射线与中子辐射屏蔽材料的研究进展

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材 料 导报
２１ ０ １年 １ １月第 ２ ５卷 专辑 ｌ ８
的织 布 ， 随着 Ｘ射线仪 管 电压 的增 高 ， 纺 布 的屏 蔽 率会 有 无 所下 降 ， 其对 中 、 低能量 Ｘ射线 具有 良好 的屏 蔽效果 。 防 Ｘ射 线 辐 射 有 机 玻 璃 主 要 是 采 用 甲基 丙 烯 酸 甲 酯 （ ＭＭＡ） 与铅 、 、 、 等金 属 氧 化物 反 应 制备 甲基 丙 烯 酸 钡 锌 镉 金属 盐 ， 再将该 有机金 属盐 与 ＭＭＡ 聚合 制成 防辐 射有 机 玻 璃 。 目前使 用最 多 的防辐射有 机 玻璃 主要 为含 铅有 机 玻 ’ 璃 。美 国 、 国 、 作 开
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ Ｐｒ ｇ ｅ ｓｏ ｙ ａ ｄ Ｎｅ ｔｏ ｄｉｔｏ ｈ ｅｄｉ ｇ Ｍ ａ ｅ ｉ ｌ ｓ ａ ｃ ｏ ｒ ｓ ｆＲａ ｎ ｕ ｒ ｎ Ｒａ ａ ｉ ｎ Ｓ ｉｌ ｎ ｔｒａ
ＨＥ Ｊａ ｈ ｎ ， ＵＮ ｎ ， ｉ ｏ ｇ Ｓ ｎ Ｙｏ ｇ ＤＵＡＮ ｎ ｈ ａ ＡＮＧ Ｄｏ ｇ ｈ ｎ Ｙｏ ｇ ｕ ，Ｆ ｎ ｓ ｅｇ
化处 理 ， 静置一 段 时间后 ， 用去 离子水 洗至无 Ｐ 为止 ， ｂ 再放
一
射线 不带 电 ， 与物质 相互作 用机 制不 同于带 电粒子 ， 主 要 以光 电效应 、 普 顿效 应 和 电子 对 效 应 为 主 ， 物 质 发 生 康 与 次相互 作用会 导致 其大部 分或全 部能量 的损 失 。 可屏 蔽 ７ 射线 的材料很 多 ， 水 、 如 土壤 、 铁矿 石 、 混凝 土 、 铁 、 、 玻璃 、 以及钨 、 铅 铅 铀 铅硼 聚 乙烯等 ＿～ 。 １ 。
现有 新开 发研制 的 Ｘ射 线 防护 服是 由防 Ｘ射 线纤 维 制 成 。防 Ｘ射线 纤维 是指 对 Ｘ射线具 有 防护功能 的纤 维 ， 利 是 用 聚丙烯 和 固体 Ｘ 射线 屏 蔽材 料 复 合 制成 的。 由聚丙 烯 为 基 础制成 的 防 Ｘ射 线 可 制成 具 有 一定 厚 度 的非 织 造 布 ， 对 中 、 能量 的 ｘ射线 具有 较好 的屏蔽 效果 ＿。 低 ８ ］ 杨 程等 ［将 丙烯酸 ￣Ｅ ｄ Ａ 。与天 然橡 胶 （ ） 过 ９ ＬＧ （ Ａ）］ ＮＲ 通 机 构共 混一 氧化物 交联 成 型制 成 复合 材 料 ， 过研 究 发 现 ， 过 通 Ｇ （ Ａ） 在 橡 胶 中分 散 好 、 径小 、 面作 用强 。随着 Ｇ ＿ ｄＡ 。 粒 界 ｄ （ Ａ） 添 加量 的增 加 ， 合材 料 防 Ｘ射线 辐射 性 能提 高 ， Ａ 。 复 高 填 充下 的材 料力学 性能仍 能满 足应用要 求 。 