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防辐射光学玻璃

/radiation shielding optical glass/
条目作者蒋亚丝

蒋亚丝

最后更新 2022-01-20
浏览 141
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对高能辐射射线有较大吸收能力的光学玻璃

英文名称
radiation shielding optical glass
所属学科
材料科学与工程

按所防射线的种类分为防γ射线玻璃、防X射线玻璃和防中子玻璃。主要用作窥视窗和屏蔽材料,用于核工业、核医学、X射线和同位素实验室。防辐射光学玻璃的制造与普通光学玻璃相似。为增加透明度,常采用过渡金属低的原料。制造过程中要防止污染。

γ射线通过玻璃时,与物质互相作用,由于光电效应、康普顿效应、电子对形成和散射等原因而产生衰减。材料对γ射线的吸收能力常用质量衰减系数衡量,它随光子能量的增加而下降。玻璃的质量衰减系数与组成有关,符合加和性公式。以0.5兆电子伏光子为例,几种氧化物的质量衰减系数(厘米2/克)为:二氧化硅0.087、氧化硼0.081、氧化铝0.086、氧化锂0.082、氧化钠0.085、氧化钾0.086、氧化钡0.0967、氧化锌0.0847、氧化铅0.147、氧化钨0.122、氧化铋0.149。镧系和锕系氧化物都具有较大的质量衰减系数。

γ射线防护玻璃含有大量高质量衰减系数的氧化铋、氧化钨、氧化铅等氧化物。考虑到原料的来源及价格,使用最广的是含少量碱金属氧化物的高氧化铅硅酸盐或硼硅酸盐玻璃。典型牌号为ZF6重火石玻璃,其氧化铅含量为66wt%。各种防γ射线玻璃的线性衰减系数见表。

各种防γ射线玻璃的线性衰减系数
玻璃γ射线能量/MeV
0.51.03.0
线性衰减系数
石英玻璃0.190.140.08
硼硅酸盐玻璃0.210.160.09
光学玻璃K90.210.160.08
钡冕玻璃0.220.150.09
重火石玻璃0.800.410.21

X射线在玻璃中的衰减比γ射线的大,防护X射线常用氧化铅含量较低的ZF2重火石玻璃。电离辐射常在玻璃中形成色心,出现着色现象。辐射防护玻璃必须考虑降低辐射着色,故玻璃组成中大都含有二氧化铈。

通过对慢中子和热中子的俘获使其达到衰减。防中子玻璃中含有大量氧化硼、氧化镉、稀土氧化物等具有高吸收截面的氧化物。常用的防中子玻璃是氧化镉-氧化硼系统吸收热中子玻璃。为改善化学稳定性和物理性能,可添加适量二氧化硅、氧化铝。若要求在吸收热中子的同时吸收中子反应过程中所产生的γ射线,玻璃中可引入氧化铅。

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