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防辐射纤维及其纺织品研究 摘要：本文论述了辐射概念的内涵与外延，说明白辐射的危害及防护原则，重点分析了电离辐射及电磁辐射的防护技术及材料，探讨了针對职业人员的防辐射纤维及纺织品的制备方法及防护效果，阐述了辐射防护理念的科学化及辐射防护技术的升级，指出辐射防护纺织品的探讨主要针對职业人群，一般民众通常不须要进行电离辐射和非电离辐射的防护。文章同时针對目前电磁防护服存在的主要问题提出了有效的解决方法。 关键词：电磁辐射；电离辐射；防辐射纤维；防辐射纺织品 中图分类号：TS195.6 文献标记码：A 近年来，随着生活品质的提高，人们越来越关注生活环境中无处不在的辐射，而且對“辐射”存在着过度恐慌。本文在對辐射分类进行分析的基础上指出，在日常生活中，虽然电离辐射的危害性大干电磁辐射，而且电磁辐射也会對人体造成肯定的损伤，但在一般状况下，民众生活环境的电磁辐射水平都不会超标，因此通常状况下不须要對辐射具有畏惧心理，也无需對辐射进行特殊防护。因此，本文主要针對能够接触到有害辐射的职业人群，探讨辐射的防护技术，以及防护纤维与相关纺织品的开发。 1 辐射的概念与类型 “辐射”是指从中心向各个方向沿着直线伸展出去的形式。在物理学上，“辐射”是指热、光、声、电磁波、高能粒子等物质或能量向四周传播的一种状态。与其他能量或物质的传播条件不同，电磁波和高能粒子的辐射不须要起传递作用的介质，就可以在真空中传播。 辐射是一类有效的加工、探测手段，广泛应用于工业、农业、矿产探测、医学诊断及科学探讨领域。但过量的辐射会對生物体和材料造成损伤，当辐射传递的能量足够大时，可引起受到辐照的物质产生电离。因此，从物理学的角度，辐射据其對物质分子结构的变更程度，分为电离辐射和非电离辐射。能引起物质分子电离的辐射称为电离辐射，包括高速带电粒子、不带电粒子及电磁波x射线、射线等；而较低能量的辐射，如紫外线、可见光、红外线、微波、激光以及热辐射、声辐射等，都属于非电离辐射。明显，电离辐射更简单對人体和材料造成损伤，而非电离辐射，特殊是其中能量较低的微波或工频电磁波對人体和材料的损伤较小。 因为电离辐射對人体有明显的损伤，从而导致一般民众對“辐射”一词产生畏惧感。因此，从应用的角度来看，有的电磁专家、医学专家和国际组织反對将微波等电磁波照耀于人体的现象称之为受到电磁波的“辐射”，建议改称为“暴露”于这些电磁波。这一提议已经得到广泛的认可，在相关的国际标准和国家标准中已有体现。 2 辐射的危害与防护原则 辐射的危害包括對材料的危害和對人体的危害。与此相對应，防辐射技术也包括材料的防辐射和人体的防辐射两种类型。 2.1辐射的危害 电离辐射對材料和人体的危害是干脆导致材料的电离，破坏了材料和生物体的分子结构，从而造成對材料和生物体损伤。电离辐射可對受照本人造成损伤，并對其子代造成损伤。 人体暴露于微波等属于非电离辐射的电磁波中，虽然不会造成生物大分子的电离，但会因热效应、非热效应和积累效应而导致對人体的损伤。热效应是指生物器官受电磁波辐照导致升温而引起生理和病理改变的作用，这种损伤得到各国学者公认，并已将對热效应的防护体现到了各国的相关标准之中；非热效应是指生物器官虽未因电磁场导致升温，但人体器官犹如一个精密的电磁器件，会在外界电磁场作用下因不能实现良好的电磁兼容而导致功能失调甚至器质性病变。这种损伤被一部分探讨人员所认可，而有的学者则认为非热效应不至于對人体造成损伤；积累效应是指虽然人体所处环境的电磁场强度低于暴露限值，但长时间受到辐射也会因辐射效果的日积月累而导致损伤。也有学者将“积累效应”归并到“非热效应”之中，而认为只存在“热效应”和“非热效应”两类。 我国民众，特殊是媒体對核辐射和电磁辐射的危害普遍存在过度恐慌、过度渲染的现象。事实上，即便是全球核泄露最严峻的切尔诺贝利核电站事故，其危害程度也不像网络流传得那样严峻。中国核学会辐射防护分会理事长潘自强院士曾撰文介绍，切尔诺贝利事故因辐射死亡28人。