CeO2和Er2O3掺杂陶瓷的伽马/中子协同屏蔽性能研究及其在辐射防护中的应用

《Applied Surface Science》：The gamma and neutron shielding performance of CeO 2 and Er 2O 3 doped Al 2Si 2O 5(OH) 4–KAlSi 3O 8–SiO 2 ceramics

本研究系统探讨了CeO2和Er2O3掺杂对Al2Si2O5(OH)4–KAlSi3O8–SiO2陶瓷辐射屏蔽性能的增强作用。通过实验测量与EpiXS理论计算对比，证实掺杂可显著提升质量衰减系数(μ/ρ)、有效原子序数(Zeff)等参数，其中30%Er2O3样品展现出最优的伽马/快中子双屏蔽能力，为核医疗与航天辐射防护材料设计提供新策略。

　　

样品制备

本研究重点探讨了在陶瓷材料中添加氧化铈(CeO₂)和氧化铒(Er₂O₃)对其辐射屏蔽性能的提升作用。通过替换陶瓷混合物中石英组分的方式，以不同浓度梯度（0%、10%、20%和30%）添加上述氧化物，旨在显著增强材料对伽马射线和中子辐射的屏蔽效能。

结构特性

本部分通过扫描电镜图像对制备陶瓷的微观结构进行表征。采用20微米和5微米双倍率观察发现：Ce10样品呈现颗粒状表面形貌；Ce20样品在20微米尺度显示致密结构且孔隙率较低。高倍放大显示Er20样品形成独特的片层状结构，而Er30样品则出现更显著的颗粒团聚现象，这些微观结构变化直接影响了材料的辐射屏蔽性能。

结论

本研究成功开发出含CeO₂和Er₂O₃的经济环保型陶瓷材料，适用于伽马射线和中子屏蔽领域。随着氧化物掺杂浓度的增加，质量衰减系数呈现上升趋势，其中30%Er₂O₃样品表现出最低的半值层和平均自由程，标志着最优的辐射衰减能力。该材料在核反应堆屏蔽、医疗辐射防护等场景具有广阔应用前景。

作者贡献声明

Zekiye MADAK： 原始稿件撰写与实验研究

Berna Oto： 研究指导与实验设计

Esra Kavaz： 软件模拟与分析方法建立

Nurta? ?akar： 资源支持与方法优化

未引用参考文献

（该部分为文献索引核对清单，涉及辐射屏蔽领域最新研究进展的标注记录）

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响研究成果的财务利益或个人关系冲突

致谢

本研究获得凡城百年大学基金会资助（项目编号：FDK-2022-10180）