Ученые улучшили состав радиационно-защитных стекол

Фото: Яндекс.Карты. Уральский федеральный университет

Ученые усовершенствовали радиационно-защитные свойства стекол, в частности, боратных (на основе оксида бора). Для этого они ввели в базовый состав стекла специальные добавки — оксиды тяжелых металлов. Это значительно повысило плотность материала, не повлияв на его прозрачность. Теперь подобные стекла можно использовать в защитных камерах при работе с радиоактивными материалами. В научную группу вошли специалисты Уральского федерального университета (УрФУ).

Боратные стекла применяются в сцинтилляционных детекторах ионизирующих излучений (аппараты в ядерной физике, которые используются для регистрации гамма-излучения и изучения спектров излучений радионуклидов) и для радиационной защиты. Стекла на основе оксида бора — это экологичная альтернатива стеклам с добавлением свинца. Их минус заключается в низкой плотности, а это один из наиболее важных факторов, влияющих на качество радиационной защиты. Значительно повысить плотность помогло введение в состав стекла оксида кадмия. Новые образцы оказались пригодны для использования в камерах, защищающих от гамма-излучения.

«Способность экранирующего материала ослаблять проходящее гамма- или рентгеновское излучение возрастает при повышении концентрации кадмия в составе стекла. 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 общепризнанный 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», — рассказывает доцент кафедры атомных станций и возобновляемых источников энергии УрФУ Олег Ташлыков.

Высокий уровень прозрачности — еще одно важное условие при создании защитных стекол, поскольку такие стекла применяются в различных областях, от лабораторий ядерных исследований до рентгеновских кабинетов больниц, а также в так называемых горячих камерах, где дистанционно осуществляются манипуляции с высокорадиоактивными изделиями. Они должны защищать людей от излучения, давая возможность контролировать необходимое оборудование и производить какие-либо действия на расстоянии.

Ученые не первый год подбирают оптимальный состав бессвинцовых стекол. Главные критерии при этом — экологичность и легкость (минимум свинца), высокие показатели радиационной защиты, прозрачность. Ранее исследователи показали, что частичная замена свинца на соединения висмута приводит к значительному улучшению защитных характеристик стекла. Сейчас ученые проверяют еще три варианта составов стекла с различными добавками (оксиды бария, цинка, вольфрама и т.д.). Это необходимо для того, чтобы найти оптимальный состав материала с хорошими защитными характеристиками, высоким уровнем прозрачности и экономически выгодным производством.

Описание экспериментов и результаты исследования  представлены в журнале Progress in Nuclear Energy.

Текст: minobrnauki.gov.ru