Специалисты Уральского федерального университета совместно с коллегами из Ирака и Саудовской Аравии разработали прочную, доступную по цене и экологически безопасную керамику, обладающую защитными свойствами от излучения. В качестве основы для нового материала использованы минеральные глины и отходы стекольных предприятий. По мнению исследователей, такую керамику целесообразно применять при возведении сооружений, где существует радиационная опасность, например, в рентгеновских кабинетах, лабораториях, для защиты медицинских работников, научного персонала, а также специалистов, занятых на производстве. Описание новой керамики ученые опубликовали в Journal of Science: Advanced Materials and Devices.
«Для создания прочной и экономичной керамики, обладающей способностью эффективно блокировать гамма-излучение, мы объединили глину, доставленную из Ирака, с отходами стекольного производства и небольшим количеством борной кислоты. Стекло придает плитке повышенную прочность. Этот метод позволяет использовать отходы стекольного производства, включая их в состав строительных материалов для возведения объектов, подверженных воздействию радиации, или рентгеновских кабинетов, без применения свинца», — сообщил ведущий научный сотрудник кафедры атомных станций и возобновляемых источников энергии УрФУ Карем Махмуд.
Радиоактивное излучение подразделяется на три основных вида: альфа-частицы задерживаются листом бумаги, для защиты от бета-излучения применяют легкие металлы или оргстекло, а для экранирования гамма-излучения требуются материалы с высокой плотностью, такие как свинец или вольфрам. Следует отметить, что вольфрам является дорогостоящим материалом, а свинец представляет опасность для здоровья человека и оказывает негативное воздействие на окружающую среду.
«Гамма-излучение применяется в различных отраслях, включая здравоохранение, производство продуктов питания и аэрокосмическую промышленность. Однако, его избыточное воздействие может быть опасным для здоровья. В настоящее время для снижения или поглощения гамма-излучения используют свинец, бетон, материалы на основе оксида свинца, вольфрам или олово. Эти средства защиты не всегда эффективны и удобны в использовании. К тому же, они обладают высокой стоимостью, значительным весом и могут быть токсичны как для человека, так и для окружающей среды. Поэтому поиск новых материалов и оптимизация их состава представляются важной задачей, — подчеркивает доцент кафедры атомных станций и возобновляемых источников энергии УрФУ Олег Ташлыков.
Для производства новой керамики используются легкодоступные компоненты, такие как глина, отходы стекольной промышленности и борная кислота, а процесс изготовления достаточно прост и включает в себя измельчение, прессование при давлении около 114 МПа и обжиг при температуре 550 °C. По словам Олега Ташлыкова, эффективность экранирования этих материалов уступает материалам на основе бетона с высоким содержанием тяжелых оксидов, поэтому керамика является оптимальным решением для областей, где нежелательно использование свинца или где требуется умеренное экранирование в сочетании с механической прочностью и экологической безопасностью.
Ученые Южно-Уральского федерального университета уже продолжительное время разрабатывают новые материалы, предназначенные для защиты от радиоактивного излучения различной степени проникающей способности. В процессе работы также осуществлялось сотрудничество с коллегами из Египта, Иордании, Вьетнама и других государств, которые доставляли в Екатеринбург природные минералы.
В настоящее время перед научным коллективом стоят задачи, связанные с дальнейшими исследованиями для подготовки материала к практическому применению: необходимо определить наилучший состав керамики, соответствующий требованиям целевых областей применения (обеспечение эффективного экранирования при оптимальном соотношении массы, стоимости и механической прочности), а также провести испытания новых материалов в условиях воздействия различных факторов, таких как влага, термоциклирование и излучение).
В научный коллектив включены эксперты из УрФУ, Центра исследований и инженерных разработок министерства водных ресурсов (Багдад), а также Колледжа наук и Медицинского колледжа Исламского университета имама Мухаммеда ибн Сауда (Эр-Рияд).
Научная деятельность, осуществляемая в Уральском федеральном университете, поддерживается Министерством науки и высшего образования Российской Федерации в рамках проведения Десятилетия науки и технологий.
Предоставлены сведения и фотографии Отделом научных коммуникаций УрФУ