本發(fā)明專利屬于核輻射防護用具，采用前沿的光子晶體技術(shù)設(shè)計出對于X射線、γ射線都有防護效果。適用于核泄漏或者核輻射區(qū)域的救援、科學探測、核及核射線的緊急處理、核恐怖事件、核及核化學環(huán)境下以及核設(shè)備檢修等工作人員的防護。

背景技術(shù)：
核輻射的主要射線由X射線、γ射線，其中危害最大的γ射線波長是短于0.2A的電磁波；其中X射線的波長要比γ射線的長，其穿透能力低于γ射線的穿透能力。故防核輻射主要防γ射線產(chǎn)生的輻射。為了解決核輻射給人們帶來的危害，從事防護的人員極力尋求密度大的材料作為防護材料,故在材料成分中引入重金屬元素,如鐵、鉛、鋇、鉍等一些含有高原子序數(shù)的物質(zhì)，對γ射線的屏蔽效果好；另外，原子序數(shù)小的元素,通過彈性散射能使中子能量大幅度減小,于是能夠很容易發(fā)生輻射俘獲反應(yīng)之類的吸收反應(yīng),所以含有大量氫的物質(zhì),屏蔽中子的效果就好。日本曾用甲基丙烯酸鉛與乙烯基醋共聚的方法制取了防γ射線透明材料，國內(nèi)蔣萍萍等人通過溶劑法，重結(jié)晶法合成了純度較高，適合本體聚合的有幾鉛化合物，制備了透光率大于80%，有一定力學性能的防輻射有機材料，經(jīng)檢驗，該聚合物對中、低能γ射線具有明顯的防護作用；張興等人經(jīng)過仔細研究，在碳酸鋇與甲基丙烯酸反應(yīng)的鋇溶液中直接加入甲基丙烯酸甲醋后，經(jīng)自由共聚，制備了有機鋇玻璃材料，可以大大提高防輻射性能、硬度以及耐熱性。徐希杰等人通過對含金屬聚合材料屏蔽下射線效果的測定實驗，證明同一含鉛聚合材料中鉛含量的多少及材料厚度、不同金屬元素聚合材料（微乳）及不同厚度對γ射線屏蔽率影響較大。在國內(nèi)，1995年李連波、范六一等發(fā)明一種用于解決低能輻射問題的低能防護玻璃。這種玻璃是根據(jù)防護理論---物質(zhì)與低能輻射在發(fā)生相互作用時是以光電效應(yīng)為主。雖然這種玻璃造價相對比較低、減少了鉛的污染、化學穩(wěn)定性能強，但只能用在低能量輻射中，而且透光率一般在60%—80%，對視覺感覺還是有影響，因此其推廣使用受到限制。從國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，我們可知，防輻射材料的研究正在隨著科技的發(fā)展而不斷的創(chuàng)新，。并且防護材料的毒性、質(zhì)量、寬度有所降低，但是降低毒性的材料價格昂貴，雖然研制出來對輻射吸收效果好、密度小的材料，但是對射線具有良好減弱性能的重金屬元素也會因發(fā)生中子非彈性散射和輻射俘獲而產(chǎn)生二次射線，故應(yīng)針對不同的設(shè)計需要選擇不同的屏蔽材料,而且他們的透明性，以及經(jīng)濟性都不是太好。現(xiàn)在世界上對于防輻射材料的研究都以解決成本、防護效果以及助劑的加入對成品性能的影響，所以目前為止，我們依然需要一種低廉高效的防輻射工具。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
