秋.碳化硼的改性及其在有機硅樹脂中的應用[J].北京化工大學學報，2007（S2）.

〔編輯：王霞〕