פריצות דרך אחרונות בחומרים מורכבים הביאו לשיפורים משמעותיים בהתנגדות לחדירה של חלקיקים אלפא.ההתקדמות הזו מתייחסת לצרכים קריטיים בבטיחות גרעינית, חקר החלל והגנה על קרינה רפואית, שבו אפילו הכוח המחלחל הנמוך של חלקיקי אלפא דורש הגנה אמינה, במיוחד נגד חשיפה פנימית. על ידי שילוב של מאגרי דיוק גבוהים עם מזחלות קלות משקל, עמידות, ומגבלות ארוכות טווח של הגנה מתקדמת יותר על פני הגוף, אשר מספק את עקרונות עיצובים מתקדמים יותר, אשר מספקים את עקרונות התפתחותיים מתקדמים יותר, מאובטחים מתקדמים יותר, חומרים מתקדמים יותר, מבטחים מתקדמים, אשר מספקים.

הבנת חלקיקים: נכסים ו Hazards

חלקיקים אלפא הם helium nuclei - שני פרוטונים ושני נויטרונים הקשורים יחד - מושתים במהלך דעיכה רדיואקטיבית של אלמנטים כבדים כגון אורניום, רדיום, ו plutonium. בגלל המסה הגדולה יחסית שלהם מטען קוסמי כפול חיובי, חלקיקי אלפא אינטראקציה עם חומר, לאבד אנרגיה במהירות באמצעות ion וציטוט אוויר, טיפוסי 5 MeV alpha נע רק 4 ס"מ עד חסימת סרטן עמוק או ירידה חיצונית.

הכוח העצור של כל חומר לחלקיקי אלפא תלוי בעיקר בדחיסות האלקטרונית ומספר אטומי.אלמנטים כמו להוביל לספק אינטראקציות קוליות חזקות, אבל הם כבדים ולעתים קרובות רעילים.נמוך.לא-Z חומרים כגון פולימרים עשירים מימן מציעים אובדן אנרגיה טוב ליחידה באמצעות עצירה אלקטרונית, אם כי הם דורשים עובי גדול יותר.האתגר נמצא בדחיסות, גמישות, ועלות - אתגר כי חומרים מורכבים היטב כדי לענות עלוב.

אסטרטגיות הגנה מסורתיות ומגבלות

מבחינה היסטורית, הגנה על חלקיקים אלפא התבססה על חומרים צפופים, הומוגניים.גלידים מובילים, קירות קונקרטיים וגושים פולימרים עבים הם הנפוצים ביותר.עופרת מספקת כוח עצירה מעולה עם צפיפות של 11.34 g / ס"מ3, אבל זה כבד, יקר, מעלה חששות רעילים במהלך הייצור וסילוק. Concrete הוא זול ורב צדדי, אבל זה הוא עצום, עבה, עבה, וגזעני עבור יישומים ניידים או פולימרים כגון אלה הם דורשים חומר פולימרים מאוד (ממים) הם בעלי עוצמה פולימרים גבוהה כמו פולימרים).

יתר על כן, חומרים מסורתיים לעתים קרובות מידרדרים תחת חשיפה ממושכת לקרינה.פולימרים עשויים לחצות קישורים או שרשרת-scission, לאבד יושרה מכנית.עופרת יכול לזחול וחמצן.מגבלות אלה מונעות מחקר לעבר תרכובות המשלבות את התכונות הטובות ביותר של מספר רב של קונדומים: קל משקל, גמיש מוטבע עם נחיתות גבוהה או ממלאים אטומיים גבוהים המספקים כוח עליון ללא מפולים של חומר מפולסיבית.

Rationale חומרים Composite בקרנות מגן

חומרים Composite מציעים גישה מודולרית להגנה על עיצוב. על ידי בחירת ממטריקס מתאים ושילובים מלא, מהנדסים יכולים להתאים צפיפות, עובי, גמישות, יציבות תרמית, ואפילו עלות עבור יישומים ספציפיים.המטריקס - לעתים קרובות פולימר כגון epoxy, צפיפות פוליאורטן, או סיליקון - מספק תמיכה מכנית ויכול להיות מיוצר לתוך סדינים דקים גמישים, אשר עשוי להיות בצורת חלקיקים או חלקיקים מעורבים, ובכך לשפר את חומר nanob יעיל יותר, ובכך לשפר את החלקיקים.