对 高能 Ｘ射线 的屏 蔽 ， 在 比较 常 用 的是 树脂 ／ 现 纳米 铅 复合材 料 和树 脂／ 纳米 硫 酸 铅 复合 材 料 ＿ 】 。在 制备 树 脂 ／ 纳 米 铅 复 合材 料 时 ， 要是 用 带有 均 匀分 布 活性 基 团一 主 Ｓ 的 交 联 聚苯 乙烯磺酸 钠 阳离子交 换树 脂作 为模 板 ， 在一 定条 件 下 ， Ｐ （ Ｏ ）溶 液缓慢 加入 到上述 树脂 中 ， 在容 器 中熟 将 ｈＮ 。 并
用， 从而减慢和吸收核辐射。我国齐鲁等ｌ成功研制的新型 ＿ ５ 防 ｘ射线纤维材料主要是用聚丙烯及 固体屏蔽剂复合材料 制备而成 ， 其成品纤维的纤度在 ２ Ｏｔｘ ．ｄｅ 以上， 其断裂强度和 伸长率能够满足纺织加工的要求， 经测试 ， 用这种纤维制成
＊国家 自 然科学基金资助项 目 ５８ １４） 稀 贵及 有色金属先进 材料教育部重 点实验 室开放研究项 目（Ｄ ２ｌ０１ ） （０７０９ ； Ｚ ＳＯ０２Ｄ
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 ； 国一家 辐射公 司通 过对 聚 美 乙烯改 性成 功研制 出一 种 叫 Ｄ ｍｒｎ的 防辐 射织 物 ， 聚 合 ｅ ｏ 该
物基体的分子结构会使任何一种辐射均遭受大量 电子云作
验室常用具有高真空的 Ｘ射线管来产生 Ｘ射线［。 ２ ］ 物质对射线的吸收以 ２ 种方式进行 ， 即能量吸收和粒子 吸收。能量吸收以射线与物质粒子发生弹性 和非弹性散射 方式进行 ， 如康普顿散射。当物质与高能射线作用时 ， 能量
的 ７ 线划 分为 ４ 射 个时 间间隔 ， 个 时间 间隔 内 的射 线类 型 各
及能量 见表 １ 。从表 １可 以看 出， 一 和第 四 ２个 时 间 间隔 第
的贡献 占释放 射线 总能量 的 ９ 以上 。 Ｏ
表 １ 裂变 Ｙ射线 分类及 能量
Ｔａ ｌ Ｔｈ ｏ ｔａ ｄ ｅ ｅ ｇ ｆｇ ｍｍ ａｒ ｙ ｂ ｅ１ ｅ ｓ ｒ ｎ ｎ ｒ ｙｏ ａ ａ ｓ
料的性能要求也越来越高， 传统的辐射屏蔽材料很难满足应 用要求。因此 ， 对各种新型辐射屏蔽材料 的研究便成为一项
十 分重要 和迫 切 的 课题 。世界 各 国均 投 入 大 量 的人 力 和 物
目 ， 前 对低能 Ｘ射线的屏蔽一般采用铅玻璃 、 有机玻璃 及橡胶等制品＿ ］ ３ 。起初 ， 前苏联科研人员 以粘胶纤维织物
