Барит — неметаллический минерал, в основном состоящий из сульфата бария. Он имеет плотность 4,3–4,5 г/см³ и твердость по Моосу 3–3,5. Обладая стабильными химическими свойствами, барит нерастворим в воде и соляной кислоте, нетоксичен, немагнитен и эффективно поглощает рентгеновские и гамма-лучи. Китай богат ресурсами барита, занимая третье место в мире по запасам, но первое место по производству. Будучи крупнейшим в мире экспортером барита, Китай занимает незаменимую позицию на международном рынке.
1. Преимущества барийсодержащих соединений в радиационной защите
Барий, расположенный в периодической таблице раньше свинца, нерадиоактивен и имеет относительно большой атомный вес, что делает его весьма эффективным в защите от радиации. Его высокая вероятность фотоэлектрическое взаимодействие с излучением усиливает защиту от ионизирующего излучения. Кроме того, ионы бария демонстрируют высокую диэлектрическую проницаемость и сильную интенсивность намагничивания, способствуя эффективной защите от неионизирующего излучения.
Традиционные материалы радиационной защиты, такие как свинцово-гелевая рентгеновская защитная одежда, имеют ограничения по комфорту и токсичности из-за оксидов свинца. Напротив, Япония разработала волокно, содержащее сульфат бария, которое обеспечивает прочность 0,99 г/д и удлинение 26%. Это волокно не только удобно для ношения, но и нетоксично.
Обычно используемые радиационно-стойкие цементы включают бариевый цемент и стронциевый цемент. В то время как стронциевый цемент обладает превосходными свойствами экранирования ионов, бариевый цемент обеспечивает лучшую защиту от γ-лучей и рентгеновских лучей.
В функциональных композитных древесноволокнистых плитах для электромагнитного экранирования обычно используют баритовый порошок, цеолитовый порошок и магнетитовый порошок. Среди них баритовый порошок демонстрирует наилучшую эффективность экранирования. В диапазоне низких частот ниже 110 кГц максимальная эффективность электромагнитного экранирования баритового порошка, цеолитового порошка и магнетитового порошка составляет 17,99 дБ, 17,71 дБ и 16,99 дБ соответственно, причем баритовый порошок обеспечивает наилучшую защиту.
2. Текущее состояние зарубежных исследований по применению барита в радиационной защите
Зарубежные исследования по использованию барита в материалах радиационной защиты начались сравнительно рано. Например, исследовательская группа Akkur в Университете Демиреля в Турции экспериментировала с баритом как в качестве крупного, так и мелкого заполнителя в бетоне, регулируя соотношение воды и заполнителя для получения трех различных типов баритового бетона. Их испытания подтвердили, что баритовый заполнитель обеспечивает превосходную защиту от гамма-лучей.
Аналогичным образом, Гюнтер и др. изучали композитные волокна, содержащие сульфат бария, титанат бария и оксид висмута, используя их свойства поглощения рентгеновских лучей. Было обнаружено, что пряжа и ткани, изготовленные из этих волокон, эффективно защищают от рентгеновских лучей.
Япония также предложила метод добавления сульфата бария в раствор вискозы для прядения, разработав новый тип волокна. Ткани, изготовленные из этого материала, продемонстрировали значительный эффект ослабления рентгеновских лучей, в частности, достигнув ослабления 97% катодного рентгеновского источника 6 кВ, 2 мА.
3. Текущее состояние исследований по применению барита в радиационной защите в Китае
(1) Строительная промышленность
Шэ Цзыин предположила, что баритовый бетон, в котором барит используется в качестве основного заполнителя, повышает кажущуюся плотность и компактность, что приводит к эффективной защите от рентгеновских и гамма-лучей.
Гао Юйсинь и др. разработали баритовый бетон радиационной защиты, объединив высокоплотный баритовый песок с цементом. Их конечный продукт достиг кажущейся плотности более 3600 кг/м³ при сохранении превосходных механических свойств.
