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

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



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