防核服装及其研究进展

顾琳燕，高　强，唐　虹

（南通大学，江苏南通 226019）

防核服装及其研究进展

顾琳燕，高强，唐虹

（南通大学，江苏南通 226019）

随着核能源的开发和利用的日益增多，核安全问题越来越被人们所重视，因此对于核防护服的需求也日益增加。核防护服主要是对α射线、β射线、γ射线、X射线和中子等辐射提供屏蔽，本文对防核服装的材料及款式结构的国内外研究背景及进展进行了分析，并探讨总结了各类防核服装的防护原理及结构。

核辐射；纤维材料；防护服；研究进展

0 引言

目前在国防、工农业、科研和医学等领域都实现了核技术的应用，为经济和社会的发展带来福利，但与此同时也导致了核辐射防护问题的出现［1-3］。核辐射是原子核从一种结构或一种能量状态转变为另一种结构或另一种能量状态过程中所释放出来的微观粒子流，包括α、β质子等带电粒子及间接致电离辐射包括γ光子、中子等不带电粒子。X射线和γ射线是性质相同的短波长电磁波，X射线产生于原子核外，而γ射线产生于原子核内（见表1）。

表1 核辐射的基本特点

由表1可见各种核辐射对人们的身体健康带来了巨大危害，因此对防核服装的开发与研究受到世界各国家的普遍重视，是近年来国内外的研究热点与难点，对国防和民用方面都具有重要的意义［4-5］。国外在防核服装方面的开发研究较早，而我国对于核防护服的纤维面料与款式结构的研究还不是很充分，相关产品依然较少，还有待开发。本文对防核服装的防护原理、服装材料以及结构的研究现状进行分析与归纳总结。

1 核防护服相关标准

近来国家主席习近平出席第四届核安全峰会并发表题为《加强国际核安全体系，推进全球核安全治理》的重要讲话，围绕构建公平、合作、共赢的国际核安全体系，推进核安全治理的大国担当。因此伴随着核能事业的快速发展，对于处于核辐射环境下工作人员的服装防护也迫在眉睫，需要严格按照国家各类标准法规实施，以确保核安全。

国内核辐射防护服的安全标准以及相应的技术要求如表2所示。

表2 核辐射防护服安全标准

2 分类防护

2.1 防α、β射线服装的研究进展

2.1.1 防护机理

α射线是高速运动的带正电的氦原子核，穿透能力差，在空气中的射程只有1～2厘米，通常用一张纸或者健康的皮肤就可以挡住。β射线是高速运动的电子流，射程一般为几米，贯穿本领比α粒子强，通常用一般的金属板或一定厚度的有机玻璃板等就可以较好地阻挡β射线对人的照射。

2.1.2 防护材料的研究

β射线与物质相互作用方式主要是使物质原子电离或激发、辐射损失，后者会产生轫致辐射。对β射线的防护一般可以采用低原子序数的材料屏蔽以减少轫致辐射，常用材料有铁、钢、铅、铝及有机玻璃等［6］。

2.1.3 防护服款式与结构

由于α射线穿透能力差，用普通的衣服均可以防护。β射线穿不透皮肤角质层，单纯的防β粒子是不用穿防护服的，所以α、β射线的防护较为容易，可用常规的劳保服装予以防护［7］。

2.2 防γ、X射线服装的研究进展

2.2.1 防护机理

γ射线是波长较短的高能电磁波，具有很强的穿透能力，在空气中的射程通常为几百米。X射线与γ射线一样有较强的穿透能力，要想有效地阻挡γ、X射线，需要在射线源与人之间放置能有效吸收γ线与X线的屏蔽织物，一般将防辐射材料制备成可以抗γ、X射线的安全服装面料，从而减弱或消除对人体的危害。

2.2.2 防护材料的研究

2.2.2.1国外研究进展

国外将聚丙烯腈运用于防X射线纤维的开发及运用中，对聚丙烯腈接枝，然后用硫化钠处理接枝共聚材料，最终用醋酸铅溶液处理被改性的织物，这种方法的优点在于铅消耗量低、耐洗涤，使用一到两层织物就能够明显减弱X射线辐射，然而该方法工艺太复杂。日本由交换容量为3.lmmol/g的纤维吸附铅、铁等盐，加工成具有射线屏蔽功能的非织造布，可防护的80kv透视用X射线的铅当量为0.7mmPb。随后日本采用硫酸钡加入到粘胶溶液中纺丝的方法，研制出了强度为0.99g/d、伸度为26%的纤维，其400g/cm2织物对6kv、2mA阴极X射线源的减弱达到了97%。该纤维加工成织物后制成防护服，用于长期接触X射线工作人员的防护，有着良好的防护效果［8］。

