Plexisklo s bismutem nabízí levnou a praktickou ochranu proti záření  
Materiály, které nás chrání před ionizujícím zářením, bývají masivní, těžké a pěkně jedovaté. Polymer PMMA smíchaný s oxidem bismutitým a tvrzený UV zářením by mohl změnit pravidla této hry. Je velmi lehký, levný a jeho výroba není nic složitého.

 

Uměle vypěstovaný krystal bismutu. Kredit: Aram Dulyan / Wikimedia Commons.
Uměle vypěstovaný krystal bismutu. Kredit: Aram Dulyan / Wikimedia Commons.

Ionizující záření dovede živým organismům napáchat značné škody. Proto je ochrana proti takovému záření, především pokud jde o lidi, významným problémem řady odvětví, včetně vojenského průmyslu, civilní jaderné energetiky, jaderné medicíny nebo letů do vesmíru. Potíž je ale v tom, že stávající materiály, které využíváme k ochraně před zářením, bývají masivní, velmi těžké a v řadě případů rovněž dost toxické.

 

 

North Carolina State University, logo.
North Carolina State University, logo.

 

Vědci a inženýři proto hledají nové alternativy, které by mohly dnes používané ochranné materiály nahradit. Zkoušejí například polymery, které jsou dopované různými dalšími materiály. Takto by mohl vzniknout kompaktní, lehký, relativně netoxický a především levný, čili praktický materiál pro ochranu před zářením.

 

Právě na takovém materiálu pracuje tým, který vedl Da Cao z americké North Carolina State University (NCSU). Vyvíjejí polymer, který by měl ve srovnání s klasickou ochranou proti záření být mnohem lehčí, levnější a šetrnější vůči životnímu prostředí. Jde o polymethylmethakrylát (PMMA), čili slavné plexisklo – průhledný polymer s vlastnostmi termoplastu – do něhož Cao a spol. dostali částice oxidu bismutitého Bi2O3. Když pak tento materiál vystavili působení UV záření, tak získali velmi lehký a pevný materiál, který velmi efektivně blokuje nebezpečné gama záření. Cao a jeho kolegové zkoušeli různá množství oxidu bismutitého, až do koncentrace 44 procent. Výsledný materiál nejen chrání před zářením, ale je také sympaticky pevný.

 

Umění z plexiskla. Kredit: Manfred Kielnhofer / Wikimedia Commons.
Umění z plexiskla. Kredit: Manfred Kielnhofer / Wikimedia Commons.

 

 

Oxid bismutitý je velmi běžný materiál, který se uplatňuje v celé řadě průmyslových aplikací. Bismut-209 byl dlouho považovaný za zcela stabilní izotop, i když to odporovalo teoretickým výpočtům. Teprve nedávno se zjistilo, že bismut vlastně podléhá alfa rozpadu. S poločasem rozpadu 2 krát 1019 let jde o jeden z nejpomaleji se přeměňujících se přirozených izotopů. Přesto nejsou sloučeniny bismutu toxické, na rozdíl od jiných těžkých kovů.

 

Podle badatelů je výroba tohoto materiálu pomocí tvrzení UV zářením jednodušší, nežli u jiných podobných materiálů, kdy bývá nezbytná vysoká teplota. Vytvrzený polymer PMMA s oxidem bismutitým je možné vytvořit během pár minut a v pokojové teplotě. U konkurenčních polymerů s podobnými vlastnostmi se uplatňuje termální polymerizace, která obvykle vyžaduje vysoké teploty a celé hodiny nebo i dny času. Nový materiál by teď mohl nalézt široké uplatnění, kvůli své nízké ceně, rychlé a dostupné výrobě i cenným vlastnostem.

 

Literatura

North Carolina State University 11. 5. 2020.

Nuclear Engineering and Technology online 29. 4. 2020.

Datum: 15.05.2020
Tisk článku

Komplementární myšlení Nielse Bohra v kontextu fyziky, filosofie a biologie - Grygar Filip
 
 
cena původní: 439 Kč
cena: 386 Kč
Komplementární myšlení Nielse Bohra v kontextu fyziky, filosofie a biologie
Grygar Filip
Související články:

Obvody odolné vůči záření z mechanických součástek     Autor: Stanislav Mihulka (01.07.2012)
Nejdrsnější zvíře světa si chrání DNA radiačním štítem     Autor: Stanislav Mihulka (22.09.2016)
Mimozemský život by se mohl živit energií kosmického záření     Autor: Stanislav Mihulka (14.10.2016)



Diskuze:

Mírně související

Pavel Nedbal,2020-05-16 22:13:29

záležitost se odehrála tak v roce 1980. Pracoval jsem v Laboratorních přístrojích, závod 03 Polná u Jihlavy. Byl jsem jako chemik pozván k řediteli, kde se za přítomnosti nějakého tajemníka projednávala možnost vedlejší výroby cihel z polyetylenu namixovaného s nějakou sloučeninou boru. Tehdy, jak jsem pochopil (neříkali to rádi), měli soudruzi strach z neutronové zbraně a hledali nějaký stínicí prostředek, kterým by něco/někoho stínili. Zmizelo to do ztracena.