联合国原子辐射效应科学委员会對涉及事故及清理工作的60万人跟踪14年后得出的探讨报告指出：除儿童时期受到照耀之后出现甲状腺癌症增加外，没有视察到可归因于电离辐射的各种癌症发生率或死亡率的上升，白血病的危急没有表现出增加，甚至在清理事故现场的工作人员也是如此。同时，也没有发觉一些其他的非恶性疾病与电离辐射有关的证据，但事故對人们的心理影响是广泛存在的，主要表现为惧怕辐射，然而人们并不了解当时实际受到的辐射剂量，只有当人体受照超出了辐射量限值才会對人体造成危害。 2.2防护原则 虽然微波等非电离辐射對人体的危害没有电离辐射那样严峻，但其防护原则可以沿用国际放射防护委员会提出的辐射防护三大原则实践正值化原则、防护最优化原则和剂量限值原则，即：對于有强电磁场等危害的场所，只是在有必要时才进入这样的场合；进入这种危急场合时应采纳尽可能完善的防护措施；应根据人体受照的剂量限值来限制职业人员的受照时间。 全部防护措施都是须要付出代价的，包括费用的代价及人员因运用防护装备导致工作效率和舒适感的下降。因此，對各种辐射的防护是“宽严皆误”。 3 辐射的防护技术和防护材料 3.1电离辐射的防护 电离辐射對人体和材料的危害很大，但不同的电离辐射在穿透实力、电离实力和對人体及材料造成损伤的程度方面有不同的表现，有的电离辐射不须要特地的防护材料即可有效阻隔，有的电离辐射则还没有有效的材料能加以阻挡和拦截。 粒子是带2个正电荷的氦原子核，有很强的电离实力，但由于其质量较大，穿透实力差，在空气中的射程只有几厘米，只要一张纸或健康的皮肤就能拦住，故不需运用特地的材料进行阻隔防护。 粒子是放射性物质发生衰变时放射出的高能电子，电离实力比粒子小得多，但穿透实力强。粒子和由电子加速器的高压电场加速的电子束均需用铝箔等金属薄片进行阻挡，因此金属箔片是防止高能电子入射的防护材料。 质子是带正电荷的亚原子粒子，高速质子流在人体中有极强的穿透实力，但单纯穿透對人体造成的损伤不大，通常作为医疗手段定位杀灭肿瘤细胞，公众和一般职业人员不易遭受高速质子的辐照，故不存在防护问题。 中子是电中性的粒子，不干脆导致电离，但易在衰变后引发电离。中子穿透实力极强，可穿透钢铁装甲和建筑物而杀伤人员，并可产生感生放射性物质，在肯定的时间和空间上造成放射性污染。高能中子可在空气中行进极长距离，其有效拦截物质是水等富含氢核的物质。在合成纤维中添加锂、硼、氢、氮、碳等中子汲取剂，并利用纤维集合体可起到使中子慢化的作用，對中子有肯定的拦截屏蔽作用，但通常只對低速热中子有肯定的阻隔效果。例如厚度5mm的含硼中子防护服，對热中子的防护屏蔽率为80%；含硼石蜡、含碳化硼的聚丙烯等均對热中子有肯定的屏蔽效果。 X射线是由高速电子撞击物质的原子所产生的电磁波，波长在0.0110nm之间，极具穿透性和杀伤力，通常用铅板、钡水泥墙等作为阻隔防卫材料。接触x射线较多的医务人员大多穿着局部插入铅橡皮的防护服装，来阻隔x射线；铅纤维与一般纤维混纺制成的服装比铅橡皮松软；在化学纤维中添加氧化铅、硫酸钡制成的防x射线纤维，制成纺织品后對低能x射线有肯定的遮挡效果，比铅衣松软轻巧。 射线是原子核能级跃迁蜕变时释放出的射线，是波长短于0.02nm的电磁波。谢线有比X射线更强的穿透力和杀伤力，医疗上用来治疗肿瘤。射线的防护材料与X射线类似，也采纳铅板、铅纤维与一般纤维混纺、以及含铅、硼、钡等元素的纤维及其他材料，均對射线有肯定的屏蔽作用，但防护效果不如X射线。 综上所述，电离辐射除粒子外，制成纤维状或织物状的防辐射材料尚难有效遮断高能射线和粒子流的入侵，仍旧以铅橡皮为最常用且相對有效的防护材料。 3.2电磁辐射的防护 电磁辐射的防护主要针對高频电磁波，依据现有的电磁辐射防护标准，對频率为30300MHz的电磁波有最严格的防护标准，即暴露限值最低。该频率范围以及更高的频率范围内的电磁波對人体的损伤主要是由电场造成的，對此进行防护主要采纳反射电磁波的机理，而汲取电磁波的防护方式相對困难，除非允许采纳很厚重的防护层，而这對于纺织品而言并不合适。 