新型核辐射防护材料的设计及应用探析

基于核科技的飞速发展，核辐射防护以及核安全已经成 为了人们关注的重点。在此过程当中，技术人员对具备轻质高 效和强大防护能力的新型辐射防护材料需求迫切。所以，相关工作人员应该基于核辐射与物质的作用机制，利用不同类型的材料开展核辐射防护实验，为找到最适宜的材料提供帮助。

1 核辐射防护概况

原子核从一种结构或能量状态转变为另一种结构或能量状态时，释放出的微观粒子流就是核辐射，有天然辐射有人工辐射之分。核辐射主要为 α 射线、β 射线和 γ 射线和中子，它们会对人体健康造成威胁。如果，人体被过量的放射性射线照射，则会产生各种疾病，患癌几率也会大大增加，甚至会直接死亡。而且，照射时间越长、辐射剂量越大，危害性越高。

基于此，为了能实现对核技术的深入研究和合理应用，开展有效的核辐射防护工作至关重要。此项工作的开展目的是减少和消除核辐射危害，所以在作业环节需要遵守正当性、合理性、可控性和最优性原则作业。在实践工作中，人们可通过扩大与辐射源的间距、控制受照射时间和使用屏蔽物屏蔽辐射等方式开展外照射防护。而在这一环节，最具备研究价值的就是屏蔽物使用法，对其材质进行研究可以为提高核辐射防护效果奠定基础。

2 物质对放射线的作用

核技术被广泛应用于军事领域和人们的生产生活环节，为保证技术使用安全和人们的身体健康，必须要开展有效的核辐射防护工作。该项工作的开展应该基于各种放射线的特点以及其与物质的作用机制而开展。 从本质上来看，α 粒子是氦原子核，α 射线的外照射穿透能力相对较弱，开展防护工作时，仅凭一张白纸就能够挡住α 射线所带来的核辐射。对于α 射线的防护工作而言，应该注意的是内照射而非外照射，因为 α 射线可以借助于被污染的 空气、食物或伤口进入并损害人体。β 射线的本质是电子流， 大多为负电子流。这种射线的穿透能力强于 α 射线，但一般 金属都能对其进行阻挡。基于 β 射线与物质的相互作用，将 会产生多次散射，所以其辐射距离并非固定，而是分布在某一 区间之内。同时，随着 β 射线持续能力的减弱，其穿透距离也 会逐步接近于极限。此外，β 射线十分容易被表层组织吸收， 所以在其辐射范围内物质表层出现辐射损伤的几率极高，这 也造成了防护工作的复杂性。γ 射线是由高能量的 γ 粒子组成的光子流，具有极强的 穿透性，但是其电离能力极弱。在开展防护工作时，应该采用 外照射防护方法作业。基于 γ 射线与物质的相互作用，将产生 康普顿效应、光电效应、电子对效应等原子反应;若二者的相 互作用具有持续性，则原子反应将呈现渐弱性的特点。在实践 作业环节，基于电子效应、光电反射效应，物质都可以完成对 γ 射线能量的消耗。而在放射性射线与物质的互相作用环节， 能与中子实现相互作用的物质大多具备质量相似性，比如氢。 所以在选取中子辐射防护材料时，可以优先选用氢原子量高 的物质。比如，碳氢化合物、石蜡、水、塑料等。同时，中子的衰 减速度受到自身能量、屏蔽材料性能和厚度影响。当中子能量 较强时，屏蔽材料的能量和厚度将会对辐射防护效果产生重 大影响。所以，在作业环节应该强化大截面物质的应用，以便 于提高中子防护有效性。

3 新型核辐射防护材料的设计和应用

基于现有的辐射防护理论，核辐射防护材料的使用效果 主要与物质和射线的相互作用关系、规律和方式相关。在核辐射范围内，α 射线、β 射线、γ 射线以及中子都可能穿过材料， 并与之产生相互作用，而相应的作用形式也不相同。在实践工 作环节，为了保证核辐射防护材料的实用性，相关工作人员需要实现对多种功能元素的筛选和优化组合，以便于确保材料具备综合辐射防护效果。

3.1 基本材料选用

在新型核辐射防护材料的设计环节，需要先针对基本防 护材料进行合理选择。此时，所选用的防护材料的质量减弱系 数越大越好。而且，所用基础材料还应该具备稳定性、易得性、 加工便捷性、不易分解性和经济性高的特点，只有这样才能切 实保证基本防护材料具备实用性。在实际作业环节，金和铅都是十分常见的基础防护材料，二者都具备质量防护系数大 的特点，而且它们的质量减弱系数差异较小，所以在核辐射防 护环节二者的使用效果相差不大。但是，从经济性角度出发， 铅的使用成本远低于金;而从加工便捷性的角度出发，我们可以发现，铅可以以粉末状存在，十分适用于材料加工。基于此， 在经过多方筛选与比对后，可以选定以粉末状的铅充当新型核辐射防护材料的基本材料。

