重晶石為什么能防輻射？用途有哪些
發(fā)布時(shí)間：2023-09-19 來(lái)源：未知 分享到：
重晶石是一種以硫酸鋇為主要成分的非金屬礦物，密度為4.3~4.5g/cm3，莫氏硬度為3~3.5，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不溶于水和鹽酸，無(wú)毒性、磁性，易吸收X射線(xiàn)和γ射線(xiàn)。我國(guó)重晶石資源非常豐富，儲(chǔ)量雖為全球第三，但產(chǎn)量卻是世界首位，是世界上最大的重晶石出口國(guó)，在國(guó)際市場(chǎng)上處于不可替代的地位。
1 含鋇化合物的防輻射應(yīng)用優(yōu)勢(shì)
鋇元素在元素周期表中比鉛元素靠前，本身沒(méi)有放射性，而且相對(duì)原子量較大，能夠與射線(xiàn)發(fā)生光電效應(yīng)的概率高，對(duì)于防電離輻射非常有利。鋇離子具有較高的介電常數(shù)或磁化強(qiáng)度，對(duì)于非電離輻射也有較好的磁損耗作用。其它防輻射材料，如最早的鉛膠材質(zhì)的防X射線(xiàn)服，穿著性能較差、鉛氧化物存在毒性。但日本采用硫酸鋇加入到粘膠溶液中紡絲的方法，研制出了強(qiáng)度為0.99g/d、伸度為26%的纖維，不僅穿著舒服而且不具毒性;常用的防輻射水泥有鋇水泥、鍶水泥，其中鍶水泥防離子射線(xiàn)能力較鋇水泥要好，但鋇水泥相較于鍶水泥對(duì)γ和X射線(xiàn)具有更好的屏蔽效果;在作為功能復(fù)合纖維板的添加材料中，重晶石粉、沸石粉和磁鐵礦粉均具有一定的電磁屏蔽效能，但總體來(lái)說(shuō)，填充重晶石粉稍好，填充沸石粉次之，在110kMHz以下的低頻段，重晶石粉、沸石粉和磁鐵礦粉電磁屏蔽效能最大值分別達(dá)到17.99、17.71和16.99dB，重晶石粉效果最佳。
2 國(guó)外重晶石防輻射應(yīng)用研究現(xiàn)狀
國(guó)外利用重晶石制作防輻射材料的應(yīng)用研究相對(duì)較早。如土耳其德米雷爾大學(xué)的Akkur課題組以重晶石為粗細(xì)骨料并加入一定量的水，通過(guò)改變配比制備了3種不同的重晶石混凝土，經(jīng)過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用重晶石作為集料對(duì)γ射線(xiàn)有優(yōu)良的屏蔽性能。Günther等利用硫酸鋇、鈦酸鋇和氧化鉍對(duì)X射線(xiàn)吸收的特性，研究出可吸收X射線(xiàn)的復(fù)合纖維，用此纖維加工生產(chǎn)的紗線(xiàn)和織物可以有效地屏蔽X射線(xiàn)。日本提出將硫酸鋇加入到粘膠溶液中進(jìn)行紡絲的方法，研制出一種新型纖維，用其制作的織物對(duì)X射線(xiàn)有明顯的削弱效果，尤其是對(duì)6kV、2mA陰極X射線(xiàn)源的減弱達(dá)到了97%。
3 國(guó)內(nèi)重晶石防輻射應(yīng)用研究現(xiàn)狀
佘子盈提出以重晶石為重要骨料制作的重晶石混凝土可以增加混凝土表觀密度和密實(shí)性，因此其對(duì)X射線(xiàn)和γ射線(xiàn)有很好的屏蔽能力。高育欣等將高密度的重晶石砂與水泥配合使用，最終研制出表觀密度大于3600kg/m3、力學(xué)性能良好的重晶石防輻射混凝土。楊醫(yī)博等研究分析出以鐵砂和重晶石作為重質(zhì)骨料，可以配制出滿(mǎn)足防中子輻射標(biāo)準(zhǔn)的表觀密度大于3600kg/m3的C30防中子輻射重混凝土。劉津瑋等提出用重晶石制作納米硫酸鋇，并將其加入粘膠紡絲液中制備出一種新型復(fù)合薄膜，并利用這種薄膜制作新型的醫(yī)用防X射線(xiàn)服。經(jīng)測(cè)試發(fā)現(xiàn)吸收X射線(xiàn)的能力比純粘膠膜提高了44%。馬君志等利用紡前注射技術(shù)將硫酸鋇添加到粘膠原液中，并用此乳液漿料進(jìn)行紡制，得到了新型防輻射粘膠短纖維。硫酸鋇在其纖維中分布非常均勻，并且由于硫酸鋇的加入，提升了纖維的結(jié)晶度。經(jīng)過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，單獨(dú)的纖維和用纖維制作的織物都隨著硫酸鋇含量的增加，吸收的X射線(xiàn)增多，防X射線(xiàn)輻射性能都增強(qiáng)。重晶石可以當(dāng)作填充材料應(yīng)用于手機(jī)信號(hào)屏蔽材料中。袁全平提出在不銹鋼屏蔽材料中填充重晶石粉時(shí)，在頻率100kHz~139MHz，電磁屏蔽效能均能達(dá)到10dB以上，在22.59MHz時(shí)最高17.99dB;139~341MHz頻段，屏蔽值在5~9dB之間;之后隨著頻率增加，屏蔽效能下降至1dB以下;然而在795MHz~1.25GHz間，屏蔽值又上升到1~3dB之間;楊華明等以重晶石粉為基體制得重晶石基復(fù)合導(dǎo)電粉末(SSB)，SSB用于導(dǎo)電涂料對(duì)于頻率<100MHz的電磁波可以達(dá)到中等屏蔽值(40dB)。( 1) 重晶石可應(yīng)用于防輻射是由于其主要成分為硫酸鋇，鋇元素內(nèi)核質(zhì)量大，單位體積內(nèi)原子數(shù)多，發(fā)生光電效應(yīng)等概率大，射線(xiàn)能量易被吸收; 同時(shí)鋇離子具有較高的介電常數(shù)或磁化強(qiáng)度，對(duì)電磁輻射具有強(qiáng)的磁損耗作用。( 2) 相較于其它防輻射材料，重晶石的優(yōu)勢(shì)是全球資源儲(chǔ)備豐富，我國(guó)重晶石產(chǎn)量更是位居世界第一。相較于其它含鋇化合物，重晶石晶體結(jié)構(gòu)更緊湊，密度更大，發(fā)生光電等效應(yīng)概率更大，且加工工藝更簡(jiǎn)單，成本更低，污染更小。( 3) 目前重晶石在防輻射上的應(yīng)用主要為建筑行業(yè)中的混凝土材料，醫(yī)用防護(hù)服中的添加劑，以及作為電子信號(hào)屏蔽材料的涂料，缺乏在高鐵和軍工等領(lǐng)域的研究應(yīng)用。
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