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.

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.

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.