Ведущие специалисты из разных стран, включая выдающегося научного сотрудника Махмуда Карема Абделазим Габера из Уральского федерального университета, объявили о создании уникальных боросиликатных стекол нового поколения. Эти стеклокомпозиты превосходят традиционные средства защиты, такие как бетон, по способности блокировать гамма-излучение, достигая эффективности на 28% выше. Такая инновация открывает путь к созданию более тонких, легких и прочных экранирующих материалов для медицины, промышленности и атомной энергетики.
Прорыв в радиационной защите: что сделали ученые
Современные средства индивидуальной защиты, например, очки для работы с источниками ионизирующего излучения, до сих пор чаще всего производятся на основе свинцового стекла, что связано с высокой способностью свинца поглощать радиацию. Однако сам свинец крайне токсичен и опасен для здоровья и природы. Решая этот вопрос, ученые из команд разных стран представили новое стекло без использования свинца. В составе инновационного стеклообразующего материала задействованы оксиды неодима (Nd₂O₃) и бария (BaO), обладающие высокими атомными номерами, что значительно повышает защитные качества изделия. Это позволяет не только эффективно задерживать вредное излучение, но и улучшать оптические характеристики и прозрачность стекла.
По словам Махмуда Карема Абделазим Габера, новые стеклянные композиты безопасны, долговечны и универсальны, а благодаря отсутствию свинца становятся полностью экологичными. Успешное использование Nd₂O₃ и BaO стало ключевым фактором достижения рекордных показателей эффективности защиты.
Технологические особенности и преимущества новых стекол
Традиционные боратные стекла давно используются в ядерных технологиях, однако из-за относительной хрупкости и низкой плотности их применение ограничено. Исследовательская группа адаптировала структуру боросиликатов, внедрив тяжелые оксиды Nd₂O₃ и BaO. Подобная модификация позволила существенно повысить механическую прочность и при этом сохранить прозрачность. Помимо прочего, легирование стекла оксидом неодима придает изделиям красивый фиолетовый оттенок, что полезно не только с эстетической стороны, но и с точки зрения специальных областей применения, например, для защитных сварочных очков при ремонте радиоактивных металлоконструкций.
Новое стекло эффективно блокирует не только гамма-, но и рентгеновское излучение, широко применяемое в медицине и промышленных исследованиях. Сейчас бетон остается незаменимым для стационарных барьеров (стены зданий и т.п.), однако необходимость в тонких и прозрачных преградах, например, окнах лабораторий и смотровых зон, делает такое стекло особенно востребованным.
Тесты с кобальтом-60, цезием-137 и америцием-241: подтверждённая эффективность
Для верификации защитных свойств была проведена серия экспериментов с наиболее распространёнными источниками ионизирующего излучения: кобальт-60, цезий-137 и америций-241. Образцы стекла, обогащённые до восьми мольных процентов Nd₂O₃, показали максимальную эффективность защиты, достигнув 28,3%. Это не только превышает показатели бетона (22,1%), но и превосходит лучшие образцы коммерческого радиационно-защитного стекла, такие как RS-360 (27,3%). Все результаты подтверждены расчётами с использованием передовой программы Phy-X — современного программного комплекса для моделирования прохождения излучения через материалы.
Безопасность и экологичность: замена токсичного свинца
В ходе международных тестов новые стекла продемонстрировали ещё одно неоспоримое преимущество: они превосходят традиционные боросиликатные системы, в которых в качестве основного защитного компонента выступает оксид свинца или бария. При испытаниях гамма-излучением мощностью 0,662 МэВ преимущество нового состава достигло 16% относительно образцов, где содержится 35–40% молей свинца. Это открывает двери к массовой замене токсичных и экологически опасных материалов на инновационные, полностью безопасные стеклокомпозиты.
Будущее разработки и дальнейшие эксперименты
Следующим этапом будет испытание сочетаний Nd₂O₃ и BaO в новых типах стекол, включая фосфатные и теллуритовые матрицы. Такой подход позволит расширить спектр применения инновационных защитных стекол и сделать их ещё более универсальными для различных задач высокотехнологичных отраслей. В перспективе разработка, предложенная коллективом с участием специалистов Уральского федерального университета, задаст новый стандарт экологичной и эффективной радиационной защиты.
Источник: scientificrussia.ru
