高分子材料與核輻射屏蔽功能材料的復(fù)合與應(yīng)用

摘 要：眾所周知，我們生存于一個(gè)充滿輻射的環(huán)境之中，盡管輻射并非肉眼能看得到，也不是通過其他感官能夠獲取得到的，然而除去諸如X光這樣常見的輻射源頭之外，乘坐飛機(jī)，甚至空氣塵埃都是存在輻射的。可以說輻射無處不在。本文由核輻射的防護(hù)手段切入，具體分析了核輻射的相關(guān)理論，簡(jiǎn)要的介紹了其計(jì)算的方法，并且針對(duì)輻射給人們帶來的影響進(jìn)行了探討，隨后給出了一些防護(hù)的方案。除此以外，還論述了功能材料以及高分子材料的異同，并簡(jiǎn)要介紹了這些方面的應(yīng)用情況。

關(guān)鍵詞：高分子材料；核輻射屏蔽；功能材料

1 概念簡(jiǎn)介

1.1 照射強(qiáng)度和照射量

照射強(qiáng)度用于衡量放射性物質(zhì)裂變過程內(nèi)釋放射線的活度，通常使用的單位有貝克勒爾以及居里。而照射量指的是單位質(zhì)量核素釋放的射線進(jìn)入空氣后出現(xiàn)離子總電荷的絕對(duì)量，其常用單位是庫倫。

1.2 吸收劑量和當(dāng)量劑量

吸收量表示被輻射后，單位物質(zhì)承擔(dān)電離輻射的平均值，常用單位是賴德。而當(dāng)量計(jì)量用于表征吸收計(jì)量面向生物產(chǎn)生的影響水平。

1.3 屏蔽效果的計(jì)量

屏蔽效果表征折射通道之內(nèi)屏蔽原子核以及內(nèi)層電子攝取輻射的水平。因?yàn)樵雍藘H僅是全部原子的一小部分，射線將發(fā)生外溢，故屏蔽層存在厚度。而屏蔽效果的好壞由鉛當(dāng)量來評(píng)判。

2 核輻射帶來的危害

在生物組織承受一定的核輻射之后，由于高能粒子轟擊的作用，將導(dǎo)致細(xì)胞分子生物鍵具備的能量發(fā)生變化，同時(shí)細(xì)胞不再有條不紊的工作，其中最明顯的為白細(xì)胞大量死亡還有部分細(xì)胞變性。普通成年人承受人工輻射當(dāng)量為1mSV每年，當(dāng)受到核輻射作用后，將根據(jù)吸收劑量的升高，而出現(xiàn)惡心、血象改變、食欲衰減、嘔吐甚至喪失工作能力，最嚴(yán)重時(shí)可以引發(fā)死亡。

3 核輻射的防護(hù)

由19世紀(jì)至今，人工核能源得到了廣泛的普及，面向輻射裝置的運(yùn)行、檢修還有事故處理方面的技術(shù)獲得了持續(xù)的精進(jìn)，而面向屏蔽的研究同樣隨之進(jìn)步。人體面向電離輻射涉及劑量當(dāng)量值隨著距離拉長(zhǎng)而降低，所以面向輻射源通常需要裝配機(jī)械手。需要進(jìn)入輻射范圍內(nèi)時(shí)，一定要乘坐防護(hù)車，并事先穿好防護(hù)服。防止皮膚與放射性物質(zhì)發(fā)生觸碰，杜絕放射性塵埃以及受到污染水源的攝入。

3.1 核輻射屏蔽原理

通過于射線通道內(nèi)添加吸收能量以及高能粒子的材料，能夠完成核輻射的屏蔽任務(wù)。當(dāng)屏蔽材料原子接觸射線后將發(fā)生散射，出現(xiàn)光電效應(yīng)，進(jìn)而能量以熱以及光波的形式散去，這個(gè)過程就是能量吸收。當(dāng)屏蔽材料原子核近層電子與高能粒子流發(fā)生反應(yīng)后，該層電子處于激發(fā)態(tài)，當(dāng)其再次回到基態(tài)后，能量就通過熱來散失，這個(gè)過程為面向射線粒子的吸收。