2.2.2.2国内研究进展

我国在织物表面喷涂含硫酸钡的防辐射组合物，半干燥、压结、烘干和焙烘制成了防辐射布，对低能γ射线有一定的防护效果。之后用氧化镥、钨、聚乙烯为主要原料，运用偶联剂处理制备出新型梯度防核辐射材料，拉伸性良好，对γ射线与β射线有很好的屏蔽效果。

国内最初防X射线服为铅胶材质，但服用性能较差与铅氧化物的毒性问题有待改善。我国自行研制了由聚丙烯和固体屏蔽剂复合材料制成的防X射线纤维，该纤维的力学性能能满足纺织加工的要求，对中、低能量的X射线有较高的屏蔽率［9］。把丙烯酸钆和天然橡胶以机械的方式以过氧化物交联成型制成复合材料，随着丙烯酸钆添加量的提升，复合材料防X射线辐射性能提高［10］。由于活性炭纤维对化学物质及辐射具有高效的吸附性，利用其微孔的狭窄分布对放射性气体有较高的吸附热以及氧化还原性能，采用共聚物涂层的方法，制成核防护服，也使汗气能通过服装散发出去，提高舒适性能［11］。

防γ、X射线材料的研发趋于高分子化，采用金属元素的化合物作为γ、X射线的屏蔽剂来替代铅，利用纳米技术来细化屏蔽剂，涂喷成膜于织物表面，或者通过熔融纺丝渗透到织物缝隙中，有效起到对γ、X线的防护作用［12］。

2.2.3 防护标准、款式与结构

2.2.3.1 防护标准

根据GB16757-1997 《X射线防护服》标准的相关要求，X射线防护服适用于铅橡胶、铅塑料和其他复合材料制作的供接触X射线人员穿用的防护服。

2.2.3.2 分体式

按照防护服款式品种分，一般分体式包括上衣、短裙和裤子（如图1）。

2.2.3.3连体式

连体式一般包括围裙式与大褂式，有单面与双面区分，单面防护服下摆采用前长后短的设计，穿用后可方便行走和活动（如图2）。双面防护服则后衣片与前衣片一样长短，其余与单面式差别不大，并且配有性腺防护器，用于巩固加强防护。

2.2.3.4配件

防护围领，主要是对甲状腺的防护，甲状腺是对X射线照射反应最灵敏的部位，需要对其进行加强防护。

性腺防护器，主要考虑到人的性腺对射线最敏感，所以将钉有尼龙搭扣的布带或松紧固定于腰间，也可采用皮带固定。

护脚套，主要为了弥补连体式与分体式服装无法对其脚部的屏蔽防护。（如图3）

2.3 防中子辐射服装的研究进展

2.3.1 防护机理

中子是由中性粒子组成的粒子流，穿透能力强，由防中子辐射纤维制成的防护服，其防护原理就是将快中子减速和将慢中子吸收，所以通常在纺丝过程中添加防中子辐射纤维或无纺布或以后整理的方式涂覆在织物上，得到性能优良的中低能中子屏蔽材料，再通过合理的服装结构设计，达到良好的中子防护效果。

2.3.2 防护材料的研究

2.3.2.1 国外研究进展

日本在上世纪80年代推出了能够防中子射线且具有皮芯结构的纤维，在芯部加入了溴化锂或碳化硼的聚合物粉末，皮层则是纯高聚物，将纺出的纤维进行湿热拉伸处理，获得针织物及非织造布，由于纤维中锂或硼化合物的含量高达纤维重量的30%，因而具有较好的防护中子辐射效果，可加工成机织物和非织造布，织物厚度为12.6mm，中子屏蔽率为40%。

2.3.2.2 国内研究进展

我国采用了重金属化合物、硼化合物与聚丙烯等共混后熔纺制成了皮芯型防中子纤维，纤维中的碳化硼含量可达35%， 纤维强度可达23-27CN/tex，断裂伸长达20%-40%，可加工成针织物、机织物和非织造布。之后以聚乙烯醇和碳化硼为主要原料采用湿法纺丝工艺制备出一种防中子辐射纤维［13］。也可通过在聚丙烯中加入一定量的碳化硼及助纺剂，织成纤维状的屏蔽布和屏蔽衣等防护用具，加入的碳化硼的含量在40%时防护性能最佳。

