Geleneksel radyasyon koruma sistemleri ağır ve opaktır.

Bu durum, navigasyon, yakıt tasarrufu ve güvenlik için hafiflik ve görünürlüğün gerekli olduğu uygulamalar için engelleyici bir durumdur. 

Bu nedenle, daha yüksek radyasyon kalkanı etkinliğine sahip hafif kompozit ve daha ince kaplama malzemesi çözümlerine önemli bir ihtiyaç vardır.

Bilimsel çalışmalar, nanopartiküller ile radyasyon kalkanının mikro partiküllere göre çok daha etkili olduğunu göstermektedir. Nanoparçacık boyutu küçüldükçe radyasyon kalkanı kapasitesi artmaktadır. Bu tür nanopartiküller bir kaplamaya aşılandığında, termal nötronları korumak için yalnızca ince bir katmana ihtiyaç duyulur.

NEDEN KUANTUM MALZEMELERİ?

Kuantum malzemeler, en az bir boyutu 20 nm'nin (0,02 um) çok altında olan (nano) malzeme sistemleridir. Hafif kompozitlerin ve transparan veya şeffaf radyasyon azaltıcı kaplamaların üretimini mümkün kılmak için daha düşük dozlarda önemli ölçüde daha yüksek radyasyon koruma kapasitesi sunabilmektedirler.

Kompozitlerde, kuantum malzemeler radyasyon zayıflatmada daha büyük parçacıklardan daha etkilidir ve bunu daha az ağırlık cezası ile yapabilmektedir. Kuantum malzeme partiküllerinin kompozit sistemlerin gözenekli bölgesindeki dolgu etkisi de mikronize dolgulara kıyasla birim alan başına daha verimli ve daha yoğundur. 

Bu da mikronize dolgu maddelerine kıyasla en az %20-40 oranında daha yüksek makroskopik emilim kesiti ile sonuçlanmaktadır. Kuantum nanomalzemelerin üstün radyasyon zayıflatma kapasitesi, kaplamalarda ve kompozit sistemlerde nanofillerin ağırlık yüzdesi yükü ile artar, ancak bu yükler mikronize partiküllerinkinden önemli ölçüde daha düşüktür.

Kompozit malzemeler ve kaplamalar içerisinde kuantum malzeme nanoparçacıkları şeklindeki nanofillerin kullanılması, kompozitlerin ve kaplamaların güçlendirilmesine yardımcı olurken aynı zamanda daha yüksek bir radyasyon kalkanı etkisi sağlamaktadır. Bu da kaplamaların ince, şeffaf ve çok yönlü olmasını ve kompozit soğurucuların ağırlığının minimum değerde kalmasını sağlar. 

Bu özellikle ağırlığın önemli olduğu ve radyasyondan korunmanın şart olduğu havacılık ve uzay uygulamalarında hayati önem taşımaktadır. Bu durum uzay araçlarının astronotları, havacılık mürettebatı, sık uçan yolcular ve yüksek nötron radyasyon dozlarına maruz kalan araç içi elektronik cihazlar için geçerlidir çünkü tipik seyir irtifalarında radyasyon akıları yerdekinden birkaç yüz kat daha yüksektir ve insanlar ve ekipman için baskın tehlike enerjik nötronlardan kaynaklanır.