為了克服現(xiàn)有的防輻射面具不能很好的防核輻射和透明性以及經(jīng)濟性的缺點。本發(fā)明旨在設(shè)計一種防核輻射面具防御其它中、輕微輻射，該面具不僅能夠高效率地防核輻射，并且根據(jù)光子晶體的禁帶特性和局域特性，使γ射線不能通過而被反射回去從而達到對γ射線的防護作用。再加上光子晶體材料的價格比較便宜，利用光子晶體鍍膜的鉛玻璃的造價就會降低，在達到對人體進行防護的同時更經(jīng)濟，更實用。為實現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：光子晶體核輻射防護面具，由相嚙合的頭罩和護頸罩組成，在頭罩上設(shè)有透明視窗、呼吸通道口和聽覺感應(yīng)區(qū)，頭罩的內(nèi)外側(cè)上均設(shè)有防輻射層，防輻射層依次由防核輻射面料、鉛粉層、膠粘層和織物層組成，織物層均位于遠離頭罩（1）的一側(cè)；所述的織物層由經(jīng)緯交叉組成的合金鉛金屬絲與植物纖維捻制而成，在頭罩內(nèi)側(cè)固定有用于吸氧的供氧管道，透明視窗由防輻射玻璃和設(shè)置在防輻射玻璃上的光子晶體層組成，所述的光子晶體層由8層A介質(zhì)層、8層B介質(zhì)層、8層C介質(zhì)層、8層D介質(zhì)層、8層E介質(zhì)層、8層F介質(zhì)層、8層H介質(zhì)層、8層L介質(zhì)層、8層M介質(zhì)層、8層N介質(zhì)層、8層G介質(zhì)層和8層K介質(zhì)層相互交替疊加構(gòu)成（AB）8（CD）8（EF）8（HL）8（MN）8（GK）8型復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中（AB）8表示8層A介質(zhì)和B介質(zhì)交替疊加構(gòu)成的復(fù)合介質(zhì)層，其中A為3.9nm厚的硫化鋅，B為2.7nm厚的氟化鎂，該復(fù)合介質(zhì)層設(shè)置在光子晶體層的內(nèi)側(cè)，并與防輻射玻璃連接；其中（CD）8表示8層C介質(zhì)和D介質(zhì)交替疊加構(gòu)成的復(fù)合介質(zhì)層，其中C為3.2nm厚的硅，D為3.4nm厚的氟化鎂，其中（EF）8表示8層E介質(zhì)和F介質(zhì)交替疊加構(gòu)成的復(fù)合介質(zhì)層，其中E為2.8nm厚的硅，F(xiàn)為2.2nm厚的氟化鎂，其中（HL）8表示8層H介質(zhì)和L介質(zhì)交替疊加構(gòu)成的復(fù)合介質(zhì)層，其中H為2.6nm厚的硅,L為2.4nm厚的氟化鎂，其中（MN）8表示8層M介質(zhì)和N介質(zhì)交替疊加構(gòu)成的復(fù)合介質(zhì)層，其中M為2.0nm厚的硅，N為1.8nm厚的氟化鎂，其中（GK）8表示8層G介質(zhì)和K介質(zhì)交替疊加構(gòu)成的復(fù)合介質(zhì)層，其中G為1.0nm厚的硅，K為1.6nm厚的氟化鎂，該復(fù)合介質(zhì)層設(shè)置在光子晶體層外側(cè)。本發(fā)明的有益效果是：可以在實現(xiàn)對γ射線有較好的防護基礎(chǔ)上，形成質(zhì)量輕，更適合人面部的防護面具。既實現(xiàn)了造價的經(jīng)濟性，又對人體進行了較好的防護。而且可用于其它低能輻射，高效長時間使用。附圖說明圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明的防輻射層的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明的光子晶體層的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是光子晶體層中A、B兩種材料的MATLAB仿真圖。圖5是光子晶體層中C、D兩種材料的MATLAB仿真圖。圖6是光子晶體層中E、F兩種材料的MATLAB仿真圖。圖7是光子晶體層中M、N兩種材料的MATLAB仿真圖。圖8是光子晶體層中H、L兩種材料的MATLAB仿真圖。