钨酸铅基乳胶复合材料的制备及对γ射线的防护性能研究

摘要

随着核能在军事及生产中越来越广泛的应用，针对核辐射产生的各种辐射射线(如α、β、γ射线、二次γ射线及其它带电粒子和高能射线)的防护工作也显得越来越重要。而在众多种类的射线中，γ射线的防护又显得格外重要，因为，一般来说，γ射线的电磁波波长极短，具有极强的穿透本领，又携带高能量，容易造成生物体细胞内的DNA断裂进而引起细胞突变、造血功能缺失、癌症等疾病。钨酸铅是一种重要的无机闪烁体材料，它对γ射线有屏蔽作用，而且研究表明：低维钨酸铅的许多特殊的性能都取决其自身的结构和形貌。本文在室温下用湿化学方法合成了四种统一尺寸、形貌的低维PbWO4晶体，主要探讨了PbWO4晶体形貌与其对γ射线防护性能之间的关系。
　　 在室温、pH值为7的水溶液中，分别外加有机阴离子(乙酸根、草酸根)和表面活性剂(乙二醇、聚乙二醇600)，利用沉淀法合成了四种统一尺寸、形貌(梭形、哑铃形、球形、类双塔形)的低维PbWO4晶体。研究了它们的光致发光性质、影响PbWO4晶体生长的因素以及PbWO4晶体生长的机理。研究表明：PbWO4晶体的形貌和晶粒尺寸对它的光致发光性质有极大影响，其中，类双塔形的发光强度最大，而哑铃形最小；通过研究影响PbWO4晶体生长的因素，我们确定了合成四种形貌PbWO4晶体所需外加有机阴离子和表面活性剂的最佳浓度：乙酸根0.8mol/L、草酸根0.2mol/L、乙二醇500ml/L、聚乙二醇60050ml/L；PbWO4晶体之所以在外加有机阴离子或表面活性剂的条件下会生长成不同形貌主要是因为有机阴离子或表面活性剂通过对钨酸铅晶粒不同晶面的选择性吸附起到了控制其微观形貌的作用。这些研究对低维有序PbWO4晶体的制备具有一定意义。
　　 利用自制的阳离子分散剂对PbWO4晶体进行改性后加入天然胶乳里，用涂布法制成了胶片，对胶片的力学及对γ射线的防护能力进行了测试。研究表明：加入不同形貌PbWO4晶体的乳胶复合材料在两种性质上有一些差异，特别是在对γ射线的防护能力上；PbWO4晶体的形貌和晶粒尺寸对它的对γ射线的防护能力有极大影响，其中，类双塔形的防护能力最强，而哑铃形最弱。这些研究对提高以PbWO4为功能组元的γ射线防护材料的屏蔽率有一定意义。