Notizia

May 05, 2023

Ottimizzazione della schermatura dalle radiazioni gamma con cobalto

Scientific Reports volume 13,

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 8936 (2023) Citare questo articolo

217 accessi

2 Altmetrico

Dettagli sulle metriche

Nanocompositi di titanio drogato con cobalto sono stati fabbricati per essere utilizzati per scopi di schermatura dalle radiazioni. La composizione chimica dei compositi è stata misurata utilizzando lo spettrometro a raggi X a dispersione di energia. Inoltre, la struttura dei compositi è stata valutata utilizzando il diffrattometro a raggi X e la morfologia dei compositi fabbricati è stata presentata utilizzando il microscopio elettronico a scansione. Inoltre, le proprietà di schermatura dei raggi γ sono state stimate utilizzando la simulazione Monte Carlo tra 0,059 e 2,506 MeV. Il coefficiente di attenuazione lineare dei compositi fabbricati è diminuito di un fattore del 93% per tutti i campioni aumentando l'energia γ incidente tra 0,059 e 2,506 MeV. Inoltre, la sostituzione parziale del Ti4+ con il Co3+ ha leggermente aumentato il coefficiente di attenuazione lineare da 0,607 a 0,630 cm−1 quando il Co3+ è aumentato dallo 0 al 3,7% in peso. Il miglioramento del coefficiente di attenuazione lineare provoca un miglioramento di altre proprietà di schermatura delle radiazioni.

Le radiazioni ionizzanti ad alta energia come i raggi X vengono utilizzate in applicazioni come la radioterapia per eliminare le cellule cancerose e per l'imaging del corpo. Questa forma di radiazione elettromagnetica viene utilizzata anche nel campo della produzione di energia, in agricoltura e in molti altri settori, e ogni anno vengono creati nuovi usi per questa tecnologia1,2,3. Poiché le radiazioni ionizzanti hanno un'energia così elevata, questi fotoni possono anche indurre effetti collaterali negativi sul corpo umano come avvelenamento acuto da radiazioni, cancro e morte. Una tecnica comune per ridurre questi effetti consiste nell'utilizzare uno schermo anti-radiazioni che assorbe i fotoni in arrivo e riduce la quantità di radiazioni a un livello sicuro4,5,6. I nanomateriali superano le prestazioni degli schermi antiradiazione convenzionali grazie alle loro piccole dimensioni delle particelle, che si traducono in una dispersione più uniforme degli ossidi di metalli pesanti (HMO) riempitivi che vengono introdotti nello schermo. Una maggiore dispersione significa che la radiazione in arrivo ha una maggiore probabilità di essere assorbita o deviata dagli atomi all'interno del materiale, portando ad una maggiore attenuazione. Le nanoparticelle stanno diventando ampiamente utilizzate nella costruzione di materiali da costruzione in cemento come pasta di cemento, malte e calcestruzzi, che migliorano le proprietà dei materiali quando introdotti con nano HMO7,8,9,10,11,12.

Le nanostrutture di ossido di titanio sono spesso utilizzate come agente antimicrobico per l'industria dell'imballaggio alimentare o come fotocatalizzatori per la degradazione di composti organici perché queste nanostrutture sono semplici da elaborare, hanno un costo basso e la loro capacità di indurre queste reazioni può essere facilmente regolata senza sacrificare la stabilità termica o chimica del materiale. Il nano-TiO2 è chimicamente stabile, il che ne consente l'utilizzo nei materiali cementizi come riempitivo per migliorare le caratteristiche chimiche del materiale. Il Ti ha anche una sezione d'urto totale di reazione neutronica maggiore rispetto a Ca e Si nella maggior parte delle regioni energetiche, che vengono utilizzate per produrre il cemento convenzionale. Questa caratteristica fa sì che la pasta di cemento contenente nano-TiO2 abbia una migliore capacità di schermatura dei neutroni rispetto alla semplice pasta di cemento13,14,15,16,17.

Inoltre, il TiO2 stesso ha un costo basso, è reperibile in abbondanza, non è tossico ed è chimicamente inerte. È stato ampiamente utilizzato nell'industria dei rivestimenti, nella depurazione delle acque reflue e nei dispositivi di accumulo dell'energia. Il TiO2 come tipico semiconduttore di tipo n ha una concentrazione di portatori di soli 1017–1018 cm−3 e ha un elevato indice di rifrazione alle lunghezze d'onda visibili. Il TiO2 puro ha tre diversi polimorfi, ciascuno con la sua energia bandgap. Più specificamente, questi sono rutilo (per 3,0 eV), anatasio (per 3,2 eV) e brookite (per ~ 3,2 eV). Il bandgap del TiO2 può essere regolato drogandolo con vari ioni o difetti, che attivano il composto del TiO2 nello spettro della luce visibile; il TiO2 puro è attivo nella regione dell'ultravioletto. Introducendo ossidi di metalli di transizione e composti di metalli nobili nel TiO2, vengono creati fotocatalizzatori TiO2 a luce visibile, che possono essere utilizzati per rimuovere gli inquinanti dell'acqua. Gli ossidi di cobalto sono uno di questi droganti che stanno attirando l'attenzione a causa della loro straordinaria velocità nella riduzione fotocatalitica del biossido di carbonio (CO2) nella luce visibile e ultravilot e nelle celle solari sensibilizzate con coloranti per la produzione di energia18,19.