圖9是光子晶體層中G、K兩種材料的MATLAB仿真圖。圖中：1、頭罩，2、護頸罩，3、透明視窗，301、防輻射玻璃，302、光子晶體層，4、呼吸通道口，5、聽覺感應(yīng)區(qū)，6、防核輻射面料，7、織物層，8、膠粘層，9、鉛粉層，10、供氧管道。具體實施方法如圖所示，光子晶體核輻射防護面具，包括設(shè)置在頭罩上的頭面罩，透明視窗，呼吸通道口，類大氣環(huán)境區(qū)和護頸罩，透明視窗采用光子晶體層和防核輻射玻璃相結(jié)合制成，內(nèi)嵌在頭面罩的眼睛部位，類似于玻璃窗上玻璃的安裝，采用內(nèi)外防輻射壓條，并壓條與光子晶體防輻射玻璃強力膠合，采用無縫隙鑲嵌壓合；頭罩的內(nèi)外側(cè)均采用防核輻射面料和織物層，膠粘層，鉛粉層的面料相互反向設(shè)置的防輻射層，織物層均位于外側(cè)；所述的織物層由經(jīng)緯交叉組成的合金鉛金屬絲與植物纖維捻制而成。類大氣環(huán)境區(qū)沿頭罩表面向外部延伸1cm為一橢圓形，為使工作人員在呼吸時感到舒適，不致于引起由于高強度工作以及緊張因素致使人員呼吸困難。護頸罩是頭面罩在頸部的延伸，護頸罩與防護服采用二次連接，第一處連接采用嚙合連接，類似于塑料袋的壓合，第二處連接采用拉鏈連接；兩次連接使得防護面具與防護服近乎無隙連合；護頸內(nèi)部設(shè)有兩條通道，其中有兩條通道大小相同，管道從護頸兩側(cè)通入，管道采用防輻射材料制成軟性管道，管道一端通入鼻子鼻孔部位偏上，供氧管道連接到儲氧罐，為使用人員提供氧氣，在罩上設(shè)有用于排氣的小孔，或者廢氣是通過聽力感應(yīng)區(qū)將廢氣排出。所述的光子晶體層由8層A介質(zhì)層、8層B介質(zhì)層、8層C介質(zhì)層、8層D介質(zhì)層、8層E介質(zhì)層、8層F介質(zhì)層、8層H介質(zhì)層、8層L介質(zhì)層、8層M介質(zhì)層、8層N介質(zhì)層、8層G介質(zhì)層和8層K介質(zhì)層相互交替疊加構(gòu)成（AB）8（CD）8（EF）8（HL）8（MN）8（GK）8型復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中（AB）8表示8層A介質(zhì)和B介質(zhì)交替疊加構(gòu)成的復(fù)合介質(zhì)層，其中A為3.9nm厚的硫化鋅，B為2.7nm厚的氟化鎂，該復(fù)合介質(zhì)層設(shè)置在光子晶體層的內(nèi)側(cè)，并與防輻射玻璃連接；其中（CD）8表示8層C介質(zhì)和D介質(zhì)交替疊加構(gòu)成的復(fù)合介質(zhì)層，其中C為3.2nm厚的硅，D為3.4nm厚的氟化鎂，其中（EF）8表示8層E介質(zhì)和F介質(zhì)交替疊加構(gòu)成的復(fù)合介質(zhì)層，其中E為2.8nm厚的硅，F(xiàn)為2.2nm厚的氟化鎂，其中（HL）8表示8層H介質(zhì)和L介質(zhì)交替疊加構(gòu)成的復(fù)合介質(zhì)層，其中H為2.6nm厚的硅,L為2.4nm厚的氟化鎂，其中（MN）8表示8層M介質(zhì)和N介質(zhì)交替疊加構(gòu)成的復(fù)合介質(zhì)層，其中M為2.0nm厚的硅，N為1.8nm厚的氟化鎂，其中（GK）8表示8層G介質(zhì)和K介質(zhì)交替疊加構(gòu)成的復(fù)合介質(zhì)層，其中G為1.0nm厚的硅，K為1.6nm厚的氟化鎂，該復(fù)合介質(zhì)層設(shè)置在光子晶體層外側(cè)。