Международная группа исследователей, в составе которой ученый Уральского федерального университета, разработала новый тип боросиликатных стекол. Они на 28 % эффективнее защищают от гамма-излучения, чем бетон и другие традиционные материалы. Разработка позволит создавать защитные очки от радиации, а также более тонкие и прочные экраны для медицинского, промышленного и ядерного оборудования. Результаты исследования опубликованы в журнале Radiation Physics and Chemistry.
«Коммерческие защитные очки от радиации, как известно, содержат высокие концентрации оксида свинца, который токсичен для человека и окружающей среды. Мы же создали новые бессвинцовые стекла с использованием оксида неодима и оксида бария, которые имеют высокие атомные номера. Это позволяет улучшить радиационную защиту, а также повысить прозрачность и оптические свойства стекол», — сообщил соавтор работы, ведущий научный сотрудник кафедры «Атомные станции и возобновляемые источники энергии» УрФУ Махмуд Карем Абделазим Габер.
Боратные стекла широко используются в ядерной промышленности из-за их устойчивости к радиации и простоты производства. Однако их низкая плотность ограничивает применение: такие стекла хрупкие. Эту проблему решили ученые. В боратные стекла они добавили тяжелые оксиды — неодим (Nd₂O₃) и барий (BaO). В итоге получили более прочные образцы, сохранив прозрачность.
«Наши стекла могут защищать от рентгеновского и гамма-излучения, используемого в медицинской диагностике и лучевой терапии. Однако, несмотря на то, что данные стеклокомпозиты обеспечивают эффективную защиту от радиации, они не смогут полностью заменить бетон из-за его низкой стоимости и более высокой твердости. При этом бетон может использоваться для стен, а наши стекла — для окон и прозрачных объектов. Кроме того, стекло, легированное неодимом, приобретает фиолетовый цвет из-за поглощения желтого и зеленого света, оно может использоваться в сварочных очках для индивидуальной защиты во время ремонта и сварки металлических радиоактивных поверхностей», — отметил ученый.
Отметим, стекла синтезированы методом плавления-закалки с использованием высокочистых компонентов. Эксперименты проводились с источниками кобальта-60, цезия-137 и америция-241. При максимальной концентрации оксида неодима в восемь мольных процентов эффективность защиты от радиации выросла до 28,3 %, что превосходит показатели традиционных материалов, таких как бетон (22,1 %) и коммерческое стекло RS-360 (27,3 %). Результаты подтверждены с помощью программы Phy-X.
Исследование, проведенное совместно с учеными из Иордании, Саудовской Аравии, Малайзии и Египта, показало, что новые стекла также превзошли аналоги из боросиликатных систем с содержанием оксида свинца и оксида бария: при просвечивании гамма-излучением мощностью 0,662 МэВ их эффективность на 16 % выше, чем у стекол с 35-40 мольными процентами свинца. Это делает созданный материал безопасной альтернативой токсичным аналогам.
В планах ученых — испытать комбинации Nd₂O₃ и BaO в других типах стекол, например, фосфатных и теллуритовых.