Nükleer enerjinin gücünü kontrol etmek veya uzayın derinliklerindeki kozmik ışınlardan korunmak için "zırh" şarttır. Onlarca yıldır bu görevi Kurşun metali üstlendi. Ancak kurşunun ciddi dezavantajları vardır: Toksiktir, işlenmesi zordur ve yapısal olarak zayıftır (yumuşaktır). Günümüzde nükleer pilli uydular, kompakt nükleer reaktörler (SMR) ve yeni nesil kanser tedavi merkezleri için kurşun artık "eski moda" kalıyor. Malzeme bilimi, radyasyonu durdururken hafiflik ve dayanıklılık sunan yeni nesil kalkanlama çözümlerine geçiş yapıyor.
Kurşun, gama ışınlarını durdurmakta harikadır çünkü çok yoğun bir atomik yapıya sahiptir. Ancak:
Ağırlık Sorunu: Bir uzay aracına veya askeri personele kurşun giydirmek, hareket kabiliyetini yok eder.
Toksitite: Kurşun, çevreye ve insana zararlı bir ağır metaldir. Atık yönetimi çok zordur.
İkincil Radyasyon: Kurşun, yüksek enerjili elektronlarla (beta ışınları) karşılaştığında "Bremsstrahlung" denilen ikincil bir x-ışını yayılımına neden olabilir. Yani bazen korurken yeni bir tehdit yaratır.
Kurşuna en güçlü alternatif, savunma sanayinde mühimmat ucunda da kullanılan Tungstendir.
Daha Yoğun: Tungsten, kurşundan yaklaşık %50 daha yoğundur. Bu şu anlama gelir: Aynı miktarda radyasyonu durdurmak için kurşundan çok daha ince bir tungsten plaka kullanabilirsiniz.
Zehirli Değil: Çevre dostudur.
Isıya Dayanıklı: Kurşun 327 derecede erirken, tungsten 3422 dereceye kadar dayanır. Bu özellik, nükleer reaktörlerin sıcak kalbi için onu vazgeçilmez kılar.
Kullanım Alanı: Nükleer denizaltı reaktörlerinde ve radyoterapi cihazlarının kolimatörlerinde (ışın yönlendirici) yer kısıtlı olduğu için tercih edilir.
Radyasyon sadece Gama ışınlarından ibaret değildir. Nükleer reaktörlerde asıl tehlike "Nötron" parçacıklaıdır. Kurşun, nötronları durdurmakta çok başarısızdır.
Hidrojen Gücü: Nötronları durdurmanın en iyi yolu, onları kendilerine benzeyen hafif atomlara (Hidrojen) çarptırmaktır. Polietilen (bildiğimiz plastik), hidrojen açısından çok zengindir.
Bor Takviyesi: Plastiğin içine %5 ila %30 oranında Bor elementi eklenir. Hidrojen nötronu yavaşlatır, Bor ise onu yutar (absorbe eder).
Sonuç: Çelikten ve kurşundan çok daha hafif, tahta gibi işlenebilen ama nötronlara karşı duvar gibi duran bir zırh malzemesi elde edilir.
Tek bir malzeme her türlü radyasyonu durduramaz. Modern kalkanlamada "Sandviç Tekniği" kullanılır.
Mantık: Farklı atom numarasına (Z) sahip malzemeler sırayla dizilir.
Örnek Yapı: En dışta düşük atom numaralı bir plastik (elektronları durdurmak için), ortada tungsten veya tantal (gama ışınlarını durdurmak için), en içte ise alüminyum (ikincil saçılmaları emmek için).
Bu yöntem, tek parça kurşun kullanmaktan %60 daha hafiftir ve uydularda hassas elektronikleri korumak için standart haline gelmiştir.
Eskiden radyasyon giysileri ağır kurşun yeleklerdi. Şimdi ise nanoteknoloji devreye girdi.
Demron Kumaşı: Sıvı metal teknolojisi kullanılarak üretilen, normal bir kumaş gibi esnek, katlanabilir ancak radyasyon geçirmez bir malzemedir.
İlk müdahale ekipleri (AFAD, İtfaiye) ve nükleer santral çalışanları, robot gibi hareket etmek zorunda kalmadan bu hafif kıyafetlerle tam koruma sağlayabilirler.
Sabit tesislerde (nükleer santral duvarları) hala beton kullanılır ama bu sıradan inşaat betonu değildir.
Beton harcına kum yerine Barit (Baryum sülfat) veya Demir cevheri (Manyetit) karıştırılır.
Bu "Ağır Beton", standart betonun iki katı yoğunluğa sahiptir ve duvar kalınlığını yarı yarıya düşürerek aynı korumayı sağlar.
Nükleer kalkanlama teknolojisi, "ne kadar kalın o kadar iyi" mantığından, "ne kadar akıllı o kadar iyi" mantığına evrilmiştir. Tungstenin yoğunluğu, polimerlerin nötron yutma yeteneği ve kompozitlerin hafifliği birleştirilerek, hem uzaydaki astronotları hem de dünyadaki operatörleri koruyan, kurşunsuz ve güvenli bir gelecek inşa edilmektedir.