אחד היתרונות הגדולים ביותר של מדפים הוא היכולת לייצר מגינים קלים שניתן ללבוש כמו בגדים מגן או להשתלב לתוך קירות חלל מבלי להוסיף מסה כבדה ללא הגבלה. עבור יישומי חלל, כל קילוגרם של תשלום נושאת עלות שיגור משמעותית, כך צמצום מסה מגן תוך שמירה על ביצועים הוא עדיפות עליונה. Composites גם לאפשר מעברי רכוש הדרגתיים - חומרים ממושמעים - שיכול לייעל את האנרגיה-על פני עובי מגן על פני עובי.

עקרונות עיצוב מרכזיים עבור אלפא-Particle-Resistant Composites

בחירת מטריקס ו- Filler

ממטריקס פולימר חייב להיות תואם את הממלא, תהליך שניתן לצורה הרצויה (גליון, ציפוי, חלק מודפס תלת-ממדי), ויציב תחת סביבת הקרינה המיועדת.אפoxy resins מציעים כוח גבוה ודבקות טובה למילויים רבים, אבל הם יכולים להיות מתפתלים. פוליאורתנס לספק גמישות והתנגדות בטן.

מלאנים נבחרים להגביר את הכוח. אלמנטים של High-Z כגון tungsten (Z=74), bismuth (Z=83), ולהוביל (Z=82 הם נפוצים. Boron (Z=5) ואת תרכובות שלה (למשל, בורון nitride, ברון carbide) הם שימושיים לא רק עבור קליטת אלפא, אלא גם עבור ניטרון מתכת כמו תחמוצת דו תחמוצת לוואי (O) הם פחות יעיל יותר רעילים) כי הם פחות יעיל יותר על פני השטח (אומטרה) הם פחות יעיל יותר ויותר נמוך יותר מאשר חמצני (אומטרה) הם פחות יעיל יותר ויותר נמוך יותר ויותר נמוך יותר חמצני) כי הם פחות יעיל יותר על פני השטח) הם פחות יעיל יותר על פני השטח (אונקציה) הם פחות יעיל יותר מאשר חמצני (אומטרה) כי הם פחות יעיל יותר על פני השטח) הם פחות יעיל יותר מאשר חמצני (אומטרה ירידה במשקל נמוך יותר עבור חמצני) הם פחות יעיל יותר עבור חמצני (אומטרה ירידה במשקל נמוך יותר יעיל יותר יעיל יותר יעיל יותר עבור חמצני) הם פחות יעיל יותר עבור חמצני) הם פחות יעיל יותר יעיל יותר יעיל יותר יעיל יותר על פני השטח) הם פחות יעיל יותר (או

הפסקת כוח ואנרגיה אובדן מכניקה

הנוסחה Bethe-Bloch מתארת את השיעור הממוצע של אובדן אנרגיה (כוח הפסקת חשמל) עבור חלקיקים טעונים העוברים באמצעות חומר:

(ב) [17] , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

(ב) [17] ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

תוצאות חיפוש בNanocomposite Materials

Boron Nitride ננוקום

Boron nitride (BN) קיים במספר צורות, כולל hexagonal BN (h-BN, בדומה גרפיט) ו- mN. כאשר חלקיקים של h-BN מפוזרים במריצה פולימרנית (למשל, epoxy או סיליקון סביבות), הם מספקים גם מספר אטומי גבוה (ב- Z5=5), חנקן Z7) והתנהלות תרמית מעולה הראו כי 5-15% מתאים ל-NVDVDVMA, לעומת 30.

גרפן-היד פולימרים

Graphene ו נגזרותיה (כלי מטריה , oxide מופחת גרפן oxide) הם בעלי עניין בשל הכוח יוצא דופן שלהם, שטח פני השטח גבוה, ו מוליכות חשמלית.למרות שלגרפן לבד יש מספר אטומי נמוך (Z=6), צפיפות גבוהה שלו כאשר ערימה (דחיסות מודולרית 2.267 גרם) או 3) והיכולת ליצור רשתות מחוסמות יכולות להגביר את הכוח.

