Способ приготовления неорганического материала для радиационной защиты

Способ приготовления неорганического материала для радиационной защиты

Реферат

Изобретение относится к материалам для защиты от ионизирующих излучений в атомной, радиохимической промышленности, военно-морском флоте обслуживающего персонала и окружающей среды.

Известен способ приготовления тяжелого бетона, заключающийся в смешении цемента, обычного песка, гематита и воды (см. Бродер Д.Л. и др. Бетон в защите ядерных установок. М.: Атомиздат, 1973, с.21).

Недостатком известного способа является большая разность объемных масс компонентов бетона, особенно тяжелого заполнителя и цемента, что приводит к неоднородности материала, и как следствие, пониженным радиационно-защитным характеристикам. Кроме того, материал не обладает оптимальным зерновым составом, от которого зависят удобоукладываемость и защитные свойства материала.

Наиболее близким, принятым за прототип, является способ приготовления композиционного материала для защиты от радиации, изложенный в патенте RU 2193247, опубл. 20.11.2002, Бюл. №32, кл. G 21 F 1/01. В известном способе в барабан бетономешалки последовательно загружают расчетное количество жезезосодержащего гематитового концентрата, портландцемента, воды с пластификатором и стальные фибры. Общее время перемешивания 20 мин.

Недостатком известного способа является то, что получаемый продукт не обладает высокими защитными характеристиками по отношению к нейтронному излучению.

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение радиационной защиты от нейтронного и гамма-излучения.

Указанный технический результат достигается за счет того, что заявленный способ приготовления неорганического материала для радиационной защиты включает загрузку связующего, наполнителя и пластификатора в смеситель принудительного действия и перемешивание компонентов, при этом в качестве связующего используют портландцемент, а в качестве наполнителя - тонкодисперсный железосодержащий магнетитовый концентрат с размером частиц 20-40 мкм, молотый хризотиловый асбест и строительную известь. Затем вводят чугунную дробь и воду, осуществляют перемешивание смеси до однородного состояния, производят укладку в формы для твердения, термовлажностную обработку в пропарочной камере в течение 7-8 часов, сушку в сушильной камере при температуре 100-110°С в течение 3-5 часов при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Портландцемент	13-17
Магнетитовый концентрат	10-14
Хризотиловый асбест	0,55-0,75
Известь	0,5-0,7
Пластификатор	0,2-0,3
Чугунная дробь	65-73
Вода	2,3-2,7

Связующим компонентом неорганического материала является портландцемент марки 500-ПЦ 500-ДО (ГОСТ 10178-85).

В качестве железосодержащего сырья используют высокодисперсный магнетитовый концентрат Лебединского ГОКа с насыпной плотностью 3000 кг/м³ фракции 20-40 мкм (ТУ 14-9-288-84).

Использование данного железосодержащего концентрата в качестве наполнителя при производстве неорганического материала для радиационной защиты обусловлено высоким содержанием железа (70-72%).

Использование в качестве связующего хризотилового асбеста и извести обусловлено содержанием в них молекул связанной воды, что играет определяющую роль в защите от нейтронного излучения. Кроме того, известь обладает пластифицирующими, а хризотиловый асбест - армирующими свойствами, что повышает прочность получаемого композиционного материала.

Использование чугунной дроби (ГОСТ 11964-81) позволяет получать материал высокой плотности (4000-4200 кг/м³), обладающий высокими физико-механическими и радиационно-защитными характеристиками.

Количественное содержание компонентов в предлагаемом и известном материале приведены в табл.1.

Таблица 1
Компонент	Содержание, мас.%
Предлагаемый материал	Известный материал
Портландцемент	13	14	15	16	17	22
Тонкодисперсный железосодержащий наполнитель	10	11	12	13	14	56
Известь	0,50	0,55	0,60	0,65	0,70	нет
Хризотиловый асбест	0,55	0,6	0,65	0,7	0,75	нет
Пластификатор	0,20	0,23	0,25	0,27	0,30	2,5
Чугунная дробь	65	67	69	71	73	нет
Вода	2,3	2,4	2,5	2,6	2,7	9,71

