废药玻璃回收创新技术用于辐射屏蔽玻璃的制备与性能研究

本研究针对废药玻璃(PGW)的环境污染问题，创新性地将其转化为(70-x)PGW:20Na2O:10ZnO:xBaO体系的辐射屏蔽玻璃。通过熔融淬火工艺制备的玻璃系统，密度和折射率随BaO含量增加而提升，XRD证实其非晶态结构。实验与FLUKA模拟显示，BaO的引入显著增强X/γ射线屏蔽性能（MAC提升，HVL降低），同时具备热中子屏蔽潜力。该研究为Pb-free辐射防护材料开发及废药玻璃高值化利用提供新思路。

　　

在全球环境问题日益严峻的背景下，废药玻璃(PGW)的堆积成为不可忽视的污染源。据统计，随着人口增长和医疗需求上升，每年产生的药用玻璃容器数量激增，但传统回收技术未能有效解决其填埋问题。与此同时，传统含铅辐射屏蔽材料存在毒性高、不透明等缺陷。如何将环境废弃物转化为高性能功能材料，成为材料科学领域的重要命题。

泰国国家研究委员会与那空拍侬皇家大学玻璃技术卓越中心的研究团队，在《Radiation Physics and Chemistry》发表的研究中，开创性地将PGW转化为(70-x)PGW:20Na₂O:10ZnO:xBaO（x=0-25 mol%）体系的辐射屏蔽玻璃。研究采用熔融淬火法在1100°C制备样品，通过X射线荧光光谱、密度测量、折射率测试、X射线衍射(XRD)等技术表征基础性能，结合¹³⁷Cs源γ射线实验和FLUKA蒙特卡罗模拟评估辐射屏蔽效能。

玻璃制备与结构特性
通过熔融淬火工艺成功制备出透明度优异的玻璃样品。XRD分析显示所有样品均呈现典型的非晶态特征，无尖锐衍射峰，证实玻璃网络结构的形成。

物理与光学性能
随着BaO含量从0增至25 mol%，玻璃密度从2.45 g/cm³线性提升至3.12 g/cm³，折射率同步增加。这归因于Ba²⁺离子（原子量137.33）对PGW中轻质元素的替代效应，以及玻璃网络致密化。

辐射屏蔽性能
在120 kVp X射线和224.92-662 keV γ射线范围内：

• 质量衰减系数(MAC)最高提升37%，半值层(HVL)降低21%
• 25 mol% BaO样品对662 keV γ射线的屏蔽效能优于普通混凝土23%
• FLUKA模拟显示热中子截面随BaO增加而提高，因Ba具有高中子俘获截面

结论与意义
该研究首次实现废药玻璃在辐射防护领域的升级利用，所开发的PG玻璃系统兼具环境友好性和优异屏蔽性能：

1. 通过BaO掺杂策略，突破SiO₂-Na₂O-ZnO体系性能极限
2. 验证PGW基玻璃对X/γ射线和热中子的协同屏蔽机制
3. 为医疗/核工业领域提供可替代含铅材料的透明防护解决方案
   此项工作不仅推动废弃物资源化技术发展，更为设计新型多功能屏蔽材料提供理论依据，符合全球碳中和战略需求。