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中心首席科学家王殳凹教授团队在贫铀材料与电离辐射剂量探测交叉领域取得重要进展

作者: 来源: 日期:2017-5-22 11:24:25 人气:3

贫铀是核乏燃料中的最主要成分,其放射性比一般天然铀低。贫铀的安全处置与回收利用对于保障核能发展与环境安全意义重大。铀的物理化学行为十分复杂多变,科研工作者们一直在努力探索贫铀在核工业之外诸多领域如分子磁性、非常规超导体、光催化、电催化、小分子活化等的潜在应用。苏州大学放射医学协同创新中心核能环境化学中心王殳凹教授团队长期致力于环境放射化学及锕系配位化学研究,近期发现铀的金属有机骨架材料可以作为高灵敏度传感器用于准确测量电离辐射剂量,成功开辟了贫铀的又一新应用。该成果发表于最新一期Angewandte Chemie InternationalEdition,题为“Highly Sensitive Detection of Ionizing Radiations by a PhotoluminescentUranyl Organic Framework”

众所周知,电离辐射包括UVXGamma射线对人类健康存在潜在威胁。近年来辐射安全成为了公众最为关注的焦点之一。由于传统的辐射探测技术存在着各种弊端尤其对于低剂量电离辐射的探测仍是一个显著挑战,发展全新的辐射探测技术与材料显得尤为重要。该工作利用草酸和丁二酸配体与铀酰成功构筑了一个三维UOF单晶化合物并将其应用于辐射剂量探测,也推动了低剂量辐射探测技术的发展。

1. UOF单晶结构及铀酰荧光淬灭机制

将硝酸铀酰和草酸以及丁二酸在水溶液中混合,140加热条件下得到Uranium-OrganicFramework (UOF)晶体,其具有很强的荧光发射性质(量子产率为0.49)、良好的化学稳定性及辐射稳定性。研究发现该晶体荧光会被UVX射线以及gamma射线淬灭, 通过EPR和单晶结构的测定发现,晶体受到电离辐射照射后会产生大量自由基并将其稳定在自身的晶格当中。在大剂量gamma射线的照射后,铀酰平面配位键的平均键长缩短了大约0.006 ?,相邻铀原子的距离缩短了0.021 ?,造成整个晶体骨架发生收缩。显著增强后的铀酰赤道面配位键容易以声子释放的形式淬灭铀酰的荧光。

2. X射线和gamma射线探测实验

X射线和gamma射线探测实验,发现对X射线的检测下限为5.2 × 10-4 Gy,对gamma射线的检测下限为1.64 × 10-4 Gy。与目前最好的化学剂量计比较,该UOF材料对gamma射线的检测下限降低了大约2个数量级。因此,该材料在低剂量辐射探测领域具有很好的应用前景。该性能也和铀元素本身优越的物理化学性质密切相关。

苏州大学放射医学及交叉科学硕士研究生谢健与博士研究生王亚星为本论文共同第一作者。王殳凹教授为通讯作者。合作单位有中国科学院强磁场科学中心,佛罗里达州立大学及美国Argonne国家实验室。该工作得到了基金委优秀青年基金、科工局国防基础科研科学挑战计划、中组部青年千人计划以及江苏省杰出青年基金的资助。

论文链接:

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201700919/full