Радиационно-защитные свойства металлобетонов при воздействии рентгеновских лучей



РАДИАЦИОННО-ЗАЩИТНЫЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛОБЕТОНОВ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ РЕНТГЕНОВСКИХ ЛУЧЕЙ

Г. А. Лаптев, В. В. Батин

Приводятся результаты расчета радиационно-защитных свойств металлобетонов со свинцовой матрицей и различными заполнителями при воздействии рентгеновских лучей. Приводится конструкция защитных экранов.

Поглощение рентгеновских лучей. Поглощающую способность плиток из метона размерами 40 X 40 х 2 мм с различными напол- кителями и свинцовой матрицей определяли на рентгеновской установке ДРОН-6 с медным анодом по схеме, показанной на рис. 1.

Рис. 1. Схема прохождения рентгеновских лучей через материал

На рис. 1 введены следующие обозначения: Jo - интенсивность излучения при выходе из рентгеновской трубки; Ji - интенсивность излучения после прохождения через материал; Ji — то же после прохождения через частицу заполнителя или дефект; d, - толщина образца; х - размер включений.

Рентгеновские лучи, проходя через материал, ослабевают вследствие потери энергии на абсорбцию и рассеяние. Абсорбированная энергия проявляется вновь как вторичное излучение, направление которого отклоняется от направления первичного излучения. Это является причиной рассеяния рентгеновских лучей.

Представим частицу заполнителя как дефект размером X внутри образца толщиной d. Интенсивность излучения при выходе из рентгеновской трубки Jo после прохождения через композит обозначим через J. Линейный коэффициент поглощения композита обозначим через р и запишем следующие зависимости [1]:

J Jo "6 И Ц = Сг • Р ■ Щтас, где е - основание натурального логарифма; Сг - весовой процент i-ro элемента; р - плотность смеси; pimac - массовый коэффициент поглощения i-ro элемента.

В качестве наполнителей по объему использовали: кварцевую муку (ЗЮз) с плотностью 2,65 г/см3; оксид магния (MgO) с плотностью 3,58 г/см3; карбид бора (В4С) с плот-

иостью 2,519 г/см3; фарфор (АфОз -2S5O2-■2Н2О) с плотностью 2,80 г/см3; доломит (СаСОз ■ MgCOa) с плотностью 2,75 г/см3; базальт [Ca(Mg ■ FeKSiaOeXMg - Fe)3-

■2K(SiO4)] с плотностью 3,00 г/см3 [2]. Наполнитель вводился в количестве 65 %. Результаты испытаний и расчетные данные приведены в таблице.

Таблица

Ослабление рентгеновского излучения. в зависимости от толщины металлобетонных образцов

Составы метонов, % по объему	Ослабление рентгеновского излучения ЗЦв в зависимости от толщины образца, см
	од	0,2	0,3	0,4	0,5
Свинец - 100 %	3,22 -ЦГМ	1,03 40"1и' (1,О21О"107)	3,30 40-lbl	1,10 40~214	3,50 40”2ЬВ
Свинец - 35 %, карбид бора - 65 %	1,06 -Ю"1^	1,1245 ИГДВ (1,12 40” 38)	1,19 40^	1,26 40"76	1,34 40-яа
Свинец - 35 %, кварцевый песок - 65 %	1,38 40~21	1,9124 Ю"* (1,90 40~42 )	2,64 10“йЛ	3,65 40“вч	5,05 40-1иь
Свинец - 35 %, оксид магния - 65 %	3,84 Ю"22	1,4758-Ю"43 (1,47 40"43 )	5,6640-65	2,17 40~86	8,36 -IO-108
Свинец - 35 %, фарфор — 65 %	5,29 40’21	2,8079-Ю"41 (2,80 10"41 )	1,48 -Ю-61	7,88 40“ В2	4,17 40“1Ш
Свинец - 35 %, базальт - 65 %	1,04 10“2/	1,0975 10-54 (1,09 Ю"54 )	1,14 40-ъ‘	1,20 <(Г^	1,26 40“1ла
Свинец - 35 %, доломит - 65 %	9,83 ЛО"22	9,6794 10~43 (9,65 Ю"43 )	9,51 40”м	9,35 40“вь	9,19 -Ю”106
Кварцевый песок - 100 %	0,516 10"3	2,660 -10"' (2,65 -Ю'7 )	1,37 40"1и	7,07 40-14	3,64 40 г/

Примечание. В скобках приводятся экспериментальные данные, полученные для образцов толщиной 0,2 см.

На основании полученных экспериментальных и расчетных данных можно сделать вывод, что введение в свинцовую матрицу наполнителей позволяет получить достаточно эффективные защитные экраны от воздействия рентгеновского излучения.

Но все же по защитным свойствам, а конкретно при рентгеновском излучении, исследованные композиты уступают чистому СВИНЦУ-

Конструкция защитного экрана от ионизационных излучений. Как известно, ядерный взрыв или авария на атомных электростанциях приводят к выбросу мощного потока корпускулярных частиц и электромагнитному излучению. Поэтому создание многослойной конструкции является весьма актуальной задачей. Нами разработана многослойная конструкция, состоящая из железо бетонной панели, по которой наносятся несколько слоев покрытий (рис. 2).

Серия «Физико-математические науки»

• 1    - Железобетонная плита;

• 2    - Слой свинца, или (ЭД-20 * галенит) или (ЭД-20 + церуссит) - 2-3 мм,

• 3    - (ЭД-20 + карбид бора) или (ЭД-20 + бура/ или (ЭД-20 + кернит) или (ЭД-20 * углексит) или соединение кадмия, (ЭД-20 * оксид кадмия) или (ЭД-20 + сульфид кадмия) - 2 1

• 4    - Резина или пластмасса или полимербетон - 10 мм;

• 5    - Фольга алюминиевая.

Рис. 2. Конструкция многослойной плиты для защиты от всех видов излучений

Предлагаемая конструкция изготавливается непосредственно на строительной площадке, На находящуюся в горизонтальном положении железобетонную плиту (поз. 1) па эпоксидном растворе (эпоксидная смола ЭД-20 с наполнителем) укладывается слой свинца (поз. 2) или композит (ЭД-20 + галенит) в соотношении 1:1. После наносится слой (ЭД-20 + карбид бора) в соотношении 1 : 1 (поз. 3). Затем укладывается эпоксидный полимербетон толщиной 10 мм (поз. 4). Для защиты от ультрафиолетовых лучей и обеспечения долговечности конструкции по клеевому слою укладывается алюминиевая фольга.

Работа такой конструкции заключается в следующем. Поток быстрых нейтронов в во- дородосодержащей среде (слой эпоксидного компаунда) быстро теряет свою энергию до тепловых нейтронов за 18-20 колебаний (поз. 4). Тепловые нейтроны активно поглощаются слоем (ЭД-20 т 4С) (поз. 3). Слой половинного ослабления излучения тепловых нейтронов составляет 0,0126 см, тогда как у металлобе-тонов с кварцевым наполнителем -162 см, а с базальтовым наполнителем - 59 см. Слой свинца, или ЭД-20 4- галенит (поз. 2), активно поглощает рентгеновское и гамма-излучения. Кроме того, вся конструкция активно поглощает альфа- и бета-излучения, а также поток протонов. Слой фольги из алюминия защищает слой 4 от ультрафиолетового излучения солнечных лучей.