Metal Oxide Nanoparticles

תחמוצת ביסמוט (Bi2O3) ו tungsten oxide (WO3) חלקיקים משמשים נרחב בגלל צפיפות גבוהה שלהם (9.0-10.8 g / ס"מ3 עבור B2O3, 7.16 g / חלקיקים עבור WO3) ו CMH יכול גם לשפר את יעילות הפחתת חום יחסית לעומת מתכת טהורה או דות. כאשר משולבים לתוך פוליאורת, 22 יכול לספק פחות חמצן נמוך של חמצן עם חלקיק.

אדריכלות רב-שכבות ו-Std Composite Architectures

בסביבה הקרובה של Layer-by-Layer Assembly

שכבות שכבתיות (LbL) כרוכות בפיקד שכבות של שני חומרים שונים, לעתים קרובות פולימר וסרט nanoparticle-laden, כדי ליצור מבנה ננומטרי מלוטש.כל שכבה ניתן לייעל עבור פונקציה מסוימת: שכבות חיצוניות עבור עמידות abrasion, שכבות פנימיות עבור חלקיק, ושכבות ביניים כדי לנהל התרחבות תרמית.

חומרים מתקדמים (FGMs)

FGMs הם מורכבים שבו ההרכב או הצפיפות משתנה כל הזמן משטח אחד לשני.עבור הגנה אלפא, עיצוב משותף הוא עלייה הדרגתית ריכוז מלא הפנים הקדמי אל הפנים האחוריות.מבנה זה ממקסם אובדן אנרגיה ליד פני השטח האחורי (שם חלקיק אלפא יש משקל נמוך ולכן כוח לעצור גבוה יותר) תוך שמירה על משקל נמוך על פני השטח שבו החלקיק הוא יותר אנרגטית מחקרים הראו כי זהה 10% 2D טכניקות כגון ירידה של 2D2D ירידה במשקל, 000 כמו 2D 2.

אתגרים ייצור ו Scalability

בעוד שתרכובות מעבדה מראות הבטחה, מעבר לייצור המוניות יעיל מציג כמה מכשולים.פיזור אחיד של חלקיקים נשאר קשה - אגנטרופיטים ליצור נקודות חלשות ולהפחית את היעילות מגן, אולטרה סאונד, כדור מילימטר, ו in-itu-situizing הם שיטות פיזור נפוצות, אבל הם מגבירים את הזמן ואת העלות.

חששות סביבתיים ובריאות מתעוררים גם: רבים ממריצים גבוהים (למשל, תרכובות מובילות) הם רעילים או מוסדרים. ⁇ ותרכובות tungsten נחשבים בטוחים יותר, אבל הם יקרים יותר. Recycling חומרים מורכבים לאחר השימוש הוא בעיה נוספת - מפריד מלא ממטריקס ללא הפסד ביצועים עדיין לא קיימא מבחינה כלכלית.

בדיקות ואופי של Composite Shields

(הבדיקה המאומצת היא חיונית לאמת את הביצועים של תרכובות חדשות.השיטה הישירה ביותר מודדת את העברת חלקיקי אלפא באמצעות דגימות של עובי ידוע.A התקנה טיפוסית משתמשת מקור mericium-241 (241Am) הנפלט 5.486 חלקיקי MeV alphaspec, מדגם, וגלמנטום-FLT2Fide (מספק את ה-DV) באמצעות מיקרוסקופית:0FLT2FIVE) מחושבת:

בדיקה חשובה במיוחד היא היציבות לטווח ארוך תחת אימת אלפא קבוע. פולימרים רבים מחלחלים תחת מינון מצטבר, המוביל לחיסול או לדמנציה. Accelerated בדיקות ההזדקנות באמצעות מקורות עתירי גבוה (למשל, cyclotron-produced alpha beams) יכול לדמות שנים של חשיפה בשבועות האחרונים על BN- מלא oxyepoxy הראו פחות מהפחתה של 10% באפקטיביות אלפא (Gremeremerecereative) לאחר שנים מורכבות יותר.

המונחים:

(FLT:0) תעשיית ננוקלאר: פועלים 1FLT במעבדת צמחים, מתקני אחסון פסולת, ואת אתרי פירוק דורשים פרוספקנים גמישים וקלים המספקים הגנה אמינה אלפא. Composites מציעים יתרון לביש על גומי מוביל קוהור.

