Композиционные материалы системы эпоксидная смола–W для радиационной защиты от гамма-излучения

С использованием метода химического отверждения получены композиционные материалы на основе системы эпоксидная смола–W с варьированием содержания W от 0 до 80 %. Проведенное исследование микроструктуры образцов показало, что при увеличении содержания W наблюдается более равномерное распределение зерен в матрице эпоксидной смолы. Для образцов с содержанием наполнителя до 40 % отмечена агломерация зерен W. Статистический анализ размеров зерен исходного порошка W выявил, что вероятный их диаметр составляет 475 нм. Получены значения эффективной и относительной плотностей экспериментальных образцов с помощью метода Архимеда. Эффективная плотность изменялась в пределах от 1,16 до 4,36 г/см³ с увеличением содержания порошка W. Значения относительной плотности варьировались от 91 до 94 %, что свидетельствовало об отсутствии существенных дефектов при проведении испытания. Рентгеноструктурный анализ показал наличие фаз ОЦК-W и WO₂, что указывает на окисление W в тонком поверхностном слое материала. Моделирование в программном обеспечении Phy-X/PSD позволило оценить эффективность экранирования от гамма-излучения композиционных материалов при энергии излучения в диапазоне 0,8–2,5 МэВ. Образцы с содержанием наполнителя 60 и 80 % оказались наиболее подходящими для создания экранов радиационной защиты. Обнаружено, что добавление порошка W в эпоксидную матрицу способствовало уменьшению значений слоя половинного ослабления в 3,5 раза с 9,448 до 2,672 см для образцов с содержанием W 0 и 80 % соответственно при энергии излучения гамма-квантов 1,25 МэВ. Полученные результаты демонстрируют высокую эффективность предложенных композиционных материалов в экранировании гамма-излучения, что делает их достойным вариантом для создания экранов радиационной защиты.

1. Hou Y., Li M., Gu Y., Yang Z. (2017) Gamma Ray Shielding Property of Tungsten Powder Modified Continuous Basalt Fiber Reinforced Epoxy Matrix Composites. Polymer Composites. 39, 2106–2115.

2. Wani A. L., Ara A., Usmani J. A. (2015) Lead Toxicity: a Review. Interdiscip Toxicol. 8 (2), 55–64.

3. Trukhanov A. V., Tishkevich D. I., Podgornaya S. V., Kaniukov E., Darwish M. A., Zubar T. I., Timofeev A. V., Trukhanova E. L., Kostishin V. G., Trukhanov S. V. (2022) Impact of the Nanocarbon on Magnetic and Electrodynamic Properties of the Ferrite/Polymer Composites. Nanomaterials. 12, 868.

4. Lozitsky O. V., Vovchenko L. L., Matzui L. Y., Oliynyk V. V., Zagorodnii V. V. (2020) Microwave Properties of Epoxy Composites with Mixed Fller Carbon Nanotubes / BaTiO3. Applied Nanoscience. 10, 2759–2767.

5. Mohammed J. R., Salman M., Jubier N. J., Salim A. A. (2021) Improved Gamma Radiation Shielding Traits of Epoxy Composites: Evaluation of Mass Attenuation Coefficient, Effective Atomic and Electron Number. Radiation Physics and Chemistry. 179, 109183.

6. Tishkevich D. I., Zubar T. I., Zhaludkevich A. L., Razanau I. U., Vershinina T. N., Bondaruk A. A., Zheleznova E. K., Dong M., Hanfi M. Y., Sayyed M. I., Silibin M. V., Trukhanov S. V., Trukhanov A. V. (2022) Isostatic Hot Pressed W–Cu Composites with Nanosized Grain Boundaries: Microstructure, Structure and Radiation Shielding Efficiency against Gamma Rays. Nanomaterials. 12, 1642.

7. Verdipoor K., Alemi A., Mesbahi A. (2018) Photon Mass Attenuation Coefficients of a Silicon Resin Loaded with WO3, PbO, and Bi2O3 Micro and Nano-Particles for Radiation Shielding. Radiation Physics and Chemistry. 147, 85–90.

8. Crawley A. F. (1974) Densities of Liquid Metals and Alloys. International Metallurgical Reviews. 19 (1), 32–48.