従来の鉛系シールド材料が40~88 keVのエネルギー領域でシールド効率が低く、生物毒性が強いこと、ならびに既存のエポキシ系シールド材料において充填剤の凝集により機械的性能が劣化する問題に対して、本研究では「コアシェル構造最適化－表面化学結合」戦略を提案し、改質ガドリニウム－ビスマス－エポキシ複合シールドコーティングを作製した。まず、ガドリニウム酸化物とビスマス酸化物をコアとして、Bi@Si/Gd@Siコアシェル構造ナノ粒子を調製し、次にKH550で表面修飾を行い、ナノ粒子表面をアミノ基で豊富にし、最後にエポキシ樹脂と複合化し、超音波分散および熱硬化処理を経て複合シールドコーティングを得た。充填剤は複合コーティングの熱安定性および機械的性能を向上させ、50％負荷量の複合コーティングの接着強度は25.80 MPaに達した。¹²⁹I源に対するX線遮蔽効率は93.8％であり、¹³⁷Cs源のγ線強度半減に必要な理論厚さは3.63 cmであった。本コーティングは高い接着強度と優れたX/γ線遮蔽効率を兼ね備えており、スプレーなどの方法で金属機器表面に適用可能であり、原子力発電所や宇宙防護などの分野で広範な応用が期待される。

エポキシ樹脂;コアシェル構造;放射線遮蔽;コーティング