ｍａ ｅｉｌ ａｅｆ ｌ ｎ ｌｚｄ ａ ｄ ｒ ｖｅ ｄ Ｏｎ ｔ ｉ ａ ｉ，ｔ ｅｍ ａｎ ｑ ｅｔｏ ｓｏ ｈ ｘｓｉｇ ｒｙａ ｄ ｎ ｕ ｒ ｎ ｒｄａｉｎ ｔｒａｓ ｒ ｕｌ ａ ａｙ ｅ ｎ ｅ ｉｗｅ ． ｙ ｈｓｂ ｓｓ ｈ ｉ ｕ ｓｉｎ ｆｔ ｅｅ ｉｔ ａ ｎ ｅ ｔｏ ａ ｉｔ ｎ ｏ ｓ ｉｌ ｉｇｍａｅ ｉｌ ｕ ｈ ａ ｈ ｏ ｒａ ｓ ｒ ｔｏ ｈ ｅｄｎ ｔｒａ，ｓ ｃ ｓｔ ｅｌｗｅ ｂ ｏ ｐ ｉｎ，ｔ ｅｐ ｏ ｃ ａ ｉａ ｒ ｐ ｒｉｓｏ ｕ ｓｒｔ ｔｒａｓａ ｄ ｔ ｅｓ ｉｌ ｈ ｏ ｒｍｅ ｈ ｎｃ ｌ ｏ ｅ ｔ ｆｓ ｈ ｔａｅｍａｅｉｌ ｎ ｈ ｈ ｅ— ｐ ｅ ｄｎ ｒ ｐ ｒｉｓｄｆｉｕｔｔ ａａ ｃ ｔ ｔ ｅ ｅｆ ｒ ｎ ｅａ ｄＳ ｎ，ａｅｄｓｕ ｓ ｄ ｉｇ ｐ ｏ ｅ ｔ ｉｆ ｌ ｏｂ ｌｎ ｅｗｉ ｏｈ ｒｐ ｒｏ ｍａ ｃ ｎ Ｏｏ ｅ ｃ ｈ ｒ ｉｃ ｓ ｅ ．Ｆｉａｌ ，ｔ ｅｒｓａ ｃ ｎｒｄａｉｎ ｎｌ ｙ ｈ ｅ ｅ ｒｈｏ ａ ｉｔ ｏ ｓ ｉｌ ｉｇ ｍａｅｉｌ ｉ ｒ ｓ ｅ ｔｄ ｔ ｓｐ ｉｔｄｏ ｔｔａ ｈ ｅ ｅｏ ｍｅ ｔｏ ｌ＿ｕ ｃｉｎ １ ｉｈｗｅｇ ｔ ｉｈｓｒｎ ｔ ｈ ｅｄｎ ｔｒａｓ ｓｐ ｏ ｐ ｃｅ ．Ｉ ｏｎ ｅ ｕ ｈ ｔ ｅｄ ｖ ｌｐ ｎ ｆｍｕｔ ｆ ｎ ｔ ａ，ｌ ｔ ｉｈ ，ｈｇ ｔｅ ｇ ｈ ｉ ｔ ｉ ｏ ｇ ａ ｄ ｒ ｓｓａ ｃ ｏｒ ｄａｉｎ ｓ ｉｌｉｇｍ ａｅｉｌ Ｓｔ ｅｆ ｔ ｒ ｒｎ ｆｄ ｖ ｌｐ ｎ ． ｎ ｅ ｉｔｎ ｅｔ ａ ｉｔｏ ｈｅｄｎ ｔｒａｓｉ ｈ ｕｕ ｅｔｅ ｄｏ ｅ ｅｏ ｍｅ ｔ Ｋｅ ｒ ｓ ｙｗｏｄ ｒ ｙ ｅ ｔｏ ａ ，ｎ ｕ ｒ ｎ，ｒ ｄａ ｉｎ ｓ ｉｌｉｇｍ ａｅｉｌ ，ｐ ｏ ｐ ｃ ａ ｉｔ ｈｅｄｎ ｔｒ ｓ ｒ ｓ ｅ ｔ ｏ ａ
在 此基础上 ， 探讨 了现有射 线及 中子辐射屏蔽材料存在的主要 问题 ， 如吸收效 果不 高、 基质材 料 力学性能差 、 蔽性 屏 能与其他性能难 以兼顾等 。最后展 望了辐射屏 蔽材料 的研 究方向 ， 出开发 多功 能、 指 轻质、 高强的抗 辐射屏 蔽材料是
未来的发展趋势 。
关 键 词 射 线 中子 辐射屏蔽材料 展望
１ 射 线与 中子辐射屏蔽材料
１ １ Ｘ射 线辐 射屏 蔽材 料 ．
Ｘ射线 是一 种 光 子辐 射 ， 质 上 是 一 种 电 磁 波 ， 有 很 本 具 强 的穿 透力 ［， １ 其波 长范 围为 ０ ０ ～ １０ 主要 由原 子 内层 ］ ． １ ０ Ａ， 轨 道 电子跃迁 或高 能 电子减速 时 与物 质 的能 量交 换 产 生 ， 实
为研究 对象 ， 通 过 对 聚丙 烯 腈 接枝 ， 后 用硫 酸钠 溶 液 首先 然
力对辐射屏蔽材料进行深入研究 。鉴于此 ， 笔者对 已研制使 用的 Ｘ射线、 射线及中子辐射屏蔽材料进行 了全面分析和 ７
综 述 ， 现 有辐射 屏 蔽 材 料存 在 的主 要 问题 进 行 了探 讨 ， 对 并
何建 洪： ，１８ 年 生，硕 士研 究生， 男 ９６ 主要从事 金属复合材料 的研 究 Ｅｍａ ：ｊｔｄ ＠ｓ ａｃｒ 孙勇 ： － ｉ ｈｈｙ ｘ ｉ ． ｏ ｌ ｎ ｎ 通迅作者 ，男，１ ５ ９ ７年 生， 教授 ，博 士生导师， 主要从事功能材料和有色金属 复合材 料制备加 工一体化新技术研 究
