2021年12月30日整理發(fā)布：中國科學院合肥物理研究所(HFIPS)霍志鵬博士和他的學生趙勝最近開發(fā)出一種具有高屏蔽性能且環(huán)保的無鉛中子和伽馬射線復合屏蔽材料。他們的研究結果發(fā)表在核材料和能源雜志上。
通過一系列復雜而全面的實驗，對改性氧化釓/碳化硼/高密度聚乙烯 (Gd2O3/B4C/HDPE)復合材料進行了安全有效的測試，以屏蔽中子和伽馬射線。
中子作為一種電中性粒子，具有很強的穿透性，在粒子碰撞過程中總是放射出二次伽馬射線。科學高效的中子屏蔽方案是同時選擇高Z(原子序數)、低Z材料和中子吸收材料進行組合屏蔽。然而，含鉛材料具有生物毒性，應用受到限制。
稀土元素釓在自然界中通常以無毒的Gd2O3形式存在，一直表現出較高的平均熱中子吸收率、耐高溫性和良好的伽馬屏蔽性能。
研究人員首先研究了屏蔽機理，然后采用偶聯劑對Gd2O3表面進行改性，以提高Gd2O3在基體中的界面相容性和分散性。
“它不含鉛，對環(huán)境和人類沒有任何威脅，”從事輻射和環(huán)境保護多年的霍博士說。
他進一步解釋了這種輻射屏蔽系統(tǒng)是如何工作的?？熘凶优c釓 (Gd) 發(fā)生非彈性碰撞，與氫發(fā)生彈性碰撞，直至成為熱中子，最后被高 Z 元素 Gd 和硼吸收。
實驗結果表明，復合材料在Cf-252環(huán)境下15 cm厚度條件下的中子屏蔽率可達98%。在 Cs-137 和 Co-60 環(huán)境中，相同厚度的復合材料的伽馬屏蔽率分別為 72% 和 60%。
其綜合屏蔽性能優(yōu)于傳統(tǒng)的硼聚乙烯準直屏蔽，適用于實驗先進超導托卡馬克(EAST)的中子能譜和伽馬能譜診斷系統(tǒng)。據研究人員稱，它有望成為一種有前途的中子-伽馬混合場輻射屏蔽材料。
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