ساخت فوم‌‌های فلزی محافظ برابر پرتوهای هسته‌‌ای

تشعشعات رادیواکتیو ازجمله چیزهایی هستند که ما همواره می‌‌‌‌خواهیم از آن‌‌ها دور بمانیم؛ پس عجیب نیست که حفاظت در برابر آن‌‌ها اولویت بالایی در اغلب صنایع داشته باشد. گروهی از پژوهشگران به سرپرستی دکتر افسانه ربیعی دانش آموخته پیشین دانشگاه صنعتی شریف، حفاظ هایی را با وزنی سبک و بدون هر گونه سمیت ساخته‌اند که در ادامه با آن ها آشنا می شویم.از آن جایی که حفاظ‌‌های رایج برای محافظت از تشعشعات رادیواکتیو، حجیم و سنگین هستند، گروهی از پژوهشگران در دانشگاه کارولینای شمالی در حال توسعه‌ی حفاظی سبک برپایه فوم‌‌ها هستند که می‌‌‌‌تواند مانع اشعه ایکس، گاما و تابش نوترونی شود؛ همچنین مقاومت زیادی برابر ضربه دارد.
با اینکه بیشتر مردم با آن‌‌ها آشنا نیستند، فوم‌‌های فلزی حدود یک قرن است که اطراف ما وجود دارند. در ساده ترین شکل، این فوم‌‌ها از حباب‌‌های گازی ساخته می‌‌‌‌شوند که از درون بستری از فلز مذاب گذر داده شده‌اند تا پس از سرد شدن، ماتریسی مستحکم و البته سبک را بسازند. این فوم‌‌ها نسبت به فلزات رایج سبک‌تر هستند؛ اما مقاومت یکسانی دارند و وزن کمتر، همیشه یکی از مزایای بسیار مهم به خصوص در مورد فلزات است.
این فوم‌‌ها را می‌‌‌‌توان با روش‌‌هایی همچون چاپ سه بعدی یا فرزکاری ساخت؛ اما فارغ از روش ساخت، تولید آن‌‌ها مشکل و البته گران است. بنابراین موارد استفاده از آن‌‌ها به کاربرد‌‌های خاصی مانند فضاپیماها و سیستم‌‌های خنک‌کننده پیشرفته محدود می‌‌‌‌شود.
فوم‌‌های جدید که در دانشگاه کارولینای شمالی در گروهی زیر نظر استاد دانشگاه مکانیک و هوافضا، خانم افسانه ربیعی توسعه یافتند، در اصل برای مصارف نظامی و حمل ونقل طراحی شده‌اند؛ ولی خانم ربیعی نسبت به توانایی حفاظت از تشعشعات آن‌‌ها نیز کنجکاو بود. در نتیجه فوم high-Z steel-steel ساخته شد که همنهاده‌‌ای (کامپوزیتی) از استیل ضد زنگ با مقدار کمی از تنگستن به شکل گلوله‌‌های توخالی بود که در قالبی استیل برای شکل گرفتن به صورت فومی با چگالی پایین تر از استیل ضد زنگ ساخته شد.
به گفته‌‌ی گروه سازنده، این فوم‌‌ها در معرض آزمایش‌‌های گوناگونی قرار گرفتند تا مؤثر بودن آن‌‌ها در برابر اشعه ایکس، اشعه‌‌های کم انرژی و پر انرژی گاما و تابش نوترونی مشخص شود. این فوم‌‌ها در مقایسه با ماده‌‌ی اصلی با وجود چگالی پایین تر، اثرات محافظتی مناسبی نشان می‌‌‌‌دادند. ضمن اینکه اثرات محافظتی آن‌‌ها برابر پرتو کم انرژی گاما و پرتو نوترونی بهتر هم بود. اگر چه این فوم‌‌ها در مقایسه با بیشتر مواد محافظ برابر پرتوایکس عملکرد مطلوبی ارائه می‌‌‌‌دادند، اما هنوز خواص حفاظتی ماده‌‌ای همچون سرب را نشان نمی دادند.
دکتر ربیعی در رابطه با این محصول می‌گوید:
ما در حال کار کردن برای بهبود ترکیب فوم‌‌ها برای اثر گذاری بیشتر آن‌‌ها نسبت به سرب در برابر اشعه ایکس هستیم و نتایج اخیر ما امیدوار کننده است. مزیت فوم‌‌های ما غیر سمی بودن آن هاست که منجر به این می‌‌‌‌شود که آن‌‌ها به راحتی تولید و بازیافت شوند. به علاوه خواص مکانیکی و حرارتی فوق‌العاده‌‌ و توانایی جذب انرژی بالا، آن‌‌ها را به گزینه‌‌ای مناسب برای کاربردهای هسته‌‌ای تبدیل می‌‌‌‌کند.
نتایج این پژوهش در نشریه علمی Radiation Physics and Chemistry به چاپ رسیده است.