Dr. Huo Zhipeng und sein Student Lu Yidong vom Hefei Institute of Physical Science der Chinesischen Akademie der Wissenschaften haben kürzlich einen neuen Verbundwerkstoff zum Schutz gegen Neutronen- und Gammastrahlung entwickelt. Sie verwendeten Mikronplättchen aus Sm2O3, einem Füllstoff auf Seltenerdbasis, um borhaltiges Polyethylen zu verstärken.
Die Forschungsergebnisse waren veröffentlicht An Verbundwerkstoffwissenschaft und -technologie.
Strahlenschutz hängt von Zeit, Entfernung und Abschirmung ab. Hochenergetische Neutronen und Gammastrahlen können Gewebe und Gene schädigen. Bleihaltige Materialien werden häufig zur Abschirmung verwendet, sind aber giftig. Samarium, ein seltenes Erdelement, ist vielversprechend für die Abschirmung, da es sowohl Neutronen als auch Gammastrahlen absorbiert.
Es besteht jedoch weiterer Forschungsbedarf hinsichtlich der Frage, wie sich die Mikrostruktur von Materialien auf ihre Abschirmeigenschaften auswirkt. Die Entwicklung von Seltenerdfüllstoffen mit spezifischen Eigenschaften könnte zu besseren Materialien zur Abschirmung von Neutronen-Gammastrahlen führen.
In dieser Studie wurde eine Reihe von Mikronplättchen-Sm2O3-Füllstoffen mit unterschiedlichen spezifischen Oberflächen und Partikelgrößenverteilungen durch homogene Kopräzipitationsmethode synthetisiert. Sie fanden heraus, dass durch Anpassung des Syntheseprozesses Füllstoffe mit einheitlicher Größe und großer Oberfläche entstehen konnten.
Diese Füllstoffe wurden dann zu borhaltigem Polyethylen hinzugefügt, um Verbundwerkstoffe herzustellen. Die Verbundwerkstoffe zeigten im Vergleich zu Materialien ohne Füllstoffe eine verbesserte thermische Stabilität, mechanische Festigkeit und Strahlenschutzeigenschaften.
Tests ergaben, dass das Verbundmaterial bei einer Materialdicke von 15 cm 98,7 % der Neutronenstrahlung einer 252Cf-Quelle und 72,1 % der Gammastrahlung einer 137Cs-Quelle blockieren konnte.
Diese Arbeit bietet eine neuartige Strategie zur Entwicklung von Strahlenschutztechnologien aus materialwissenschaftlicher Sicht.
Mehr Informationen:
Zhipeng Huo et al., Sm2O3-Mikronplatten/B4C/HDPE-Verbundstoffe mit Füllstoffen mit hoher spezifischer Oberfläche zur Abschirmung komplexer Neutronen- und Gammastrahlenstrahlung, Verbundwerkstoffwissenschaft und -technologie (2024). DOI: 10.1016/j.compscitech.2024.110567
Zur Verfügung gestellt von Hefei Institutes of Physical Science, Chinesische Akademie der Wissenschaften