Ян Ибо и др. исследовали тяжелый бетон, содержащий железный песок и барит в качестве тяжелых заполнителей. Их исследование показало, что этот материал может быть использован для производства тяжелого бетона с защитой от нейтронного излучения C30 с кажущейся плотностью более 3600 кг/м³, что соответствует стандартам защиты от нейтронного излучения.
(2) Медицинская промышленность
Лю Цзиньвэй и др. предложили использовать барит для производства наносульфата бария, который затем добавляли в прядильный раствор вискозы для создания нового типа композитной пленки. Эта пленка использовалась в медицинской антирентгеновской одежде, демонстрируя более высокое поглощение рентгеновских лучей по сравнению с чистой вискозной пленкой.
Ма Цзюньчжи и др. использовали технологию предварительной инъекции для введения сульфата бария в исходный раствор вискозы, в результате чего получилось вискозное штапельное волокно, устойчивое к радиации. Равномерное распределение сульфата бария внутри волокна улучшило его кристалличность. Испытания подтвердили, что как отдельные волокна, так и полученная ткань поглощали больше рентгеновских лучей по мере увеличения содержания сульфата бария, что значительно повышало их характеристики защиты от радиации.
(3) Другие отрасли
Барит также используется в качестве наполнителя в материалах для экранирования сигналов мобильных телефонов.
Юань Цюаньпин предположил, что заполнение экранирующих материалов из нержавеющей стали порошком барита может обеспечить эффективность электромагнитного экранирования более 10 дБ на частотах от 100 кГц до 139 МГц, достигая пика в 17,99 дБ на частоте 22,59 МГц. Однако в диапазоне частот 139–341 МГц эффективность экранирования снижается до 5–9 дБ, а с ростом частоты эффективность падает ниже 1 дБ. Интересно, что в диапазоне 795 МГц–1,25 ГГц значение экранирования увеличивается до 1–3 дБ.
Ян Хуамин и др. разработали композитный проводящий порошок на основе барита (SSB) с использованием баритового порошка. При включении в проводящие покрытия SSB достиг средней эффективности экранирования 40 дБ для электромагнитных волн ниже 100 МГц.
Заключение
1. Радиационные защитные свойства барита
Барит эффективен для защиты от радиации благодаря своему основному компоненту — сульфату бария. Он имеет высокую атомную массу, большое количество атомов на единицу объема и высокую вероятность фотоэлектрического эффекта, что делает его высокоэффективным в поглощении энергии излучения. Кроме того, ионы бария демонстрируют высокую диэлектрическую проницаемость и сильную интенсивность намагничивания, обеспечивая эффективное ослабление электромагнитного излучения.
2. Преимущества барита перед другими материалами радиационной защиты
По сравнению с другими материалами радиационной защиты он предлагает значительные преимущества благодаря своим обильным мировым запасам, а Китай является мировым лидером по производству барита. В отличие от других соединений, содержащих барий, он отличается более плотной кристаллической структурой, более высокой плотностью, большей вероятностью фотоэлектрического эффекта, более простой технологией обработки, более низкой стоимостью и сниженным воздействием на окружающую среду.
3. Текущие приложения и пробелы в исследованиях
В настоящее время барит в основном используется в радиационной защите бетона в строительной отрасли. Это добавка в медицинской защитной одежде и в покрытиях для материалов для экранирования электронных сигналов. Однако его исследования и применение остаются ограниченными в таких областях, как высокоскоростные железные дороги и военная промышленность, что подчеркивает потенциальные возможности для дальнейшего изучения.
В Эпический порошокМы предлагаем широкий ассортимент моделей оборудования и индивидуальные решения, соответствующие вашим конкретным потребностям.
Свяжитесь с нами сегодня для бесплатной консультации и индивидуальных решений! Наши команда экспертов стремится предоставлять высококачественную продукцию и услуги для максимального увеличения ценности вашего процесса переработки порошка.
Epic Powder — ваш надежный эксперт по обработке пороха!