Пример. 515 г железосодержащего магнетитового концентрата дисперсностью 40 мкм тщательно перемешивают с 570 г портландцемента, 28 г извести, 28,5 г молотого хризотилового асбеста и 10 г пластификатора. Далее в полученную смесь порциями вводят 2850 г чугунной дроби и при постоянном перемешивании затворяют водой в объеме 100 мл. Перемешивание проводят в течение 20 минут в смесителе циклического режима принудительного действия. Полученную смесь закладывают в форму 10 см × 10 см × 10 см, уплотняют на стандартном вибростоле в течение 5 минут и оставляют для естественного твердения в течение 24 часов. Далее образец материала подвергают термовлажностной обработке в пропарочной камере ямного или камерного типа в течение 8 часов. Далее образец извлекается из формы и проходит стадию сушки в сушильной камере при температуре 110°С до постоянной массы в течение 3 часов. Готовый образец материала для радиационной защиты имеет следующие характеристики: объемную массу 4135 кг/см, прочность на сжатие 520 кг/см², линейный коэффициент ослабления ионизирующего излучения (источник Со⁶⁰ с энергией Е=1173 кэВ) 0,23, линейный коэффициент ослабления ионизирующего излучения (источник Cs¹³⁷ с энергией Е=661 кэВ) 0,41, длина релаксации быстрых нейтронов (Е>2 МэВ) 8,8 см, длина релаксации мощности дозы нейтронов 10,0 см.

Для получения сравнительных данных параллельно проводились аналогичные эксперименты на других составах материала.

Результаты радиационно-защитных и физико-механических испытаний представлены в табл.2.

Таблица 2
Компонент	Предлагаемый материал
1	2	3	4	5
Плотность, кг/см3	3900	4000	4100	4150	4200
Предел прочности при сжатии, кг/см2	450	470	520	440	390
Линейный коэффициент ослабления (μ) гамма излучения, см-1:
Е=1173 кэВ	0,18	0,20	0,23	0,21	0,19
Е=661 кэВ	0,44	0,43	0,41	0,42	0,43
Длина релаксации быстрых нейтронов (Е>2 МэВ), см	10,0	9,3	8,8	8,7	8,6
Длина релаксации мощности дозы нейтронов, см	14	12	10	9,5	9,0
Марка по морозостойкости	200	200	200	200	200
Теплостойкость, °С	600	650	700	670	550
Радиационная стойкость, баллы	2	2	2	2	2

Измерение радиационно-защитных свойств материалов по гамма-излучению осуществлено гамма-спектральным методом на базе многоканального анализатора с программным обеспечением "Прогресс" в аккредитованной в Госстандарте РФ лаборатории радиационного контроля "Спектр". Измерение радиационно-защитных свойств материалов по нейтронному излучению осуществлялось с помощью сцинтилляционного счетчика быстрых нейтронов на основе кристалла ZnS(Ag). Оценка физико-механических характеристик проводилась в государственном научном центре по сертификации строительных материалов и конструкций, аккредитованном в Госстандарте РФ "БГТУ-сертификация".

Анализируя данные, приведенные в табл.2, можно заключить, что предлагаемый неорганический материал является эффективным защитным экраном от гамма- и нейтронного излучения и позволяет повысить радиационно-защитные характеристики на 30-50% по сравнению с известным материалом.

Способ приготовления неорганического материала для радиационной защиты, включающий загрузку связующего, наполнителя и пластификатора в смеситель принудительного действия и перемешивание компонентов, отличающийся тем, что в качестве связующего используют портландцемент, а в качестве наполнителя - тонкодисперсный железосодержащий магнетитовый концентрат с размером частиц 20-40 мкм, молотый хризотиловый асбест, строительную известь, вводят чугунную дробь и воду, осуществляют перемешивание смеси до однородного состояния, производят укладку в формы для твердения, термовлажностную обработку в пропарочной камере в течение 7-8 ч, сушку в сушильной камере при температуре 100-110°С в течение 3-5 ч при следующем соотношении компонентов, мас.%: портландцемент 13-17; магнетитовый концентрат 10-14; хризотиловый асбест 0,55-0,75; известь 0,5-0,7; пластификатор 0,2-0,3; чугунная дробь 65-73; вода 2,3-2,7.