Bor-10-Säure, ein „Neutronenfänger“, durchbricht die Schwachstelle des nuklearen Schutzes, und borhaltige Polyethylen-Abschirmungen werden im Inland hergestellt.

Eine scheinbar gewöhnliche weiße Plastikplatte kann die tödliche Neutronenstrahlung um mehr als 40 % abschwächen und wird so zu einer unsichtbaren Schutzrüstung für die Arbeiter in Kernkraftwerken.

„Normales Polyethylen kann Neutronen lediglich verlangsamen, aber nach Zugabe von Borsäure erhält das Material die Superkraft, Neutronen einzufangen.“

Die neuesten Testdaten zeigen, dass Polyethylenfolien mit einem Borsäuregehalt von 10 % weisen eine um 40 % höhere Neutronenstrahlungsabschirmungseffizienz auf als herkömmliches Polyethylen. Bei einer Verdreifachung der Strahlendosis sinkt die Leistung lediglich um 5 %, was deutlich besser ist als die 15%ige Dämpfungsrate herkömmlicher Materialien.

01 Technisches Prinzip, „Doppelversicherungs“-Schutzmechanismus von Bor-10

Der Hauptvorteil von borhaltigem Polyethylen ergibt sich aus die einzigartigen nuklearen Eigenschaften des Bor-10-Isotops Wenn hochenergetische Neutronen Polyethylen durchdringen, werden sie von Wasserstoffkernen abgebremst. Treffen die abgebremsten Neutronen auf Bor-10-Kerne, werden sie sofort eingefangen und es kommt zu einer Kernreaktion:

¹⁰B + n → ⁷Li + ⁴He + 2,31MeV

Die bei der Reaktion entstehenden Lithium- und Heliumpartikel haben eine extrem geringe Reichweite, und ihre Energie wird im Material deponiert. Dieser zweifache Mechanismus des „Abbremsens und Einfangens“ erhöht die Schutzwirkung exponentiell.

Der jüngste Durchbruch liegt in der Lösung des Borsäure-Dispersionsprozesses – das Team der Northeastern University Ich habe die Schmelzsalzmethode zur Synthese von Mg₂B₂O₅-Whiskern aus Borsäure-10 und Magnesit verwendet. , sodass das Bor-Element gleichmäßig in die Polyethylenmatrix in einkristalliner Form eingebettet ist und auch bei einem Bor-Gehalt von 12 % noch eine gute Zähigkeit aufweist.

02 Leistungsrevolution: Ein Sprung vom Labor zu Anwendungsszenarien

Auf einer Baustelle für die Brennstofferneuerung und Wartung eines Kernkraftwerks in Shandong demonstrierte ein Ingenieur neue Schutzausrüstung: „Früher wurden meine Hände taub, nachdem ich eine halbe Stunde lang Bleihandschuhe getragen hatte. Jetzt sind die borhaltigen Polyethylenhandschuhe 60 % leichter, und ich kann zwei Stunden am Stück arbeiten, ohne zu ermüden.“

Tests haben gezeigt, dass diese Handschuhe Sie bieten den gleichen Schutz wie bleihaltige Produkte, sind aber nur halb so schwer. Bis Juli 2025 hatte das Kernkraftwerk sein borhaltiges Polyethylen-Schutzsystem vollständig ersetzt.

Entscheidender ist jedoch die Anpassungsfähigkeit des Materials an die jeweilige Umwelt:

Temperaturbeständigkeit Im Temperaturwechseltest von -20 °C bis 80 °C beträgt die Härteänderung weniger als 5 %.

Ermüdungsresistenz Keine Risse nach 100-maligem Biegen, geeignet für bewegliche Schutzscheiben

Hohe Temperaturstabilität Das Gehäuse eines Strahlentherapiegeräts hat sich nach zweijähriger Nutzung in einer 60°C-Umgebung nicht verformt.

Auch der medizinische Bereich profitiert davon. Ein Hersteller medizinischer Geräte in der Provinz Jiangsu verwendet dieses Material zur Herstellung von Schutzhüllen für Gamma-Knife-Geräte. die 45 % leichter sind als herkömmliche Bleiabdeckungen und die Transportkosten der Ausrüstung um 30 % zu senken.

03 Industrieexplosion, inländische Substitution in Milliardenhöhe auf dem Markt

Die stark steigende Nachfrage treibt die rasante Entwicklung der Borsäure-10-Industriekette voran. Seit Juli 2025 wurden mehrere Großprojekte intensiviert. Darüber hinaus ergeben sich bedeutende technologische Spillover-Effekte. Bor-dotierte Kohlenstoffnanoröhren, die von einem Team der Chinesischen Akademie der Wissenschaften entwickelt wurden, nutzen die elektronenarmen Eigenschaften von Bor, um die Katalysatoradsorption zu verbessern und so eine Wasserstoffproduktionsrate von … zu ermöglichen. 22.453 mL·g⁻¹·min⁻¹ durch Methanolyse von Natriumborhydrid und stellte damit einen Rekord für nichtmetallische Katalysatoren auf.

04 Zukünftige Herausforderungen: Tiefes Ultraviolett und das neue Schlachtfeld der nuklearen Abfallentsorgung

Im Bereich der Optik wird bereits Spitzenforschung betrieben. Die Nanjing University of Science and Technology hat die Ergebnisse zusammengetragen. eine Hydroxyboronsäureverbindung, (NH₄)₂B₁₀O₁₄(OH)₄·H₂O , das eine tiefe ultraviolette Grenzfrequenz von

Die Entsorgung nuklearer Abfälle bietet noch größeres Potenzial. Während herkömmliche Zementblöcke eine Dicke von einem Meter benötigen, um vor Neutronenstrahlung zu schützen, reichen für borhaltiges Polyethylen 15 Zentimeter aus. „Wir entwickeln A Bor-10-Säure/Siliziumkarbid-Keramik-Verbundwerkstoff „Die Strahlungsbeständigkeit wird verdreifacht“, so das Projektteam des Instituts für Atomenergie. Die entsprechende Forschung wurde in den 14. Fünfjahresplan für Kernenergie aufgenommen.

In einem Landkreis der Provinz Jiangxi bringen Techniker des Landwirtschaftsamts Bor-Dünger auf den Boden neben einem Rapsfeld aus. Dieser Langzeitdünger, der Bor-10-Säure enthält, kann den Rapsertrag um 20 % steigern.

„Dass Bor aus Kernkraftwerken nun auch auf den Feldern zum Einsatz kommt, verdeutlicht die universelle Verfügbarkeit von Technologie“, rief ein Techniker aus. Gleichzeitig entwickelt ein Team in einem Pekinger Labor ein Material mit einem Bor-Konzentrationsgradienten – eine borreiche Oberflächenschicht, die Neutronen effizient absorbiert, und eine innere Schicht aus hochfestem Polyethylen, die Stößen widersteht.

Daten der Chinesischen Nukleargesellschaft deuten darauf hin, dass Der globale Markt für nukleare Schutzmaterialien wird bis 2025 voraussichtlich 8 Milliarden US-Dollar übersteigen. Borhaltige Polymerverbundwerkstoffe machen dabei über 35 % aus. Mit dem beschleunigten Bau von Kernkraftwerken der vierten Generation erlebt diese Industrie der „unsichtbaren Schutzschilde“ eine Blütezeit.