总体来看，防中子辐射纤维一般是一种聚合物基复合材料，其基体材料一般选用聚丙烯或者聚乙烯等高聚物，然后通过适当的加工工艺，加入一定量的吸收中子射线的碳化硼或重金属化合物混合熔融纺丝制成，可制成各种具有防护性能的织物布料，如无纺布或机织布等，用于制作防护服装［14］。

2.3.3防护标准、款式与结构

2.3.3.1防护标准

防中子辐射织物是一种对中子流具有突出抗辐射性能的特种复合织物，因此需要满足劳动安全标准 LD86—1996《100KeV 以下辐射防护服》的要求，同时符合GBl6757-1997、GBZ/T147-2002以及GB13460-92的标准。

2.3.3.2局部防护

防中子辐射服装的局部防护有马甲式与围裙式（如图4），马甲式将人体躯干、性腺及头部加以有效防护，两臂活动自如，不妨碍穿用人员的弯腰和下蹲。马甲式360°背心还可穿于大部分的防护服内，配有可卸除式甲状腺围领，胸部γ射线与X射线防护加倍，为人体重要器官提供屏蔽保护。围裙式可在辐射剂量较低时穿着使用，大大降低成本，腰身可调节，进一步提高穿用的灵活性。

一般情况下，防核辐射服装面料一般采用梯度多层纤维结构（如图5），内层为棉质的舒适型面料，将铅橡胶改性复合材料与合成树脂无纺布复合而成中间层的基材，外面的屏蔽层则由减缓剂与中子吸收剂组成的致密涂层。

2.3.3.3全身防护

全身性防护服分为分体式与连体式，分体式分为上衣与长裤，穿脱方便；连体式是全密闭性防护。分体式与连体式的基本组成有防护面具、防护帽、防护服、防护手套和防护靴等，都是全身性防护，确保全身各部位的辐射防护，能防护核气溶胶和放射性尘埃，同时具有防γ、X、β、α射线和酸碱化学物质的综合能力。

目前连体带帽式的核防护服有美国的Demron全密闭式核辐射防护服，该防护服能有效抵抗核生化等危害，属于二级全身性核生化防护服。连体式防护服采用专业的人性化结构设计（如图6）和多层材料制作，使人体穿着起来更加舒适方便。国内外所研发设计的核防护服多采用复合多层纤维材料结构，内含高密度化纤和天然纤维机织物以及活性炭非织造布和发泡材料，能有效地防护核辐射带来的危害。国产核防护服一般采用铅橡胶材质居多，内层采用棉质布料，外层采用涤棉材质的涂层牛津布；国外核防护服采用改性聚乙烯（PE）和聚氯乙烯（PVC）的新技术，聚合物衬层采用金属钽纤维制成屏蔽材料，钽在物质衰减系数、对抗γ、X线和β放射物都与铅相当，可以有效地对核辐射进行吸收。

3 研究方向与目标

当前中子辐射防护服基本上大多是针对中低能中子防护的，在对热快中子的防护以及剂量比较大的中子流的防护效率还远远不够，因此未来针对热快中子的防护是一个重要研究方向；合理的功能结构设计是防核辐射材料实现功能和适应环境的必要途径，因此未来研究应当把新型防核辐射材料与功能服装结构设计结合起来。

4 结语

本文通过阅读国内外文献，总结了不同核防护纤维材料及方法，并讨论了核防护服原理、应用特性以及款式结构。传统、单一的屏蔽纤维材料已经不能满足现代化的使用要求，一直在探索寻找一种具有良好综合性能的复合防核纤维材料，并将其纺制成织物，应用于核防护服领域。

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Anti-nuclear Clothing And Its Research Progress

GU Lin-yan ，GAO Qiang ，TANG Hong
（NanTong University，Jiangsu Nantong 226019，China）

With the development and increasing application of nuclear energy， people attach more and more attention to the nuclear safety. Therefore， the demand on anti-nuclear clothing is also increasing. The anti-nuclear clothing mainly provides shield for α-ray， β-ray， γ-ray， X-ray， neutron and other radiations. This paper analyzes the research background and progress of the materials and design structure of the anti-nuclear clothing in domestic and overseas， and then the paper discusses and summarizes the protective principle and structure of all kinds of anti-nuclear clothing.

nuclear radiation；fiber material；protective garment；research progress

TS941.7

A

投稿日期：2015-04-30

顾琳燕（1992-），江苏南通人，南通大学硕士研究生，研究方向：功能性服装。

高 强，Email：1145374197@qq.com。