Polymery by mohly v radiační ochraně nahradit olovo a beton

Mezinárodní tým vědců vyvinul materiál, který by mohl být v budoucnu použit jako štít proti gama záření. Zejména může sloužit jako základ pro vytvoření radiační ochrany pracovníků jaderných elektráren. Nový materiál je založen na silikonu kombinovaném s nanopráškem oxidu zinečnatého. Výsledky studie nového materiálu a jeho vlastností byly publikovány v časopise Optical Materials. Na práci se podíleli fyzici z Uralské federální univerzity (UrFU), Jordánska a Turecka, uvedla tisková služba UrFU.

„Gama záření je široce používáno ve zdravotnictví, potravinářském a leteckém průmyslu. Jeho nadměrné vystavení může být škodlivé pro lidské zdraví. V dnešní době se gama záření zeslabuje nebo pohlcuje pomocí olova, betonu, materiálů na bázi oxidu olovnatého, wolframu nebo cínu. Tyto ochranné materiály nejsou vždy vhodné pro použití jako stínění gama záření. Navíc jsou drahé, příliš těžké a vysoce toxické pro člověka a životní prostředí. Proto je důležité nacházet nové materiály, optimalizovat jejich složení pro radiační ochranu, která zajistí bezpečnost lidí i životního prostředí,“ podotýká docentka katedry jaderných elektráren a obnovitelných zdrojů energie UrFU. Oleg Tashlykov.

Fyzici použili silikon jako matrici pro ochranný materiál. Polydimethylsiloxan neboli silikon je lehký, pevný a pružný polymer, který má vynikající optické, fyzikální a mechanické vlastnosti a vysokou odolnost vůči záření, vysvětluje Oleg Tashlykov. V tomto ohledu se v budoucnu, pokud budou testy úspěšné, může stát perspektivní alternativou olova a betonu v oblasti ochrany před gama zářením. Současně vědci provádějí výzkum dalších polymerů.

„Polymery jsou materiály s hustou strukturou, která jim umožňuje lépe odolávat záření. Takže kromě silikonu můžeme uvést epoxidovou pryskyřici, polyethylen a polyvinylchlorid. Podobné studie byly provedeny již dříve, kde byla například zkoumána stejná epoxidová pryskyřice. Pokračujeme ve výzkumu tímto směrem, analyzujeme další polymery a nové inkluze,“ vysvětluje. Oleg Tashlykov.

Jako inkluze v polymeru lze použít různé drobné částice, nanoprášky, které musí mít především vysoké atomové číslo. Fyzici zkoumali řadu možných variant nanoprášků a vyloučili ty, které byly příliš drahé nebo obtížně dostupné. Zbývající pak byly testovány na shodu s určitými chemickými parametry. Nakonec se vědci rozhodli pro oxid zinečnatý, protože je poměrně snadné jej získat v laboratoři. Je také důležité, aby tato látka nepoškozovala životní prostředí.

V další fázi výzkumu fyzici stanovili optimální obsah částic plniva, který nejúčinněji zvyšuje radiační ochranné vlastnosti silikonu. Ukázalo se, že může být naplněn nanopráškem z 10–50 %. Pokud přidáte více, materiál bude mít dobré ochranné vlastnosti, ale začne se rychle zhoršovat.

Je však předčasné říci, že kombinace silikonu s nanopráškem oxidu zinečnatého bude lepší než jiné možné kombinace, varují vědci.

„Tento výsledek je jednou z fází našeho rozsáhlého výzkumu. Během příštího roku nebo dvou plánujeme prozkoumat širší škálu materiálů, které dokážou záření zeslabit. V současné době připravujeme vzorky pro experimentální podmínky již na fungující jaderné elektrárně, konkrétně v JE Bělojarsk. Plánujeme tam provádět měření vzorků ochranných materiálů a porovnávat výsledky modelování, výpočtů a experimentů. „Budeme i nadále pokračovat s novými skladbami,“ říká. Oleg Tashlykov.

Fyzik podotýká, že teprve po prostudování řady dalších materiálů bude možné vyvodit konkrétní závěry o tom, o kolik je určitá kombinace látek pro radiační ochranu vhodnější.

Dále chtějí vědci otestovat všechny vhodné kompozice jejich ozářením v reaktoru, aby se vyloučila možnost, že by se některý chemický prvek v materiálu aktivoval, tedy radioaktivní, a produkoval další záření. V budoucnu, pokud budou všechny testy úspěšně dokončeny, budou vědci schopni získat nejlevnější a nejúčinnější materiál, který bude poskytovat vynikající ochranu před gama zářením.