«Эта работа означает, что есть возможность использовать композитный металлический пенопласт для разработки более безопасных систем для транспортировки ядерных отходов, более эффективных конструкций для космических кораблей и ядерных конструкций, а также новой защиты для использования в компьютерных томографах», — говорит Афсане Рабиеи, профессор механики и аэрокосмической промышленности. инжиниринг в NC State и автор статьи о работе.Rabiei первым разработал прочную и легкую металлическую пену для использования на транспорте и в военных целях.
Но она хотела определить, можно ли использовать пену для ядерных или космических исследований — сможет ли она обеспечить структурную поддержку, защитить от сильных ударов и обеспечить защиту от различных форм излучения?С этой целью она и ее коллеги провели несколько тестов, чтобы увидеть, насколько эффективно он блокирует рентгеновские лучи, гамма-лучи и нейтронное излучение. Затем она сравнила характеристики материала с характеристиками сыпучих материалов, которые в настоящее время используются для экранирования.
Сравнение проводилось с использованием образцов одинаковой «поверхностной» плотности — это означает, что все образцы имели одинаковый вес, но различались по объему.Наиболее эффективный композитный пеноматериал против всех трех форм излучения называется «сталь-сталь с высоким Z» и состоит в основном из нержавеющей стали, но содержит небольшое количество вольфрама.
Однако структура пены с высоким Z была изменена, так что композитная пена, содержащая вольфрам, не была плотнее металлической пены, полностью изготовленной из нержавеющей стали.Исследователи проверили эффективность защиты от нескольких видов гамма-излучения. Различные исходные материалы производят гамма-лучи с разной энергией. Например, цезий и кобальт излучают гамма-лучи более высокой энергии, а барий и америций излучают гамма-лучи меньшей энергии.
Исследователи обнаружили, что пена с высоким Z сравнима с объемными материалами по блокированию гамма-лучей высокой энергии, но намного лучше, чем объемные материалы — даже массивная сталь — по блокированию гамма-лучей с низкой энергией.Точно так же пена с высоким Z превосходит другие материалы в блокировании нейтронного излучения.
Пена с высоким Z показала лучшие характеристики по блокированию рентгеновских лучей, чем большинство материалов, но была не так эффективна, как свинец.«Однако мы работаем над изменением состава металлической пены, чтобы она была еще более эффективной, чем свинец, блокируя рентгеновские лучи — и наши первые результаты обнадеживают», — говорит Рабие. «Преимущество наших пен в том, что они нетоксичны, а это означает, что их легче производить и перерабатывать. Кроме того, исключительные механические и термические свойства композитных металлических пен и их способность поглощать энергию делают этот материал хорошим кандидатом. для различных ядерных структур ".
Статья «Эффективность ослабления рентгеновских лучей и сравнение с гамма-лучами и нейтронами в композитных металлических пенах» опубликована в журнале «Радиационная физика и химия». Ведущий автор — Шуо Чен, недавний доктор философии. выпускник NC State. Соавтором статьи является Мохамед Бурхам, профессор ядерной инженерии в NC State.
Работа была поддержана Управлением ядерной энергии Министерства энергетики США в рамках гранта программы Университета ядерной энергии CFP-11-1643.