０ 前 言
随着 国防科研 、 射 医学 和 原 子 能 工业 的 迅速 发 展 ， 放 辐 射屏 蔽 材料在 越来 越多 的领域 得 到广 泛应 用 ， 辐 射 屏蔽 材 对
吸收 占主导地 位 。粒 子 吸 收 以射 线 粒子 与 物 质 的 原子 或 原 子 核发 生相互 作用 方式进 行 ， 如光 电效应 。决 定物 质 粒子 吸
（ ｙ Ｌ ｂ ｏ ｖ ｎ ｅ ａｅ ｉｌ ｆＹｕ ｎ ｎ Ｐｒｖｎ ｅ Ｋｅ ａ ｆＡｄ ａ ｃ ｄＭ ｔｒａｓｏ ｎ ａ ｏ ｉｃ ，Ｋｕ ｍｉｇ６ ０ ９ ） ｎ ｎ ５ ０３
Ａｂｔａ ｆ ｓｒ ｅ
Ｔｈ ｉｄ ，ｓ ｂ ｔａｅｍａｅ ｉｌ，ｓ ｉｌ ｉｇ ｐ ｏ ｅ ｔ ｓｏ ｒ ｙ ｒｙ ｎ ｅ ｔｏ ａ ｉｔ ｎｓ ｉｌｉｇ ｅｋｎ ｓ ｕ ｓｒ ｔ ｔｒａｓ ｈ ｅｄｎ ｒｐ ｒｉ ｆ ａ ， ａ ，ａ ｄ ｎ ｕ ｒ ｎｒｄａｉ ｈｅｄｎ ｅ Ｘ ｏ
射 线 与 中子辐射 屏 蔽材料 的研 究进 展／ 建洪等 何
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射 线 与 中子 辐射 屏 蔽 材 料 的研 究进 展
何建 洪， 孙 勇 ， 永华 ， 东升 段 方
（ 云南省新材料制备 与加 工重点实验室 ， 昆明 ６０ ９ ２ ５０ ３ ） 摘要 主要对 ｘ射线 、 线及 中子 辐射屏 蔽材料 的 种类 、 射 基质 材料 和屏 蔽性能进 行 了全面 的分析和 综述 。
收能力的主要 因素是 该物质 的 Ｋ层 吸收边 （ ｂｏｐｉ Ｋ ａｓｒｔ ｎ ｏ ｅｇ ） ｄｅ位置 ， 即取决 于物 质 的 Ｋ 层 吸收 是 否 覆盖 射 线 的能 量
或 能谱 。对低 能 Ｘ射 线 ， 物质 的 Ｌ层 吸收 也起一定 作用 。 当 物质 与 中能 和低 能 Ｘ射线作 用时 ， 子吸 收 占有重 要地位 。 粒
展 较早 ， 已形 成批 量 生产 ， 内此类 产 品主 要从 上 述 国家 进 国
口 。
电磁波 ＿ 】 。通 常 由重 核裂变 、 变产 物衰变 、 射俘 获 、 弹 裂 辐 非 性 散射 、 化 产 物 衰 变 产 生 。其 中 裂 变 产 生 的 射 线 由 活
２５ ３ Ｕ及 类似重 核裂 变 时产 生 ， 常可 以把 裂 变 过程 中释 放 通
处理接枝共聚材料 ， 最后利用醋酸铅溶液处理过的改性织物 来制成防护服， 此防护服屏蔽效果较好 ， 但工艺较复杂、 制取
难 度大 。 日 和奥 地 利 的研 究 人 员 分别 将 硫 酸 钡 添加 到 粘 本 胶 纤维 中制成 防辐 射纤 维 ， 用该纤 维加 工 的织 物 经层 压或 在
对辐射屏蔽材料的发展趋势进行了展望。