La barytine est un minéral non métallique principalement composé de sulfate de baryum. Sa densité est de 4,3 à 4,5 g/cm³ et sa dureté Mohs de 3 à 3,5. Dotée de propriétés chimiques stables, la barytine est insoluble dans l'eau et l'acide chlorhydrique, non toxique, amagnétique et absorbe efficacement les rayons X et gamma. La Chine est riche en barytine, se classant au troisième rang mondial pour ses réserves, mais au premier rang pour sa production. Premier exportateur mondial de barytine, elle occupe une place incontournable sur le marché international.
1. Avantages des composés contenant du baryum en radioprotection
Le baryum, situé avant le plomb dans le tableau périodique, est non radioactif et possède une masse atomique relativement élevée, ce qui le rend très efficace comme protection contre les radiations. Sa forte probabilité de interaction photoélectrique L'utilisation d'ions baryum avec rayonnement améliore la protection contre les rayonnements ionisants. De plus, les ions baryum présentent une constante diélectrique élevée et une forte intensité de magnétisation, contribuant à une protection efficace contre les rayonnements non ionisants.
Les matériaux traditionnels de radioprotection, tels que les vêtements de protection contre les rayons X à base de gel de plomb, présentent des limitations en termes de confort et de toxicité en raison des oxydes de plomb. En revanche, le Japon a développé une fibre contenant du sulfate de baryum, qui offre une résistance de 0,99 g/d et un allongement de 26%. Cette fibre est non seulement confortable à porter, mais également non toxique.
Les ciments anti-radiations les plus couramment utilisés sont le ciment au baryum et le ciment au strontium. Si le ciment au strontium possède de meilleures propriétés de protection ionique, le ciment au baryum offre une meilleure protection contre les rayons gamma et les rayons X.
Dans les panneaux de fibres composites fonctionnels, la poudre de barytine, la poudre de zéolite et la poudre de magnétite sont couramment utilisées pour le blindage électromagnétique. Parmi elles, la poudre de barytine présente la meilleure efficacité de blindage. Dans la gamme des basses fréquences inférieures à 110 kHz, l'efficacité maximale de blindage électromagnétique de la poudre de barytine, de la poudre de zéolite et de la poudre de magnétite est respectivement de 17,99 dB, 17,71 dB et 16,99 dB, la poudre de barytine offrant la meilleure protection.
2. État actuel de la recherche étrangère sur les applications de la radioprotection de la barytine
Les recherches étrangères sur l'utilisation de la barytine dans les matériaux de radioprotection ont débuté relativement tôt. Par exemple, le groupe de recherche d'Akkur, de l'Université Demirel en Turquie, a expérimenté la barytine comme granulat grossier et fin dans le béton, en ajustant le rapport eau/granulat pour produire trois types différents de béton de barytine. Leurs tests ont confirmé que le granulat de barytine offre une excellente protection contre les rayons gamma.
De même, Günther et al. ont étudié des fibres composites contenant du sulfate de baryum, du titanate de baryum et de l'oxyde de bismuth, en utilisant leurs propriétés d'absorption des rayons X. Les fils et tissus fabriqués à partir de ces fibres se sont avérés offrir une protection efficace contre les rayons X.
Le Japon a également proposé une méthode d'ajout de sulfate de baryum à une solution de viscose pour le filage, développant ainsi un nouveau type de fibre. Les tissus fabriqués à partir de ce matériau ont démontré un effet d'atténuation significatif sur les rayons X, atteignant notamment une atténuation de 97% pour une source cathodique de rayons X de 6 kV et 2 mA.
3. État actuel de la recherche sur les applications de radioprotection de la barytine en Chine
(1) Industrie de la construction
She Ziying a suggéré que le béton de barytine, qui utilise la barytine comme agrégat clé, améliore la densité apparente et la compacité, conduisant à une protection efficace contre les rayons X et les rayons gamma.
