高分子材料与核辐射屏蔽功能材料的复合与应用

摘 要：众所周知，我们生存于一个充满辐射的环境之中，尽管辐射并非肉眼能看得到，也不是通过其他感官能够获取得到的，然而除去诸如X光这样常见的辐射源头之外，乘坐飞机，甚至空气尘埃都是存在辐射的。可以说辐射无处不在。本文由核辐射的防护手段切入，具体分析了核辐射的相关理论，简要的介绍了其计算的方法，并且针对辐射给人们带来的影响进行了探讨，随后给出了一些防护的方案。除此以外，还论述了功能材料以及高分子材料的异同，并简要介绍了这些方面的应用情况。

关键词：高分子材料；核辐射屏蔽；功能材料

1 概念简介

1.1 照射强度和照射量

照射强度用于衡量放射性物质裂变过程内释放射线的活度，通常使用的单位有贝克勒尔以及居里。而照射量指的是单位质量核素释放的射线进入空气后出现离子总电荷的绝对量，其常用单位是库伦。

1.2 吸收剂量和当量剂量

吸收量表示被辐射后，单位物质承担电离辐射的平均值，常用单位是赖德。而当量计量用于表征吸收计量面向生物产生的影响水平。

1.3 屏蔽效果的计量

屏蔽效果表征折射通道之内屏蔽原子核以及内层电子摄取辐射的水平。因为原子核仅仅是全部原子的一小部分，射线将发生外溢，故屏蔽层存在厚度。而屏蔽效果的好坏由铅当量来评判。

2 核辐射带来的危害

在生物组织承受一定的核辐射之后，由于高能粒子轰击的作用，将导致细胞分子生物键具备的能量发生变化，同时细胞不再有条不紊的工作，其中最明显的为白细胞大量死亡还有部分细胞变性。普通成年人承受人工辐射当量为1mSV每年，当受到核辐射作用后，将根据吸收剂量的升高，而出现恶心、血象改变、食欲衰减、呕吐甚至丧失工作能力，最严重时可以引发死亡。

3 核辐射的防护

由19世纪至今，人工核能源得到了广泛的普及，面向辐射装置的运行、检修还有事故处理方面的技术获得了持续的精进，而面向屏蔽的研究同样随之进步。人体面向电离辐射涉及剂量当量值随着距离拉长而降低，所以面向辐射源通常需要装配机械手。需要进入辐射范围内时，一定要乘坐防护车，并事先穿好防护服。防止皮肤与放射性物质发生触碰，杜绝放射性尘埃以及受到污染水源的摄入。

3.1 核辐射屏蔽原理

通过于射线通道内添加吸收能量以及高能粒子的材料，能够完成核辐射的屏蔽任务。当屏蔽材料原子接触射线后将发生散射，出现光电效应，进而能量以热以及光波的形式散去，这个过程就是能量吸收。当屏蔽材料原子核近层电子与高能粒子流发生反应后，该层电子处于激发态，当其再次回到基态后，能量就通过热来散失，这个过程为面向射线粒子的吸收。

3.2 高分子材料的引入

以往辐射屏蔽多用具备优越吸收性能，同时稳定可靠又廉价的铅，然而鉛同样具有一定的毒性，有害人体健康。高分子材料的引入有效解决了重金属使用过程中散发有害物质的问题。其基本构成元素包括碳、氢、氧，在吸收射线时，能量游走在分子键之中，分子链断开出现裂解后划分成各类官能团，其宏观表现仅为黏度增加、变脆等。通过研究发现，高分子可以承受更强的辐射剂量，其中橡胶、塑料以及树脂等材料都可以用于核辐射的屏蔽层。

3.3 核辐射屏蔽材料的复合

射线吸收基本处于材料表层，进而随着粒子减小，吸收的功效越显著。重金属硬度突出，但很难粉碎。而高分子材料已经在具体实践中得到了推广，其并未在拉伸核折叠中发生断裂和变形等问题。通过偶联剂等手段减小金属表面能，进而帮助金属微粒于高分子材料内部均匀分布，也就出现了屏蔽材料的复合。

4 高分子复合屏蔽材料的应用

4.1 防核辐射涂料

方核辐射涂料能够广泛投入坦克、建筑物等方面的使用，用于屏蔽核辐射给生物还有设备带来的损害。防核辐射涂料基本属于把屏蔽材料投入到油漆或者高分子溶液之内进行分散处理，除此以外也要添加诸如分散剂、防老剂固化剂等的添加剂。

4.2 防核辐射型材

防辐射型材的制备需要将屏蔽材料、分散剂等添加于树脂或者熔融塑料内，然后加工为多类板材以及构件，然后投入到屏蔽空间的布置中。这类型材多投入到核电站的建设中，或者是医学研究方面。

4.3 布制防护服

在核电站工作的相关人员，或者是核研究机构的研究员均需要配备一定的防护装置，其中就包括工作过程穿戴的布制防护服。由于布制表现出轻便、透气性好以及适体等优越性，所以，于加工过程里将诸如硼的屏蔽物质添加到尼龙、涤纶内，经过分散、拉丝等工序，最终纺织制作成防护服。还有一种手法，是把屏蔽物质转化为晶须，核丝线混合做成衣服。或者是把屏蔽物质溶于液体，充分浸入棉布后，经过烘干处理制成防护服。

4.4 全封闭防护服

在事故处理现场、核电站维修以及相关救援工作实施过程里，布制防护服以及不能达到确保人员身体健康的目的了，为了追求射线给工作者带来最小的伤害，就要制造全封闭防护服。刨去附着于人体全部部分的特点以外，还涉及到呼吸系统的保护，头罩、手套、防护鞋以及相应的射线能量指示仪等。此类防护服必须达到下列目的：降低射线穿透，防止射线渗入；柔软轻便；表现出一定的力学性能，不易出现破损和变形的问题；防护层可靠附着；装备全面；便于洗消。

5 结语

目前由高分子材料充当主体部分，投入到具备屏蔽功能的材料之中加以复合的工序，正处于高速的研究拓展之中，其应用受到了广泛的检验，并获得了一定的推广。然而现下存在的大部分论文以及研究成果里，高分子材料仅以分散体的角色出现。其加工出的屏蔽层表现出差强人意的力学性能。在今后的探索过程里，应当着重挑取多类高屏蔽微粒材料加以组合，获取得到更加先进的核辐射屏蔽材料，进一步推动高分子材料与核辐射屏蔽材料复合领域的发展，确保生物免于遭受辐射的影响。

参考文献：

[1]陆宁，陆振光.核辐射屏蔽功能材料与高分子材料复合和应用[J].现代橡胶技术，2017，43（03）：1-7.

[2]杨文锋，刘颖，杨林，李德安，李军.核辐射屏蔽材料的研究进展[J].材料导报，2007，（05）：82-85.

作者简介：吴健（1997-），男，安徽宣城人，专业：材料化学。