由圖4-圖9的以上六幅仿真圖可以清楚地看出，將此六種材料復(fù)合到一起可以很好的防X射線輻射，并且六種材料之間沒有干擾，按這樣的設(shè)計方法可以高效率的達到防核輻射的功能，各層材料的光子禁帶很好的擬合，防護無死角。該光子晶體鍍膜對X射線及其以上高能射線都具有很好的防護效果?？紤]材料的透明區(qū)外，鍍膜材料的機械強度、附著力、熱膨脹系數(shù)、熱穩(wěn)定性、熔點、應(yīng)力等也要考慮在內(nèi)。冰晶石（Na3AlF6）在可見區(qū)折射率大約1.35，透明區(qū)為0.2~14mm，雖然折射率比較低，且在透明區(qū)是透明的,但是應(yīng)力小、易于吸潮、易損傷。很顯然不適合做X射線防護膜。在選擇X射線的防護膜的材料時，我選擇硫化鋅(ZnS)和氟化鎂（）以及硅（Si）和氟化鎂（），其中氟化鎂（）透明區(qū)為0.12~10mm。它是所有低折射率的鹵化物中最牢固的，特別是當基板溫度250℃左右時，非常堅硬耐久，在減反膜中廣泛應(yīng)用，膜層折射率接近體材料，聚集密度接近于1，同時還具有很好的張應(yīng)力。硫化鋅()是一種常用的最重要的一種鍍膜材料。在可見區(qū)通常與低折射率的氟化物組合。在可見區(qū)的折射率為2.3~2.6，其透明區(qū)為0.38~14mm。經(jīng)過篩選選擇硫化鋅()和氟化鎂（）以及硅（Si）和氟化鎂（），作為組成光子晶體材料。在針對γ射線設(shè)計的光子晶體反射膜時，由于診斷γ的波長范圍段比較長，在設(shè)計時采用從較長波長段開始設(shè)計，首先是23~35nm段的反射光子晶體膜的設(shè)計，然后采用異質(zhì)的形式進行光子晶體的復(fù)合。在復(fù)合時為了得到比較好的防護效果，逐步更改影響光子晶體禁帶寬度的各種參數(shù)，找到防護效果最好的進行異質(zhì)結(jié)構(gòu)的復(fù)合。通過逐個波段的不斷累加，最終形成結(jié)構(gòu)的光子晶體實現(xiàn)對整個γ射線波段的反射。A代表3.9nm厚的硫化鋅，B代表2.7nm厚的氟化鎂，C代表3.2nm厚的硅，用D代表3.4nm厚的氟化鎂，E代表2.8nm厚的硅，F(xiàn)代表2.2nm厚的氟化鎂，H代表2.6nm厚的硅,L代表2.4nm厚的氟化鎂，M代表2.0nm厚的硅，N代表1.8nm厚的氟化鎂，G代表1.0nm厚的硅，K代表1.6nm厚的氟化鎂。由于光子晶體膜可以使大部分γ射線不能穿過光子晶體膜，這樣其依附的防護鉛玻璃的厚度就會減少，也減少鉛玻璃中重金屬的含量，從而提高了γ射線防護玻璃的透明度。對于面罩的其它部位均采用防高能輻射纖維合成材料制成。本設(shè)計的纖維合成材料采用聚合物基復(fù)合材料，聚合物基復(fù)合材料是以有機聚合物為基體，連續(xù)纖維為增強材料組成的復(fù)合材料，其強度大，耐疲勞性能好，減震性好。為了使其具有防中子以及防γ射線輻射功能，本設(shè)計使用類似鉛硼聚乙烯復(fù)合材料的制作方法，由聚乙烯、B4C粉和鉛粉復(fù)合而成,其中聚乙烯是碳氫化合物,含氫量高,對快中子有良好的減弱能力;B4C（碳化硼）粉有很高的硼含量,吸收中子截面u高,吸收能譜寬,中子俘獲能力強,在吸收中子時會伴隨能量的釋放,產(chǎn)生γ射線;而鉛粉對γ射線有很高的吸收率,是理想的γ射線及中子屏蔽材料。這使得該復(fù)合材料能同時屏蔽多種不同的射線,屏蔽功能完備。該設(shè)計面罩及光子晶體視窗均可以防核輻輻射中產(chǎn)生的主要的兩種高能輻射——γ射線以及中子輻射。同時可以防其它中低能輻射，防護效果好，并且可以長時間為工作人員提供氧氣供應(yīng)。