Ученые из Института физики Китайской академии наук Хо Чжипэн и его студент Чэнь Цзоян разработали новый композитный материал на основе боркарбида (B₄C) и полиэтилена высокой плотности (HDPE), усиленный свинцововольфрамовым наполнителем (PbWO₄). Они научились управлять его микроструктурой, что позволило значительно улучшить защиту от нейтронов и гамма-излучения одновременно.

Микроструктура — это внутреннее строение материала на уровне микрочастиц. От нее зависят прочность, гибкость и даже способность блокировать радиацию. Например, шероховатые сферы PbWO₄-III лучше «цепляются» за полимер, чем гладкие, — поэтому экран не рассыпается.

Результаты опубликованы в издании Composites Part A Applied Science and Manufacturing.

Раньше материалы либо плохо блокировали оба типа радиации, либо были хрупкими и быстро старели. Теперь же, меняя условия синтеза PbWO₄, исследователи получили три варианта микроструктур:

• PbWO4-I — веретенообразные частицы,
• PbWO4-II — гладкие сферы,
• PbWO4-III — шероховатые сферы.

Лучше всего показал себя третий вариант: частицы распределялись равномерно, прочнее связывались с полимером и не разрушались под ультрафиолетом. Свинец и вольфрам в составе поглощали гамма-лучи, бор — нейтроны, а полиэтилен придавал гибкость.

Готовый материал толщиной 15 см блокировал:

• 97,32% нейтронов от источника калифорния-252,
• 76,43% гамма-излучения цезия-137.

Это серьезный шаг вперед — теперь можно делать легкие, прочные и долговечные экраны для АЭС, медицинского оборудования или космических кораблей.

Главный плюс — универсальность. Обычно материалы либо для нейтронов, либо для гамма-лучей, а здесь — два в одном. Это сократит затраты на многослойную защиту в томографии или ядерных реакторах. В космосе, где вес критичен, такие композиты могут стать основой скафандров или обшивки станций.

Исследование не учитывает долгосрочное воздействие радиации на сам материал. Как поведет себя PbWO₄ после 10 лет облучения? Не начнет ли трескаться или выделять токсины? Без этих данных сложно говорить о реальном применении.

Ранее российские ученые разработали передвижной гамма-детектор с радиоуправлением.