Gao Yuxin et al. ont développé un béton de radioprotection à base de barytine en combinant du sable de barytine haute densité avec du ciment. Leur produit final a atteint une masse volumique apparente supérieure à 3 600 kg/m³ tout en conservant d'excellentes propriétés mécaniques.
Yang Yibo et al. ont étudié un béton lourd contenant du sable de fer et de la barytine comme granulats lourds. Leur étude a démontré que ce matériau peut être utilisé pour produire un béton lourd C30 de protection contre les rayonnements neutroniques, d'une masse volumique apparente supérieure à 3 600 kg/m³, répondant aux normes de protection contre les rayonnements neutroniques.
(2) Industrie médicale
Liu Jinwei et al. ont proposé d'utiliser de la barytine pour produire du sulfate de baryum nanométrique, puis de l'ajouter à une solution de filage de viscose pour créer un nouveau type de film composite. Ce film a été utilisé dans des vêtements médicaux anti-rayons X, démontrant une absorption des rayons X supérieure à celle d'un film de viscose pure.
Ma Junzhi et al. ont utilisé une technologie d'injection avant filage pour incorporer du sulfate de baryum dans une solution mère de viscose, produisant ainsi une fibre discontinue de viscose résistante aux radiations. La répartition uniforme du sulfate de baryum au sein de la fibre a amélioré sa cristallinité. Les tests ont confirmé que les fibres individuelles et le tissu obtenu absorbaient davantage de rayons X à mesure que la teneur en sulfate de baryum augmentait, améliorant ainsi significativement leurs performances de radioprotection.
(3) Autres industries
La barytine est également utilisée comme matériau de remplissage dans les matériaux de blindage des signaux des téléphones portables.
Yuan Quanping a suggéré que le remplissage de matériaux de blindage en acier inoxydable avec de la poudre de barytine permet d'obtenir une efficacité de blindage électromagnétique supérieure à 10 dB à des fréquences comprises entre 100 kHz et 139 MHz, avec un pic à 17,99 dB à 22,59 MHz. Cependant, dans la gamme de fréquences de 139 à 341 MHz, l'efficacité du blindage diminue à 5 à 9 dB, et à mesure que la fréquence augmente, elle tombe en dessous de 1 dB. Il est intéressant de noter que dans la gamme de fréquences de 795 MHz à 1,25 GHz, la valeur du blindage augmente à 1 à 3 dB.
Yang Huaming et al. ont développé une poudre conductrice composite à base de barytine (SSB). Incorporée à des revêtements conducteurs, la SSB a atteint une efficacité de blindage moyenne de 40 dB pour les ondes électromagnétiques inférieures à 100 MHz.
Conclusion
1. Propriétés de radioprotection de la barytine
La barytine est efficace pour la radioprotection grâce à son composant principal, le sulfate de baryum. Sa masse atomique élevée, son grand nombre d'atomes par unité de volume et sa forte probabilité d'effet photoélectrique lui confèrent une grande efficacité pour absorber l'énergie des rayonnements. De plus, les ions baryum présentent une constante diélectrique élevée et une forte intensité de magnétisation, assurant une atténuation efficace du rayonnement électromagnétique.
2. Avantages de la barytine par rapport aux autres matériaux de radioprotection
Comparé à d'autres matériaux de protection contre les radiations, il offre des avantages significatifs grâce à ses abondantes réserves mondiales, la Chine étant le premier producteur mondial de barytine. Contrairement aux autres composés contenant du baryum, il présente une structure cristalline plus dense, une densité plus élevée, une probabilité d'effet photoélectrique plus élevée, une technologie de traitement plus simple, un coût plus faible et un impact environnemental réduit.
3. Applications actuelles et lacunes de la recherche
Actuellement, la barytine est principalement utilisée pour la radioprotection du béton dans le secteur de la construction. Elle est également utilisée comme additif dans les vêtements de protection médicale et dans les revêtements des matériaux de blindage des signaux électroniques. Cependant, la recherche et les applications de cette substance restent limitées dans des domaines tels que le train à grande vitesse et l'industrie militaire, ce qui laisse entrevoir des perspectives d'exploration plus approfondies.
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