(FLT:0) חקר החלל: איור 1 (ראה: ⁇ ) חלקיקים מן הקרניים הקוסמיות הגלקטיות (GCR) ואירועי חלקיקים סולאריים מהווים סיכון כרוני לאסטרונאוטים. hulls Spacecraft עשוי כיום מאלומיניום, המספק הגנה מוגבלת.הוספת שכבה דקה של חתמת גבוהה על קירות פנימיים יכול להפחית משמעותית את שיעור המינון.

(FLT:0Medical Applications: FLT:1 טיפול אלפא ממוקד (TAT) משתמש באיזוטופים אלפא-ממיטים כגון 225Ac ו 211 At כדי להרוג תאים סרטניים תוך ספיגה סביב רקמות בריאה.מגן עבור אנשי רפואה הכנת וניהול טיפולים אלה דורש חומרים דקים וגמישים המתאימים בתוך תאים חמים.

מחקר מדעי:0 (FLT:1 Laboratories מטפלות במקורות אלפא-ההההסמכה לפיזיקה גרעינית או ניטור סביבתי זקוק למגן שניתן לשנות בקלות או לעבור.

כיוונים עתידיים למחקר

למרות ההתקדמות, כמה תחומים דורשים עבודה נוספת.FLT:0 ייצוב לטווח ארוך 1FLT תחת קרינה משולבת רכיבה על אופניים תרמיים צריך חקירה שיטתית, במיוחד עבור חומרים המיועדים לחלל החיצון שבו הטמפרטורה עולה על 200 מעלות צלזיוס:2Self-healf-healf-healf-healf-healf-healf-healf-healing מבנים מורכבים ממיקרו-FLT 3, אשר יכול לתקן microcracks הנגרמת על ידי נזק קרינה נחקרים על ידי סגסוגת מ-Fulows-Falpherd;

(FLT:0)Computational Modeling: 1 בינואר) באמצעות קודי מונטה קרלו (למשל, FLUKA, Geant4) יכול להאיץ את העיצוב של שילובי מטריקס אופטימלי ופרופילי ⁇ , צמצום מספר הניסויים הניסויים הניסויים. אלגוריתמי למידת מכונה גם מאומנים על נתונים קיימים כדי לחזות את הכוח של חידושים מורכבים.

לבסוף, הדחף לעבר חומרים ירוקים (FLT:0) 1 (FLT:1) הוא עניין המניע בממלאים שמקורם ממקורות מתחדשים או תוצרי לוואי תעשייתיים.לדוגמה, זבוב אפר (שעבוד פחם) מכיל כמויות משמעותיות של ברזל ו- titanium oxides ונבחן כמלאת בעלות נמוכה.

מסקנה

חומרים Composite התפתחו מפרסומות פשוטות לאדריכלות המונדסת בדיוק המציעות התנגדות גבוהה לחדירה חלקיקים אלפא.על ידי שילוב פולימרים קלים עם מחסנים גבוהים של Z במיקרו- וננומטרי, החוקרים השיגו הגנה על ביצועים דומים לחומרים מסורתיים בשבריר של משקל.ננוposites, מבנים מולטי-שכבות, ועיצובים ממושמעים פונקציונליים מייצגים את מצב האמנות, עם גישה בטוחה יותר, עם תהליכים מתקדמים, עם יעילות גבוהה יותר, תוך שמירה על פני השטח, תוך שימוש בתהליכים מתקדמים, תוך שמירה על פני השטח, תוך שמירה על פני השטח, תוך שימוש בטכניקות אבטחה, וחדשנות יעילה יותר, תוך שמירה על פני השטח, וחדשנות יעילה, כמו גם בתהליכים מתקדמים, תוך שמירה על פני השטח, תוך שמירה על פני השטח, וחדשנות יעילה, וחדשנות יעילה, ותהליכי משקל גבוה יותר, וחדשנות יעילה, תוך שמירה על פני השטח, עם תהליכי אבטחה גבוהה, ותהליכי אבטחה גבוהה יותר, עם תהליכי אבטחה גבוהה יותר, ותהליכי אבטחה מתוחכמות יעילה, עם תהליכי אבטחה מתוחכמות גבוהה יותר, עם תהליכי אבטחה מתוחכמות גבוהה, ותהליכי אבטחה מתקדמת, ותהליכי הגנה משולבת, ותהליכי אבטחה גבוהה יותר, עם תהליכי אבטחה גבוהה יותר, ותהליכי, ותהליכ