The use of wood to protect biological objects from ionizing radiation
Authors: Бирман А.Р. , Угрюмов С.А. , Чубинский А.Н. , Локштанов Б.М. , Гусева Т.А. 
Published: February 2024

В настоящее время актуальным является вопрос создания защитных материалов, препятствующих воздействию ионизирующих излучений на биологические объекты – потоков нейтронов, поскольку поставки известных зарубежных нейтронозащитных материалов в РФ прекращены из-за введения санкций. Древесина является водородосодержащим материалом, причем содержание водорода в единице ее объема не меньше, чем в единице объема традиционно используемых защитных материалов. Важным с научной точки зрения является рассмотрение характера изменений ионизирующих излучений, в частности, нейтронных потоков, при встрече с защитой из древесины. В работе выполнено теоретическое обоснование возможности использования древесины в качестве нейтронозащитного материала. Рассмотрен процесс упругого рассеивания нейтронов на атомных ядрах вещества, так как доминирующая часть энергии, передаваемая биологическим объектам и, в частности, древесине, обусловлена упругим рассеянием быстрых нейтронов на ядрах Н, С и О. При определении энергии, которую нейтрон теряет в результате упругого рассеяния в древесине, применены классические законы сохранения энергии и импульса. Методика исследования построена на анализе процесса снижения энергии нейтронов при взаимодействии с ядрами водородосодержащих веществ, в том числе – с древесиной, как натуральной, так и модифицированной уплотнением. Доказано, что древесина является материалом-замедлителем нейтронов. Эффективным является использование модифицирующей обработки древесины или ее уплотнение, при этом защитные свойства не уступают таким известным и широко используемым материалом, как вода, полиэтилен, полистирол. Область применения древесины как защитного материала значительно шире известных защит за счет ее высоких конструктивных свойств, доступности и дешевизны.

Currently, the issue of creating protective materials that prevent the effects of ionizing radiation on biological objects – neutron fluxes, is relevant, since the supply of well-known foreign neutron-protective materials to the Russian Federation has been discontinued due to the imposition of sanctions. Wood is a hydrogen-containing material, and the hydrogen content in a unit of its volume is not less than in a unit of volume of traditionally used protective materials. It is important from a scientific point of view to consider the nature of changes in ionizing radiation, in particular, neutron fluxes, when meeting with wood protection. The paper provides a theoretical justification of the possibility of using wood as a neutron-protective material. The process of elastic neutron scattering on atomic nuclei of matter is considered, since the dominant part of the energy transferred to biological objects and, in particular, wood, is due to the elastic scattering of fast neutrons on the nuclei of H, C and O. When determining the energy that a neutron loses as a result of elastic scattering in wood, the classical laws of conservation of energy and momentum are applied. The research methodology is based on the analysis of the neutron energy reduction process when interacting with nuclei of hydrogen–containing substances, including wood, both natural and modified by compaction. It is proved that wood is a neutron moderator material. The use of modifying wood processing or its compaction is effective, while the protective properties are not inferior to such well-known and widely used materials as water, polyethylene, polystyrene. The field of application of wood as a protective material is much wider than the known protections due to its high structural properties, accessibility and cheapness.