铅硼铜钙玻璃系统的γ射线屏蔽性能研究：实验与XCOM数据的对比分析

本研究针对传统辐射屏蔽材料在医疗和核工业中的局限性，通过制备PbO-B2O3-CuO-CaO玻璃系统，结合实验测量与XCOM理论计算，系统评估了其γ射线衰减性能。结果表明，含45 mol% PbO的PBCC-4玻璃在0.0595-1.333 MeV能量范围内表现出最优屏蔽效率（RPE达100%-27.94%），为透明高效辐射防护材料的开发提供了新思路。

　　

辐射防护材料领域长期面临传统铅基材料厚重不透明、硼基材料低能区屏蔽不足等挑战。随着核医学和工业放射技术的快速发展，开发兼具高透明度与优异衰减性能的新型屏蔽材料成为迫切需求。在此背景下，研究人员通过创新设计PbO-B₂O₃-CuO-CaO四元玻璃系统，为这一难题提供了突破性解决方案。

研究采用熔融淬火法制备了四种不同PbO含量（30-45 mol%）的玻璃样品（PBCC-1至PBCC-4），利用高纯锗探测器（HPGe）和²⁴¹Am、¹³⁷Cs、⁶⁰Co三种γ源开展实验测量，结合XCOM理论计算，系统评估了线性衰减系数（LAC）、半值层（HVL）等关键参数。

密度与成分分析显示，随着PbO含量从30%增至45%，玻璃密度从4.783 g/cm³线性提升至5.917 g/cm³，为屏蔽性能奠定物质基础。衰减特性研究发现，所有样品在0.0595 MeV极低能区均实现100%辐射防护效率（RPE），其中PBCC-4的LAC值达21.244 cm^-1，显著优于对比组RS 360商业玻璃（LAC 0.23 cm^-1）。能量依赖性分析揭示，当γ能量升至1.333 MeV时，PBCC-4仍保持27.94%的RPE和0.321 cm^-1的LAC，其 tenth值层（TVL）仅3.933 cm，证实高PbO含量可有效拓宽屏蔽能谱范围。厚度效应实验表明，4 cm厚PBCC-1在1.333 MeV时的RPE可达65.12%，凸显几何尺寸对防护性能的调控作用。

该研究通过组分-结构-性能的精准调控，证实PbO-B₂O₃-CuO-CaO玻璃系统在宽能区（0.0595-1.333 MeV）的卓越屏蔽效能，特别是PBCC-4样品兼具高密度（5.917 g/cm³）与低TVL的特性，解决了传统材料在透明性与防护力之间的权衡难题。这一成果不仅为核设施观察窗、医疗放射防护等场景提供了新材料选择，其揭示的"重金属氧化物协同增效"机制更为下一代智能屏蔽材料的设计提供了理论依据。研究采用的实验-理论双验证模式，也为辐射防护材料的标准化评估建立了方法学范式。