重晶石は、主として硫酸バリウムからなる非金属鉱物です。密度は4.3～4.5 g/cm³、モース硬度は3～3.5です。安定した化学的性質を持ち、水や塩酸に不溶で、無毒、非磁性であり、X線やガンマ線を効果的に吸収します。中国は重晶石資源が豊富で、埋蔵量では世界第3位、生産量では世界第1位です。世界最大の重晶石輸出国として、中国は国際市場において揺るぎない地位を占めています。
1. 放射線防護におけるバリウム含有化合物の利点
周期表で鉛よりも前に位置するバリウムは、非放射性で原子量が比較的大きいため、放射線遮蔽に非常に効果的です。 光電相互作用 放射線との併用により、電離放射線防護効果が向上します。さらに、バリウムイオンは高い誘電率と強い磁化強度を示し、非電離放射線に対する効果的な遮蔽に貢献します。
鉛ゲルX線防護服などの従来の放射線防護素材は、鉛酸化物による快適性と毒性に限界がありました。これに対し、日本は硫酸バリウムを含有した繊維を開発しました。この繊維は、強度0.99g/d、伸度26%を誇ります。この繊維は着心地が良いだけでなく、無毒性も備えています。
一般的に使用される放射線耐性セメントには、バリウムセメントとストロンチウムセメントがあります。ストロンチウムセメントはイオン遮蔽性に優れていますが、バリウムセメントはγ線とX線に対する遮蔽性に優れています。
機能性複合繊維板では、電磁波シールドに重晶石粉末、ゼオライト粉末、マグネタイト粉末が一般的に使用されています。中でも、重晶石粉末は最も優れたシールド効果を発揮します。110kHz以下の低周波域では、重晶石粉末、ゼオライト粉末、マグネタイト粉末の最大電磁波シールド効果はそれぞれ17.99dB、17.71dB、16.99dBであり、重晶石粉末が最も優れた保護効果を発揮します。
2. 重晶石の放射線防護応用に関する海外研究の現状
放射線防護材料への重晶石の利用に関する海外の研究は比較的早くから始まっていました。例えば、トルコのデミレル大学のアククル研究グループは、コンクリートの粗骨材と細骨材の両方に重晶石を使用し、水と骨材の比率を調整することで3種類の異なる重晶石コンクリートを作製しました。その結果、重晶石骨材はガンマ線に対する優れた遮蔽性能を示すことが確認されました。
同様に、ギュンターらは、硫酸バリウム、チタン酸バリウム、酸化ビスマスを含む複合繊維のX線吸収特性を利用して研究を行いました。これらの繊維から作られた糸や織物は、X線を効果的に遮蔽することがわかりました。
日本はまた、紡糸用のビスコース溶液に硫酸バリウムを添加する方法を提案し、新しいタイプの繊維を開発しました。この材料から作られた織物は、X線に対する顕著な減衰効果を示し、特に6kV、2mAの陰極X線源で97%の減衰を達成しました。
3. 中国における重晶石の放射線防護応用に関する研究の現状
（1）建設業
謝子瑩氏は、重晶石を主要骨材として用いる重晶石コンクリートは見かけの密度と緻密性を高め、X線やガンマ線を効果的に遮蔽できると提案した。
高宇鑫らは、高密度の重晶石砂とセメントを混合することで、重晶石放射線防護コンクリートを開発した。最終製品は、優れた機械的特性を維持しながら、見かけ密度3600kg/m³以上を達成した。
楊一博らは、砂鉄と重晶石を重質骨材として含む重質コンクリートについて研究を行った。この研究により、この材料を用いることで、見かけ密度が3600kg/m³を超え、中性子遮蔽基準を満たすC30中性子遮蔽重質コンクリートを製造できることが実証された。
（２）医療産業
劉金偉らは、重晶石を用いてナノ硫酸バリウムを製造し、これをビスコース紡糸溶液に添加することで、新しいタイプの複合フィルムを作製することを提案した。このフィルムは医療用X線防護服に使用され、純粋なビスコースフィルムと比較して44%高いX線吸収能を示した。
馬俊志らは、紡糸前注入技術を用いてビスコース原液に硫酸バリウムを配合し、放射線耐性ビスコース短繊維を製造した。繊維内部に硫酸バリウムが均一に分散することで、結晶性が向上した。試験の結果、硫酸バリウム含有量の増加に伴い、個々の繊維と得られた織物の両方がX線吸収量を増加させ、放射線防護性能が大幅に向上することが確認された。
（3）その他の産業
重晶石は携帯電話の信号遮蔽材の充填材としても利用されています。
袁全平は、ステンレス鋼シールド材に重晶石粉末を充填することで、100kHzから139MHzの周波数範囲で10dBを超える電磁シールド効果が得られ、22.59MHzで17.99dBに達すると提案した。しかし、139MHzから341MHzの周波数範囲ではシールド効果は5～9dBに低下し、周波数が上昇するにつれて1dBを下回る。興味深いことに、795MHzから1.25GHzの範囲では、シールド効果は1～3dBに増加する。
楊華明らは、重晶石粉末を用いた重晶石系複合導電性粉末（SSB）を開発した。導電性コーティングにSSBを組み込むことで、100dB以下の電磁波に対して40dBという中程度の遮蔽効果を達成した。 MHz.
結論
1. 重晶石の放射線防護特性
重晶石は主成分である硫酸バリウムのため、放射線防護に効果的です。原子量が大きく、単位体積あたりの原子数が多く、光電効果の確率が高いため、放射線エネルギーの吸収効率が非常に高くなります。さらに、バリウムイオンは高い誘電率と強い磁化強度を示すため、電磁放射線を効果的に減衰させます。
2. 他の放射線防護材料に対する重晶石の利点
他の放射線遮蔽材料と比較して、重晶石は世界的に豊富な埋蔵量を有し、特に中国は重晶石の生産量で世界をリードしているため、大きな利点があります。他のバリウム含有化合物とは異なり、結晶構造がより緻密で、密度が高く、光電効果の確率が高く、加工技術が簡単で、コストが低く、環境への影響が少ないという特徴があります。
3. 現在の応用と研究のギャップ
現在、重晶石は主に建設業界のコンクリートの放射線防護に使用されています。また、医療用防護服の添加剤や、電子信号遮蔽材のコーティングにも使用されています。しかし、その研究と応用は高速鉄道や軍事産業などの分野に限られており、さらなる探査の可能性が秘められています。
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