Учёные бросили вызов радиации — и природа помогла: создана живая защита от излучения

Российские исследователи нашли экологичную альтернативу свинцу и вольфраму — привычным, но токсичным материалам для защиты от радиации. Учёные Уральского федерального университета (УрФУ) в составе международной группы разработали новые керамические материалы, созданные на основе природных глин и отходов стекольных производств. Результаты опубликованы в журнале Journal of Science: Advanced Materials and Devices.

Почему нужен новый материал

Радиация делится на три типа — альфа, бета и гамма. От первых двух можно защититься бумагой или лёгкими металлами, но гамма-излучение требует плотных экранов из вольфрама или свинца. Проблема в том, что свинец токсичен, а вольфрам чрезвычайно дорог.

"Из-за строительства новых ядерных реакторов и расширения применения радиоактивных веществ в медицине потребность в защитных материалах растёт с каждым годом", — пояснил профессор кафедры атомных станций и возобновляемых источников энергии УрФУ Олег Ташлыков.

Поэтому физики и инженеры всё чаще ищут доступные и безопасные аналоги, которые могли бы частично заменить традиционные тяжёлые металлы.

Экологичная альтернатива свинцу

Совместно с коллегами из Ирака учёные УрФУ предложили новый тип керамики, сочетающий природные минералы и промышленный вторсырьевой материал.

"Мы смешали глину, привезённую из Ирака, с отходами стекольного производства и небольшим количеством борной кислоты, чтобы получить прочную недорогую керамику, способную эффективно экранировать гамма-излучение", — рассказал ведущий научный сотрудник УрФУ Карем Махмуд.

Добавление стекла повышает прочность материала, а использование отходов делает процесс не только экологичным, но и экономически выгодным.

Состав и технология

• Основные компоненты: минеральная глина, стекольные отходы, борная кислота.

• Технология: измельчение смеси, прессование при давлении около 114 МПа, обжиг при температуре 550°C.

• Результат: керамическая плитка, обладающая высокой механической прочностью и умеренной радиационной защитой.

Такая керамика может применяться в рентгеновских кабинетах, исследовательских лабораториях, на предприятиях атомной отрасли и при строительстве радиационно-опасных объектов, где нежелательно использование свинца.

Сравнение защитных материалов

Как работает защита

Материал поглощает гамма-излучение за счёт высокой плотности и атомного состава глины, а борная кислота усиливает эффект, взаимодействуя с нейтронами.
Стекло, добавленное в смесь, обеспечивает прочность и снижает хрупкость — важное свойство при строительстве стен и перегородок.

Таким образом, новая керамика сочетает радиационную защиту, механическую устойчивость и экологическую безопасность, что делает её идеальной для многоцелевого применения.

Ошибка → Последствие → Альтернатива

• Ошибка: полагаться только на традиционные материалы вроде свинца.
  Последствие: загрязнение окружающей среды и сложности с утилизацией.
  Альтернатива: внедрение экологичных керамических экранов.

• Ошибка: использовать дорогие импортные материалы при строительстве АЭС.
  Последствие: рост себестоимости и снижение доступности технологий.
  Альтернатива: применять местное минеральное сырьё и отходы промышленности.

• Ошибка: игнорировать влияние радиации низкого уровня.
  Последствие: постепенное накопление доз в медперсонале и исследователях.
  Альтернатива: установка недорогих защитных панелей в лабораториях и медцентрах.

Преимущества нового материала

А что если внедрить технологию массово

Если керамические материалы получат промышленное применение, они смогут заменить свинец в строительстве медицинских кабинетов, лабораторий и исследовательских центров. Кроме того, технология позволит утилизировать стекольные отходы, превращая их в полезный ресурс.

"Такой подход позволит утилизировать отходы стекольного производства, включая их в строительные материалы при сооружении радиационно-опасных объектов или рентгеновских кабинетов без использования свинца", — пояснил Карем Махмуд.

Перспективы и дальнейшие исследования

По словам профессора Олега Ташлыкова, в ближайшее время команда сосредоточится на:

• подборе оптимального состава керамики для разных отраслей;

• испытаниях материала при воздействии влаги, температурных колебаний и излучения;

• оценке долговечности и устойчивости в реальных условиях эксплуатации.

Исследования поддержаны Минобрнауки России и проводятся в рамках Десятилетия науки и технологий. Это означает, что проект имеет шанс выйти за рамки лабораторий и стать частью российской промышленности.

FAQ

Защищает ли новая керамика от всех типов излучения?
Нет, она наиболее эффективна против гамма-излучения и частично — нейтронного.

Можно ли использовать её в жилых зданиях?
Да, но целесообразнее применять в помещениях с источниками излучения — лабораториях, медцентрах, НИИ.

Чем она безопаснее свинца?
Состав не содержит токсичных веществ и не загрязняет почву при утилизации.

Мифы и правда

• Миф: "Эффективную защиту от радиации можно создать только из свинца".
  Правда: современные материалы на основе минералов и боросиликатов показывают высокий уровень защиты.

• Миф: "Натуральные материалы не выдерживают сильного излучения".
  Правда: новые керамики выдерживают нагрузки, сопоставимые с промышленными экранами.

• Миф: "Экологичные материалы слишком дорогие".
  Правда: в данном случае себестоимость в разы ниже аналогов благодаря использованию отходов.

Интересные факты

• Борная кислота активно применяется в атомной энергетике для регулирования нейтронного потока.
• Аналогичные исследования проводятся в Иордании, Вьетнаме и Египте — страны используют собственные глины.
• Керамические экраны могут служить до 30 лет без потери защитных свойств.

Исторический контекст

Использование тяжёлых металлов для защиты от излучения началось в середине XX века, с развитием атомной энергетики. Однако уже тогда экологи предупреждали о рисках свинцового загрязнения. Новое поколение материалов на основе глин и силикатов открывает возможность перейти от токсичных технологий к "зелёной радиационной защите", где природа становится союзником науки.