碱性土金属改性铋碲硼酸盐玻璃的先进多功能辐射屏蔽性能研究

为解决传统铅基辐射屏蔽材料的毒性问题，研究人员通过熔融淬火法制备了Eu3+掺杂的碱性土金属（Sr/Ba）改性铋碲硼酸盐玻璃（BBTE系列），结合XRD、FTIR和Phys-X软件分析，发现BaO改性玻璃具有最优辐射屏蔽性能（LAC达1.929 cm?1@0.2 MeV），其等效原子序数Zeq和衰减效率超越商用Schott AG铅玻璃，为无铅屏蔽材料设计提供新思路。

　　

在核医学、航天和能源领域，辐射防护材料的需求日益增长，但传统铅基材料存在毒性高、环境危害大的问题。尽管铋基玻璃因低毒性和高原子序数成为潜在替代品，但其屏蔽效率与结构稳定性的平衡仍是挑战。此外，硼酸盐玻璃的"硼反常现象"和碲酸盐玻璃的成玻困难进一步增加了材料设计的复杂性。

中国某研究机构团队在《Radiation Physics and Chemistry》发表研究，通过熔融淬火法制备了五种Eu³⁺掺杂的铋碲硼酸盐玻璃（BBTE系列），分别引入SrF₂、SrO、BaF₂和BaO作为改性剂。研究采用XRD验证非晶态结构，FTIR分析BO₃/BO₄结构单元变化，Phys-X软件计算辐射参数，并通过蒙特卡罗模拟验证0.015-15 MeV能区的屏蔽性能。

XRD和FTIR：结构分析
XRD谱图显示所有样品在10°-80°范围内呈现典型非晶弥散峰。FTIR证实BO₃三角单元（700 cm^?1）和BO₄四面体（1050 cm^?1）的存在，BaO改性玻璃表现出最强的网络聚合度。

屏蔽性能评估
BaO改性玻璃（BBTE:BaO）展现最优性能：在0.2 MeV时线性衰减系数（LAC）达1.929 cm^?1，等效原子序数Z_eq为51.317（1.5 MeV）至28.456（15 MeV），均优于商用Schott RS360/520铅玻璃。其半值层（HVL）比传统铅玻璃降低约30%。

机械性能
弹性模量计算显示BaO改性玻璃具有最高体积模量（45.2 GPa），证实其结构致密化与屏蔽性能的正相关性。

该研究证实碱性土金属氧化物（特别是BaO）能显著提升铋碲硼酸盐玻璃的辐射屏蔽效率，其机理在于：1）Ba²⁺的高场强增强网络致密度；2）Bi₂O₃-TeO₂协同效应提高光子相互作用截面；3）Eu³⁺的微量掺杂优化Z_eff而不引发浓度猝灭。相比传统材料，BBTE:BaO玻璃兼具无毒性、高透明度和优异衰减能力，在医疗放射防护和核设施观察窗领域具有应用潜力。未来需进一步研究长期辐射暴露下的性能稳定性及工业化生产成本控制。