3.2 高分子材料的引入

以往輻射屏蔽多用具備優(yōu)越吸收性能，同時(shí)穩(wěn)定可靠又廉價(jià)的鉛，然而鉛同樣具有一定的毒性，有害人體健康。高分子材料的引入有效解決了重金屬使用過程中散發(fā)有害物質(zhì)的問題。其基本構(gòu)成元素包括碳、氫、氧，在吸收射線時(shí)，能量游走在分子鍵之中，分子鏈斷開出現(xiàn)裂解后劃分成各類官能團(tuán)，其宏觀表現(xiàn)僅為黏度增加、變脆等。通過研究發(fā)現(xiàn)，高分子可以承受更強(qiáng)的輻射劑量，其中橡膠、塑料以及樹脂等材料都可以用于核輻射的屏蔽層。

3.3 核輻射屏蔽材料的復(fù)合

射線吸收基本處于材料表層，進(jìn)而隨著粒子減小，吸收的功效越顯著。重金屬硬度突出，但很難粉碎。而高分子材料已經(jīng)在具體實(shí)踐中得到了推廣，其并未在拉伸核折疊中發(fā)生斷裂和變形等問題。通過偶聯(lián)劑等手段減小金屬表面能，進(jìn)而幫助金屬微粒于高分子材料內(nèi)部均勻分布，也就出現(xiàn)了屏蔽材料的復(fù)合。

4 高分子復(fù)合屏蔽材料的應(yīng)用

4.1 防核輻射涂料

方核輻射涂料能夠廣泛投入坦克、建筑物等方面的使用，用于屏蔽核輻射給生物還有設(shè)備帶來的損害。防核輻射涂料基本屬于把屏蔽材料投入到油漆或者高分子溶液之內(nèi)進(jìn)行分散處理，除此以外也要添加諸如分散劑、防老劑固化劑等的添加劑。

4.2 防核輻射型材

防輻射型材的制備需要將屏蔽材料、分散劑等添加于樹脂或者熔融塑料內(nèi)，然后加工為多類板材以及構(gòu)件，然后投入到屏蔽空間的布置中。這類型材多投入到核電站的建設(shè)中，或者是醫(yī)學(xué)研究方面。

4.3 布制防護(hù)服

在核電站工作的相關(guān)人員，或者是核研究機(jī)構(gòu)的研究員均需要配備一定的防護(hù)裝置，其中就包括工作過程穿戴的布制防護(hù)服。由于布制表現(xiàn)出輕便、透氣性好以及適體等優(yōu)越性，所以，于加工過程里將諸如硼的屏蔽物質(zhì)添加到尼龍、滌綸內(nèi)，經(jīng)過分散、拉絲等工序，最終紡織制作成防護(hù)服。還有一種手法，是把屏蔽物質(zhì)轉(zhuǎn)化為晶須，核絲線混合做成衣服。或者是把屏蔽物質(zhì)溶于液體，充分浸入棉布后，經(jīng)過烘干處理制成防護(hù)服。

4.4 全封閉防護(hù)服

在事故處理現(xiàn)場(chǎng)、核電站維修以及相關(guān)救援工作實(shí)施過程里，布制防護(hù)服以及不能達(dá)到確保人員身體健康的目的了，為了追求射線給工作者帶來最小的傷害，就要制造全封閉防護(hù)服。刨去附著于人體全部部分的特點(diǎn)以外，還涉及到呼吸系統(tǒng)的保護(hù)，頭罩、手套、防護(hù)鞋以及相應(yīng)的射線能量指示儀等。此類防護(hù)服必須達(dá)到下列目的：降低射線穿透，防止射線滲入；柔軟輕便；表現(xiàn)出一定的力學(xué)性能，不易出現(xiàn)破損和變形的問題；防護(hù)層可靠附著；裝備全面；便于洗消。

5 結(jié)語

目前由高分子材料充當(dāng)主體部分，投入到具備屏蔽功能的材料之中加以復(fù)合的工序，正處于高速的研究拓展之中，其應(yīng)用受到了廣泛的檢驗(yàn)，并獲得了一定的推廣。然而現(xiàn)下存在的大部分論文以及研究成果里，高分子材料僅以分散體的角色出現(xiàn)。其加工出的屏蔽層表現(xiàn)出差強(qiáng)人意的力學(xué)性能。在今后的探索過程里，應(yīng)當(dāng)著重挑取多類高屏蔽微粒材料加以組合，獲取得到更加先進(jìn)的核輻射屏蔽材料，進(jìn)一步推動(dòng)高分子材料與核輻射屏蔽材料復(fù)合領(lǐng)域的發(fā)展，確保生物免于遭受輻射的影響。

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作者簡(jiǎn)介：吳健（1997-），男，安徽宣城人，專業(yè)：材料化學(xué)。