La barita es un mineral no metálico compuesto principalmente de sulfato de bario. Tiene una densidad de 4,3 a 4,5 g/cm³ y una dureza de Mohs de 3 a 3,5. Con propiedades químicas estables, la barita es insoluble en agua y ácido clorhídrico, no es tóxica ni magnética, y absorbe eficazmente los rayos X y gamma. China es rica en recursos de barita, ocupando el tercer lugar a nivel mundial en reservas, pero el primero en producción. Como el mayor exportador mundial de barita, China ocupa una posición insustituible en el mercado internacional.
1. Ventajas de los compuestos que contienen bario en la protección radiológica
El bario, ubicado antes que el plomo en la tabla periódica, no es radiactivo y tiene un peso atómico relativamente alto, lo que lo hace muy eficaz como escudo contra la radiación. Su alta probabilidad de... interacción fotoeléctrica La radiación aumenta la protección contra la radiación ionizante. Además, los iones de bario presentan una constante dieléctrica alta y una fuerte intensidad de magnetización, lo que contribuye a un blindaje eficaz contra la radiación no ionizante.
Los materiales tradicionales de protección radiológica, como la ropa de protección contra rayos X con gel de plomo, presentan limitaciones en cuanto a comodidad y toxicidad debido a los óxidos de plomo. En cambio, Japón ha desarrollado una fibra con sulfato de bario, que ofrece una resistencia de 0,99 g/d y una elongación de 26%. Esta fibra no solo es cómoda de usar, sino que también es atóxica.
Los cementos resistentes a la radiación más utilizados son el cemento de bario y el cemento de estroncio. Si bien el cemento de estroncio posee propiedades superiores de protección iónica, el cemento de bario proporciona una mejor protección contra los rayos gamma y los rayos X.
En tableros de fibra compuestos funcionales, el polvo de barita, el polvo de zeolita y el polvo de magnetita se utilizan comúnmente para el apantallamiento electromagnético. Entre ellos, el polvo de barita presenta la mayor eficacia de apantallamiento. En el rango de baja frecuencia por debajo de 110 kHz, la máxima eficacia de apantallamiento electromagnético del polvo de barita, el polvo de zeolita y el polvo de magnetita es de 17,99 dB, 17,71 dB y 16,99 dB, respectivamente, siendo el polvo de barita el que proporciona la mejor protección.
2. Estado actual de la investigación extranjera sobre las aplicaciones de la protección radiológica de la barita
La investigación internacional sobre el uso de barita en materiales de protección radiológica comenzó relativamente pronto. Por ejemplo, el grupo de investigación Akkur de la Universidad Demirel de Turquía experimentó con barita como agregado grueso y fino en hormigón, ajustando la proporción agua-agregado para producir tres tipos diferentes de hormigón de barita. Sus pruebas confirmaron que el agregado de barita ofrece un excelente rendimiento de protección contra los rayos gamma.
De manera similar, Günther et al. estudiaron fibras compuestas que contenían sulfato de bario, titanato de bario y óxido de bismuto, aprovechando sus propiedades de absorción de rayos X. Se descubrió que los hilos y tejidos fabricados con estas fibras protegían eficazmente contra los rayos X.
Japón también propuso un método para añadir sulfato de bario a una solución de viscosa para hilado, desarrollando así un nuevo tipo de fibra. Los tejidos fabricados con este material demostraron un efecto de atenuación significativo de los rayos X, en particular logrando una atenuación 97% de una fuente de rayos X catódica de 6 kV y 2 mA.
3. Estado actual de la investigación sobre las aplicaciones de protección radiológica de la barita en China
(1) Industria de la construcción
She Ziying propuso que el hormigón de barita, que utiliza barita como agregado clave, mejora la densidad aparente y la compacidad, lo que genera una protección eficaz contra los rayos X y los rayos gamma.
Gao Yuxin et al. desarrollaron hormigón de protección radiológica de barita combinando arena de barita de alta densidad con cemento. Su producto final alcanzó una densidad aparente superior a 3600 kg/m³, manteniendo excelentes propiedades mecánicas.
Yang Yibo et al. investigaron hormigón pesado con arena de hierro y barita como agregados pesados. Su estudio demostró que este material puede utilizarse para producir hormigón pesado con protección contra la radiación neutrónica C30, con una densidad aparente superior a 3600 kg/m³, cumpliendo así con las normas de protección contra la radiación neutrónica.
(2) Industria médica
Liu Jinwei et al. propusieron el uso de barita para producir nanosulfato de bario, que posteriormente se añadió a una solución de hilado de viscosa para crear un nuevo tipo de película compuesta. Esta película se utilizó en ropa médica antirrayos X, demostrando una mayor absorción de rayos X (44%) en comparación con la película de viscosa pura.
Ma Junzhi et al. emplearon tecnología de inyección prehilado para incorporar sulfato de bario a la solución madre de viscosa, lo que produjo una fibra corta de viscosa resistente a la radiación. La distribución uniforme del sulfato de bario en la fibra mejoró su cristalinidad. Las pruebas confirmaron que tanto las fibras individuales como el tejido resultante absorbieron más rayos X a medida que aumentaba el contenido de sulfato de bario, lo que mejoró significativamente su protección radiológica.
(3) Otras industrias
La barita también se utiliza como material de relleno en materiales de protección de señales de teléfonos móviles.
Yuan Quanping propuso que rellenar materiales de blindaje de acero inoxidable con polvo de barita puede lograr una efectividad de blindaje electromagnético superior a 10 dB en frecuencias de 100 kHz a 139 MHz, con un máximo de 17,99 dB a 22,59 MHz. Sin embargo, en el rango de frecuencia de 139 a 341 MHz, la efectividad de blindaje disminuye a 5-9 dB, y a medida que aumenta la frecuencia, cae por debajo de 1 dB. Curiosamente, en el rango de 795 MHz a 1,25 GHz, el valor de blindaje aumenta a 1-3 dB.
Yang Huaming et al. desarrollaron polvo conductor compuesto (SSB) a base de barita utilizando polvo de barita. Al incorporarlo en recubrimientos conductores, el SSB logró una efectividad de apantallamiento media de 40 dB para ondas electromagnéticas inferiores a 100 dB. megahercio.
Conclusión
1. Propiedades de protección radiológica de la barita
La barita es eficaz para la protección radiológica gracias a su componente principal, el sulfato de bario. Posee una masa atómica elevada, un gran número de átomos por unidad de volumen y una alta probabilidad de efecto fotoeléctrico, lo que la hace muy eficiente en la absorción de la energía de la radiación. Además, los iones de bario presentan una constante dieléctrica alta y una fuerte intensidad de magnetización, lo que proporciona una eficaz atenuación de la radiación electromagnética.
2. Ventajas de la barita sobre otros materiales de protección radiológica
En comparación con otros materiales de protección contra la radiación, ofrece ventajas significativas gracias a sus abundantes reservas globales, siendo China líder mundial en la producción de barita. A diferencia de otros compuestos que contienen bario, presenta una estructura cristalina más densa, mayor densidad, mayor probabilidad de efecto fotoeléctrico, una tecnología de procesamiento más sencilla, menor costo y un menor impacto ambiental.
3. Aplicaciones actuales y lagunas de investigación
Actualmente, la barita se utiliza principalmente en la protección radiológica del hormigón en la industria de la construcción. Es un aditivo en ropa de protección médica y en recubrimientos para materiales de blindaje de señales electrónicas. Sin embargo, su investigación y aplicación siguen siendo limitadas en áreas como el ferrocarril de alta velocidad y la industria militar, lo que destaca las posibles oportunidades para una mayor exploración.
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