3.2 辅助材料选用

在确定核辐射防护基本材料后，即可开展辅助材料选取。 辅助材料的应用意义是实现对核辐射防护材料综合性能的改善。基于辅助材料，将提高核辐射防护材料的使用效果和用户 满意度。在这一环节，需要添加必要性的添加剂，以便于改良材料性能。 此时，相关工作人员不仅充分考量辅助材料对核辐射防 护材料性能方面的优化，还应该兼顾工艺、使用便捷性和经济性。比如，可选择铜或铁来充当金属类辅助材料。二者的核辐射防护效果相差无几，不过在成本上存在明显的高低差异，铁 的成本要远低于铜。所以，新型核辐射防护材料的辅助材料可确定为铁。而在非金属元素选用环节，硫具备较大的质量减弱系数，在中低能量中氢也具备较大的质量减弱系数，所以二者的化合物可以被选用为核辐射防护材料的辅助材料。在中子防护环节，最为适宜的辅助防护材料是硼。除此之外，还需要 选用丁苯橡胶以及聚乙烯也是十分常见的辅助材料。这两种材料的优势和特点都十分鲜明。比如，粘结性良好、简单易得、 便于加工、柔软性和弹性优良等。鉴于聚乙烯和丁苯橡胶的多 种功能和经济实用性，将其选定为核辐射防护材料的辅助材 料十分可行。

3.3 材料配方调配

为了有效融合基本材料和辅助材料，在实践作业环节相 关工作人员需要开展核辐射防护材料配方的调配工作。此时，必须根据实际防护要求以及各类型材料的使用特点来制定配方，以确保新型核辐射防护材料具备良好的防护效果。在此环 节，配方设计人员应该实现对配方材料密度的综合权衡，并在作业时同时兼顾核辐射防护要求和材料结构设计要求作业。 在防护材料使用环节，材料厚度越大其防护效果越强，所以在 设计配方时，相关工作人员可适当增加防护材料厚度，以便于 提升屏蔽效果。

3.4 材料合成与生产

在此环节，相关工作人员需要关注核辐射防护材料的合 成环节和生产环节。在材料合成过程中，必须制定科学的合成 条件，以确保核辐射防护材料的综合性能得以提升。此时，应 该基于核辐射防护材料的使用场景以及要求，对其综合性能 进行明确优化。比如，确保材料回弹性优良、柔软性良好、隔热防潮性能强、抗撕裂强度高。不仅如此，核辐射防护材料还应 该具备良好的洗消性能，以便于其被反复使用。在设计环节， 相关工作人员若能使核辐射材料具备上述功能，就可以保证 这种材料可以基于使用对象和目的差异，而实现多样化利用这对材料的制作、折叠、保存都十分有利。同时，在合成环节， 为增强材料成形能力，应该合理应用聚乙烯等粘结材料。

在核辐射防护材料的生产环节，相关工作人员应该依托于现有的设备以及技术，实现对聚乙烯和橡胶材料的充分调 研。此时，可选择的材料生产工艺主要分为化学发泡和辐射交 联发泡两种。若在实际生产环节以辐射交联发泡生产工艺作 业，则产出的核辐射防护材料将具备较强的“抵抗力”，具体表 现为耐磨、耐高温和抗老化、抗龟裂。而且，基于辐射交联发泡 生产工艺生产的核辐射防护材料具备长的使用寿命，更适用 于特定条件的材料使用需求。选择此项工艺还可以让核辐射材料拥有封闭性极强的内部空洞，这样一来就更加有利于核 辐射防护材料的洗消。基于此，材料可以被选用于充当核辐射 灰尘环境下的防护服或设备防护罩。如果在生产环节选择使用化学发泡生产工艺，则其产出的产品同样具备鲜明特点，具 体表现为回弹性和柔韧性相对较强。不仅如此，这种生产工艺的作业成本相对较低，在以经济性为重要考量指标时，可以优 先选用化学发泡生产工艺。不过，与辐射交联发泡工艺相比，基于化学发泡工艺的核辐射防护材料不具备良好的洗消性， 这使得其使用场景大大缩减，通常仅被用于辐射源储存和运 输环节。

3.5 材料性能测试

在新型核辐射防护材料的设计和应用环节，相关工作人 员还需要开展必要性的性能测试，以确保配方可用材料有效。 比如，模拟核辐射污染环境，测量新型核辐射防护材料的屏蔽 与防护效果的。同时，还应该对其理化性能进行合理检验。比 如，以试验方式，观测新型核辐射防护材料的抗拉性、防火性、 阻燃性，为确保其使用安全奠定基础。此外，在作业环节还需 要充分考量新型核辐射防护材料的制作成本，在选用材料和 设计生产时，既要确保其屏蔽效果良好，又要避免出现成本过 高的问题。而且，为了满足特定使用条件要求，材料综合性能 提升，还应该在控制成本的基础上，适当添加功能性材料。

4 结束语

总而言之，新型核辐射防护材料的设计人员需要基于核 辐射的特点，为不同防护部位选择适宜的屏蔽防护材料。而 且，在选用过程当中还应该充分考量环保性、经济性、功能性以及灵活性，为合理应用该材料奠定基础。当然，在材料设计 和应用环节还应该合理开展实验与测试，以确保新型核辐射防护材料的性能可以满足使用需求。