不锈钢、铜、铝、镍等电导率高的金属纤维是传统的屏蔽材料，但由此制得的防护服装过于沉重，手感偏硬。基于反射机理的防电磁辐射纤维常用的制取方法包括：以一般合成纤维为基材，在外层包覆金属层，制成镀铜、镀镍、镀银纤维；原位聚合聚苯胺、聚吡咯制成导电纤维；通过涂层加工，将导电的各种粉体附着在纤维表面制成高电导率的纤维。對这些纤维可制成合适的细度和长度，以使防电磁辐射纤维适合于后续纺织品或非织造布加工。 對于低频电磁波，虽然對人体的损伤很小，但在特别场合下，需将磁场集中在磁性纤维内，从而保证由磁性纤维护卫的人体内部只有很低的磁场强度。与金属纤维类似，传统的磁性纤维由铁镍合金等高导磁材料制成，目前发展成为以铁、铁氧体粉体添加到合成纤维中制得磁性纤维。 由上述高电导率纤维和高磁导率纤维制成的织物或非织造布，可获得电磁辐射防护效果。但能够干脆制成具有电磁屏蔽效果纺织品更为简捷的方法包括：采纳金属纤维或将金属化纤维与其他纤维混纺制备电磁屏蔽织物；對合成纤维织物干脆进行金属化处理；原位聚合聚苯胺、聚吡咯等导电高分子；施加导电涂层等。 通常采纳15%20%的不锈钢纤维混纺制成的电磁屏蔽织物，可使织物的电磁屏蔽效能达到20dB左右，而经过金属化处理的织物，屏蔽效能可达65dB左右。 但是，對于电磁辐射防护服装而言，因服装结构上存在一系列破坏整体密闭效果的缝隙孔洞和开口，故会使服装的电磁屏蔽效能大幅低于面料的电磁屏蔽效能。整体金属化处理的织物，即使在各开口设计上已经尽可能封闭，并配置带披风的帽子，但服装的屏蔽效能也只能达到30dB左右，如进一步提高屏蔽效能，则必需采纳全封闭结构，但防化服类的全封闭结构，会导致运用者热负荷增大，影响舒适性和功效性。 4 辐射防护的发展趋势 4.1辐射防护理念的科学化 近几年来，我国在辐射防护方面出现了防护理念泛化的现象。有的媒体过分夸大了电离辐射和电磁辐射的危害，甚至混淆电离辐射与非电离辐射的差异；也有人出于商业利益有意制造电磁污染的恐慌而兜售所谓的防辐射制品；有较高比例的公众對工作环境和生活环境的电磁辐射源有种种过分的担忧。 事实上，我国公众生活环境的电磁辐射水平，除了偶然发生的特别状况，电磁环境均不超标。民众所担忧的家用电器的电磁泄漏强度往往只有国际标准的一百零一分之几甚至千分之几；小区楼顶的通信基站放射的电磁场也呈现为往远处放射的分布，使基站下方的场强最低。这些状况将渐渐被民众所了解，而关于辐射防护纺织品的运用對象，终究会向职业人群集中，一般民众并不须要进行电离辐射和非电离辐射的防护。 4.2辐射防护技术的升级 如前所述，现有电磁辐射防护服存在屏蔽效能与穿着舒适性的冲突，密闭式防护服可以得到高屏蔽效能，但穿着闷气，影响舒适性和工作效率，而工作服款式的电磁辐射防护服则达不到高屏蔽效能，防护效果不志向。此外，还存在服装结构设计不合理导致电磁屏蔽效能下降、导电层不坚固简单在洗涤后脱离导致屏蔽效能下降，以及全频段电磁信号均被屏蔽、致使手机等部分工作用具的通信联系中断等问题。 这些问题的解决方法主要包括：對于因密闭性导致的屏蔽效能与舒适性发生冲突的问题，可以采纳在织物上织出小孔的方法解决，使小孔尺寸不大于须要防护的电磁波波长的1/51/3，从而使这些小孔的存在不影响對电磁波的屏蔽；對于服装结构设计不当导致屏蔽效能下降的问题，应防止服装上长条形孔洞的存在，因为长条形孔洞最简单造成电磁波泄漏；對于金属化纺织品的金属层在运用和洗涤中脱离，导致屏蔽效能下降的问题，可以在基布上采纳表面有大量微孔的合成纤维，使金属元素嵌入到纤维表面，起到铆合作用，提高金属层的附着力，提高电磁屏蔽作用的耐久性。 此外，在织物上印制具有频率选择表面特性的周期性结构单元，可使织物具有频率选择性透过的性能，成为一种透通频率可调的带通滤波器，即可使得电磁辐射防护服在阻隔电磁波、防止對人体损伤的同时，实现所需通信频率的电磁波畅通无阻。 第10页 共10页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页