Bi2O3与MgO纳米颗粒增强PMMA伽马辐射屏蔽性能的机制研究

为解决传统铅基防护材料的毒性与重量问题，研究人员通过溶液浇铸法制备PMMA/Bi2O3、PMMA/MgO及PMMA/Bi2O3-MgO纳米复合材料，利用NaI探测器测定线性衰减系数（LAC）。结果显示，59.5 keV下PMMA/Bi2O3的LAC达0.759 cm-1，防护效率31.34%，证实其作为无毒轻质辐射屏蔽材料的潜力。

　　

在医疗诊断和工业领域，X射线和伽马辐射的广泛应用带来了显著的辐射暴露风险。传统铅基防护材料虽有效，但其毒性和重量限制了应用场景。据研究统计，铅暴露每年导致全球90万人死亡，而医疗人员长期接触辐射可能引发皮肤癌、白血病等疾病。这一矛盾催生了对新型无毒、轻质辐射屏蔽材料的迫切需求。

为应对这一挑战，研究人员通过溶液浇铸法（solution casting）制备了四种PMMA基纳米复合材料：纯PMMA、PMMA/Bi₂O₃、PMMA/MgO及PMMA/Bi₂O₃-MgO。研究采用钴-60（Co-60）、铯-137（Cs-137）和镅-241（Am-241）放射源，结合NaI探测器测定线性衰减系数（LAC），并与Phy-X理论值对比验证。通过扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射（XRD）分析材料形貌与晶体结构。

Preparation of the PMMA/nano-composites
研究通过将PMMA溶解于氯仿，掺入Bi₂O₃和MgO纳米颗粒，制备均匀分散的薄膜。该方法确保纳米颗粒在聚合物基质中的稳定性，为后续性能测试奠定基础。

Results and Discussion
XRD分析显示所有样品均呈非晶态，表明掺杂未改变PMMA的化学结构。SEM证实Bi₂O₃纳米颗粒在PMMA中均匀分布，形成光滑表面。辐射屏蔽测试中，59.5 keV下PMMA/Bi₂O₃的LAC（0.759 cm^-1）显著高于PMMA/Bi₂O₃-MgO（0.695 cm^-1），其防护效率达31.34%，优于其他组合。

Conclusion
该研究证实PMMA/Bi₂O₃在低中能光子区间（如59.5 keV）具有最优屏蔽性能，其非晶结构和高分散性为设计轻量化、环保型辐射防护材料提供了新思路。这一成果发表于《Radiation Physics and Chemistry》，为替代铅基材料在医疗和工业场景的应用提供了实验依据。