A barita é um mineral não metálico composto principalmente de sulfato de bário. Possui densidade de 4,3 a 4,5 g/cm³ e dureza de Mohs de 3 a 3,5. Com propriedades químicas estáveis, a barita é insolúvel em água e ácido clorídrico, não tóxica, não magnética e absorve eficazmente raios X e gama. A China é rica em recursos de barita, ocupando o terceiro lugar global em reservas, mas o primeiro em produção. Como maior exportador mundial de barita, a China ocupa uma posição insubstituível no mercado internacional.
1. Vantagens dos compostos contendo bário na proteção radiológica
O bário, posicionado antes do chumbo na tabela periódica, não é radioativo e tem um peso atômico relativamente alto, o que o torna altamente eficaz na proteção contra radiação. Sua alta probabilidade de interação fotoelétrica A exposição à radiação aumenta a proteção contra radiação ionizante. Além disso, os íons de bário apresentam alta constante dielétrica e forte intensidade de magnetização, contribuindo para uma blindagem eficaz contra radiação não ionizante.
Materiais tradicionais de proteção contra radiação, como roupas de proteção contra raios X com gel de chumbo, apresentam limitações em termos de conforto e toxicidade devido aos óxidos de chumbo. Em contraste, o Japão desenvolveu uma fibra contendo sulfato de bário, que oferece uma resistência de 0,99 g/d e um alongamento de 26%. Essa fibra não é apenas confortável de usar, mas também atóxica.
Os cimentos à prova de radiação comumente utilizados incluem cimento de bário e cimento de estrôncio. Enquanto o cimento de estrôncio possui propriedades superiores de blindagem iônica, o cimento de bário oferece melhor blindagem contra raios gama e raios X.
Em painéis de fibras compostas funcionais, pó de barita, pó de zeólita e pó de magnetita são comumente usados para blindagem eletromagnética. Entre eles, o pó de barita demonstra a melhor eficácia de blindagem. Na faixa de baixa frequência abaixo de 110 kHz, a eficácia máxima de blindagem eletromagnética do pó de barita, pó de zeólita e pó de magnetita é de 17,99 dB, 17,71 dB e 16,99 dB, respectivamente, com o pó de barita proporcionando a melhor proteção.
2. Situação atual da pesquisa estrangeira sobre aplicações de proteção contra radiação de barita
Pesquisas estrangeiras sobre o uso de barita em materiais de proteção radiológica começaram relativamente cedo. Por exemplo, o grupo de pesquisa Akkur, da Universidade Demirel, na Turquia, experimentou com barita como agregado graúdo e fino em concreto, ajustando a proporção água-agregado para produzir três tipos diferentes de concreto de barita. Seus testes confirmaram que o agregado de barita oferece excelente desempenho de proteção contra raios gama.
Da mesma forma, Günther et al. estudaram fibras compostas contendo sulfato de bário, titanato de bário e óxido de bismuto, utilizando suas propriedades de absorção de raios X. Os fios e tecidos feitos com essas fibras demonstraram oferecer proteção eficaz contra raios X.
O Japão também propôs um método de adição de sulfato de bário a uma solução de viscose para fiação, desenvolvendo um novo tipo de fibra. Tecidos feitos com esse material demonstraram um efeito significativo de atenuação em raios X, alcançando particularmente a atenuação 97% de uma fonte de raios X catódica de 6 kV e 2 mA.
3. Situação atual da pesquisa sobre aplicações de proteção contra radiação de barita na China
(1) Indústria da Construção
She Ziying propôs que o concreto de barita, que usa barita como agregado principal, aumenta a densidade e a compactação aparentes, resultando em proteção eficaz contra raios X e raios gama.
Gao Yuxin et al. desenvolveram concreto de proteção contra radiação de barita combinando areia de barita de alta densidade com cimento. O produto final atingiu uma densidade aparente superior a 3.600 kg/m³, mantendo excelentes propriedades mecânicas.
Yang Yibo et al. investigaram concreto pesado contendo areia de ferro e barita como agregados pesados. Seu estudo demonstrou que este material pode ser usado para produzir concreto pesado com proteção contra radiação de nêutrons C30 com densidade aparente superior a 3600 kg/m³, atendendo aos padrões de proteção contra radiação de nêutrons.
(2) Indústria Médica
Liu Jinwei et al. propuseram o uso de barita para produzir nano sulfato de bário, que foi então adicionado a uma solução de fiação de viscose para criar um novo tipo de filme compósito. Este filme foi usado em roupas médicas anti-raios-X, demonstrando maior absorção de raios-X pelo 44% em comparação com o filme de viscose pura.
Ma Junzhi et al. utilizaram a tecnologia de injeção pré-fiação para incorporar sulfato de bário à solução de viscose, produzindo uma fibra de viscose à prova de radiação. A distribuição uniforme de sulfato de bário na fibra melhorou sua cristalinidade. Testes confirmaram que tanto as fibras individuais quanto o tecido resultante absorveram mais raios X à medida que o teor de sulfato de bário aumentava, melhorando significativamente seu desempenho de proteção contra radiação.
(3) Outras Indústrias
A barita também é utilizada como material de enchimento em materiais de blindagem de sinal de celulares.
Yuan Quanping propôs que o preenchimento de materiais de blindagem de aço inoxidável com pó de barita pode atingir uma eficácia de blindagem eletromagnética superior a 10 dB em frequências que variam de 100 kHz a 139 MHz, com pico de 17,99 dB a 22,59 MHz. No entanto, na faixa de frequência de 139 a 341 MHz, a eficácia da blindagem diminui para 5 a 9 dB e, à medida que a frequência aumenta, a eficácia cai para menos de 1 dB. Curiosamente, na faixa de 795 MHz a 1,25 GHz, o valor da blindagem aumenta para 1 a 3 dB.
Yang Huaming et al. desenvolveram um pó condutor composto (SSB) à base de barita. Quando incorporado em revestimentos condutores, o SSB alcançou uma eficácia de blindagem média de 40 dB para ondas eletromagnéticas abaixo de 100. MHz.
Conclusão
1. Propriedades de proteção contra radiação da barita
A barita é eficaz na proteção contra radiação devido ao seu principal componente, o sulfato de bário. Possui alta massa atômica, grande número de átomos por unidade de volume e alta probabilidade de efeito fotoelétrico, o que a torna altamente eficiente na absorção de energia radioativa. Além disso, os íons de bário apresentam alta constante dielétrica e forte intensidade de magnetização, proporcionando uma atenuação eficaz da radiação eletromagnética.
2. Vantagens da barita em relação a outros materiais de proteção contra radiação
Comparado a outros materiais de proteção contra radiação, oferece vantagens significativas devido às suas abundantes reservas globais, com a China liderando a produção mundial de barita. Ao contrário de outros compostos que contêm bário, apresenta uma estrutura cristalina mais densa, maior densidade, maior probabilidade de efeito fotoelétrico, tecnologia de processamento mais simples, menor custo e menor impacto ambiental.
3. Aplicações atuais e lacunas de pesquisa
Atualmente, a barita é usada principalmente na proteção radiológica de concreto na indústria da construção civil. É um aditivo em roupas de proteção médica e em revestimentos para materiais de blindagem de sinais eletrônicos. No entanto, sua pesquisa e aplicação permanecem limitadas em áreas como ferrovias de alta velocidade e a indústria militar, o que representa oportunidades potenciais para futuras explorações.
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