Odpovědět

Ochrana proti Gamma

Karel Marsalek,2020-05-16 00:04:49

Bi2O3 ma hustotu ca. 9g/cm3, voda i PMMA maji 1,0 g/cm3, olovo kolem 11 g/cm3. Podle hustoty tyto latky absorbuji gamma zareni. Jako vyhodu vidim, ze to neni olovo, ktere se pri manipulaci otira (a navic ROHS!), a zadruhe, ze pridavek Bi2O3 zvysi hustotu a tudiz snizi objem, coz muze byt pro urcite aplikace vyhodou.

Odpovědět


Re: Ochrana proti Gamma

Florian Stanislav,2020-05-16 00:50:45

Článek píše : "Přesto nejsou sloučeniny bismutu toxické, na rozdíl od jiných těžkých kovů."
https://www.pentachemicals.eu/soubory/bezpecnostni-listy/oxid_bismutity.pdf
"Nejzávažnější nepříznivé účinky ( oxidu bizmutitého) na lidské zdraví a životní prostředí
Dráždí kůži. Způsobuje vážné podráždění očí. Může způsobit podráždění dýchacích cest."
Hustota oxidu bizmutitého 9,328 g/cm3 .
Takže oxid bizmutitý jako sloučenina bizmutu jedovatý sám o sobě je a není lehký.
Bizmut má atomové číslo: 83.
BaO má hustotu 5,72 g/cm3, ve skle jedovatý není. Atomové číslo Ba : 56
PbO součást olovnatých skel má hustotu 9,349 g/cm³, ve skle jedovatý není. Atomové číslo Pb : 82.
Skla jsou často křehká, při výrobě je třeba teplota zhruba 1300°C, čili hodně energie.
Takže přínos oxidu bizmutitého vidím v tom, že lze za nízké teploty přidávat do plexiskla, které má malou hustotu a dobrou pevnost. To v podstatě říká i článek píše. Pohlcování záření je vyšší u atomů s vyšším atomovým číslem.

Odpovědět


Re: Re: Ochrana proti Gamma

Ladislav Strnad2,2020-05-16 14:53:27

No dobře. Tomu všemu rozumím, koneckonců bych si to mohl při vlastním googlení najít a sesumírovat.
Primárně mi šlo jen o doplnění článku asi v takovémto smyslu:
Deska z plexiskla silná řekněme 20 cm, s obsahem (10,20,30....) 44% oxidu bizmutitého zadrží gama záření se stejnou efektivitou, jako olověná deska silná 1mm,.....150mm,..... etc. Aby to bylo představitelné. Tím by byl smysl článku naplněn. Nebo nemám pravdu?

Odpovědět


Re: Re: Re: Ochrana proti Gamma

Florian Stanislav,2020-05-16 15:56:55

Jde o to, k čemu se má plexisklo s oxidem bizmutitým použít. Snad jako obličejové štíty. Nesouhlasím s tím, že současné materiály pro ochranu proti záření jsou jedovaté. Víme, že plexisklo je průhledné. Jestli je průhledné se 40% Bi2O3, to nevíme. Průhledná jsou i olovnatá skla ( 24% PbO - olovnatý křišťál.). Neprůhlednou vrstvu olova lze zatavit mezi vrstvy plastu, pak jedovaté otěry olova nebudou. Olověné pocínované vodovodní trubky vydržely jako přívody pitné vody z vodovodního řádu do domů vydržely v pořádku desítky let. Obsluhy rentgenů bývají chráněny zdí z barytového cementu (cement + BaSO4).

Odpovědět

Ochrana proti gama...

Ladislav Strnad2,2020-05-15 22:50:00

Článek hezkej, čtivej a zajímavej. Jen mi v něm chybí nějaká TTD (takticko technická data). Prostě porovnání účinnosti s klasickými ochranami. Nebyla by tedy nějaká čísla?

Odpovědět


Re: Ochrana proti gama...

Radoslav Porizek,2020-05-15 23:26:23

Tak tak.
Ono nielenze v clanku chyba kvantitativne porovnanie proklamovanej schopnosti absorbovat gamma ziarenie, ono tam dokonca nie je ani explicitne uvedene, ze to absorbuje lepsie.

Je tam len neexaktny privlastok "velmi efektivně" a dalej sa pise uz len pise, ze material je krajsi, ekologickejsi, lahsi, pevnejsi a vobec viac sexi - ale nie, ze lepsie absorbuje gamma ziarenie.
;)

Moja (mozno zla) predstava je, ze merna absorpcia je zrhuba rovnaka, a preto pouzivame ako stit tazke olovo. Lahky material by musel teda zaberat vacsi objem, co by bolo asi silne neprakticke.

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni




Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace