浙大王征科课题组《Adv. Eng. Mater.》综述：电离辐射屏蔽材料进展

浙大王征科课题组《Adv. Eng. Mater.》综述：电离辐射屏蔽材料进展

随着科技的发展，电离辐射在医疗、核电、航天等领域得到广泛应用，但其对人体的危害也不容忽视。近日，浙江大学王征科课题组在《Advanced Engineering Materials》期刊上发表综述文章，全面总结了电离辐射屏蔽材料的最新进展，为该领域的研究提供了重要参考。

电离辐射是波长小于100 nm，高频高能的射线，能够使原子或分子中的束缚电子转变为自由态，发生电离现象。电离辐射射线包括α粒子、β粒子、X射线、γ射线和中子，广泛存在于医疗、核电、航天等领域，容易引起辐射病，通过破坏DNA，引起器官和系统的病理变化，对身体造成严重伤害。

为了保护人们免受辐射源伤害，科学家已经开发了许多电离辐射屏蔽材料，电离辐射屏蔽材料具有以下特性：高密度、低成本、长期辐照稳定性、高耐热性、高机械强度、高伽马射线衰减系数、中子捕获能力和低二次辐射，常以辐射防护效率(RPE)、质量衰减系数(MAC)、线性衰减系数(LAC)、平均自由程(MFP)、半值层(HVL)、中子总吸收截面等相关参数来评估材料的电离辐射屏蔽能力。

混凝土和铅是常用的电离辐射屏蔽材料。然而，铅的机械耐久性有限、熔化阈值较低，且有毒性；混凝土则容易失水、开裂，导致吸收效率降低。因此，迫切需要开发新型、安全、高效的辐射屏蔽材料。最近报道了各种用于辐射防护的新材料，尤其是聚合物基复合材料，包括热塑性塑料、热固性树脂、橡胶弹性体、硅基聚合物等。聚合物基复合材料具有易加工、质量轻、成本低、机械性能可选择范围广泛等优点，在辐射屏蔽领域应用前景广阔。

面对众多的电离辐射屏蔽材料，有必要对其制备方法和辐射性能进行全面综述。近日，浙江大学王征科课题组在《Advanced Engineering Materials》上发表了题为《Progress in Ionizing Radiation Shielding Materials》的综述文章（Advanced Engineering Materials，2024，DOI：10.1002/adem.202400855）。该文章全面总结了电离辐射屏蔽合金、混凝土、玻璃和陶瓷，以及聚合物复合材料的最新进展，归纳、分析了这些材料的制备方法及辐射屏蔽性能，并对电离辐射屏蔽材料的研究现状及可能的发展方向进行了分析和展望。

图1 电离辐射屏蔽材料及其特性

图2 a)Fe80B20合金的MFP与之前报道的合金和普通混凝土进行比较；b)不同厚度W-Cu复合材料的RPE值随入射伽马射线能量变化。

图3 a)多元回归分析结果；b)沥青/水泥复合材料抗压强度与衰减系数的关系；c)伽马射线穿过混凝土试件的沉积模式；d)普通混凝土、RSC和重晶石基辐射屏蔽混凝土的单位成本。

图4 a) MCNPX生成的模拟设置整体视图；b)不同Bi2O3浓度下硼酸铅铋玻璃质量衰减系数；c) xTeO2-(70-x)ZnF2-25As2O3-5Sm2O3玻璃体系和其他硅酸盐玻璃体系辐射性能；d) (80-x)B2O3-10SiO2-10CaO-xLa2O3玻璃体系辐射性能。

图5 a)稀土氧化钨单相高熵陶瓷粉末的TEM和EDS图；b)陶瓷粉末的热导率、密度和抗拉强度；c)ErBCO陶瓷的相对密度和孔隙率；d)ErBCO10的透射系数和辐射防护效率。

图6 a) Biz@BixLay–NL屏蔽X射线；b)双金属核壳纳米结构对光子衰减的巴比肯效应；c) γ射线与Bi2O3-Ti3C2Tx/EP复合材料相互作用机理图；d) Gd3+杂化双茂铁基聚氨酯X射线衰减机理及辐射性能。

该综述文章由浙江大学硕士生吴岩河为第一作者，浙江大学王征科副教授为通讯作者。