.

РАДИАЦИОННЫЕ ЗАЩИТНЫЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛОБЕТОНОВ

Лаптев Геннадий Алексеевич – Доцент кафедры автомобильных дорог
и специальных инженерных сооружений ГОУ ВПО «Мордовский
государственный университет им. Н.П. Огарева»,
кандидат технических наук


1. Ионизирующие излучения и радиационно-защитные материалы

Ионизирующие излучения свое название получили по способности вызывать ионизацию атомов и молекул в облучаемом веществе. Все ионизирующие излучения по своей природе подразделяются на электромагнитные и корпускулярные [1].

К электромагнитным относятся рентгеновское излучение, γ-излучение и тормозное излучение, возникающие при прохождении через вещество сильно ускоренных заряженных частиц. Видимый свет и радиоволны – также электромагнитные излучения, но с большей длиной волны.

Все остальные виды ионизирующих излучений имеют корпускулярную природу, представляя собой пучки ядерных частиц, ядер элементов или ионов. Большинство из них заряженные корпускулы: β-частицы (электроны); протоны (ядра водорода); дейтроны (ядра тяжелого водорода – дейтерия); α-частицы (ядра гелия) и тяжелые ионы – ядра других элементов. К корпускулярным излучениям относят и не имеющие заряда ядерные частицы – нейтроны. Ниже рассмотрены сведения о различных ионизирующих излучениях.

Электромагнитные излучения. Глубина проникновения ионизирующего излучения зависит с одной стороны от природы излучения, заряда и энергии составляющих его частиц и квантов, а с другой – от состава, плотности и особенностей облучаемого вещества. Так, α-частицы, испускаемые радием, полностью ослабляются слоем алюминия толщиной порядка 0,01 мм; β-частицы – слоем алюминия толщиной несколько миллиметров; γ-кванты – слоем алюминия толщиной порядка десятков дециметров [1].

Фотоны γ- и рентгеновского излучения обладают наибольшей проникающей способностью. Средняя длина их пробега в веществе зависит главным образом от его плотности. Она минимальна в материалах, подобных свинцу, используемых обычно в качестве защитных экранов [2].

Проникающая способность характеризуется величиной пути распространения излучения в окружающей среде и зависит от его энергии, выраженной в килоэлектрон-вольтах (КэВ) и мегаэлетрон-вольтах (МэВ).

В табл. 1 приведены величины максимального пробега частиц и излучений в зависимости от энергии частиц или кванта [3, 4].

Maksimalnyj_probeg_chastic_i_srednij_put_rasprostraneniya_γ-kvantov_v_zavisimosti_ot_ix_energii

Существуют три основных механизма взаимодействия электромагнитного излучения с веществом: фотоэлектрический эффект, эффект Комптона, образование электронно-позитронных пар [1].

Энергия падающего кванта полностью поглощается веществом, в результате чего появляются свободные электроны. Они обладают кинетической энергией, величина которой равна энергии кванта за вычетом работы выхода электрона с данного энергетического уровня. С повышением энергии излучения вероятность фотоэффекта быстро уменьшается и для излучений с энергией 1 МэВ его вкладом можно пренебречь [1].

При энергии квантов свыше энергии связи электронов в атоме γ-квант может упруго рассеяться на электроне. При этом часть энергии γ-кванта передается выбитому электрону. Электрон и вторичный квант излучения могут обладать достаточным запасом энергии, чтобы вызвать в дальнейшем новые акты ионизации. Вторичные и третичные кванты излучения могут в дальнейшем взаимодействовать с атомами и молекулами по типу фотоэффекта (рис. 1) [3].

Adsorbciya_energii_fotona_rentgenovskogo_izlucheniya_pri_effekte_Komptona

Рис. 1. Адсорбция энергии фотона рентгеновского излучения при эффекте Комптона

При относительно высоких энергиях γ-квантов (выше 1 МэВ) взаимодействие излучений с веществом может происходить особым путем, в результате которого образуются две легкие элементарные частицы с противоположными знаками – электрон и позитрон [1]. Замедлившийся позитрон взаимодействует с каким-либо электроном среды с образованием двух γ-квантов с энергией по 0,51 МэВ. Этот процесс называется аннигиляцией. В дальнейшем эти γ-кванты взаимодействуют с атомами среды по типу фото- или Комптон-эффекта.

Корпускулярные излучения. При прохождении через вещество заряженная частица теряет свою энергию, вызывая ионизацию и возбуждение атомов до тех пор, пока общий запас энергии не уменьшится до такой степени, что частица потеряет ионизирующую способность [2]. В зависимости от знака заряда при пролете частицы в веществе она испытывает электростатическое взаимодействие с частицами атома. Она притягивается или отталкивается от положительно заряженных ядер или от несущих отрицательный заряд электронов. Чем больше масса летящей частицы, тем меньше она отклоняется от первоначального направления. Полет протонов и более тяжелых ядерных частиц практически прямолинеен, а траектория полета легких электронов сильно изломана вследствие рассеяния на орбитальных электронах и в результате притяжения к ядрам атомов. Вследствие этого скорость электрона снижается, и часть его энергии теряется и испускается фотон тормозного излучения. Следовательно, при прохождении через вещество электронов высокой энергии одновременно происходит образование электромагнитного излучения.

В отличие от заряженных частиц нейтроны не несут электростатического заряда и не вступают во взаимодействие с электронами атомной оболочки, что позволяет им проникать в глубь атомов. Достигая ядер, они либо поглощаются ими, либо отталкиваются от них. При упругом рассеянии на ядрах углерода, азота, кислорода, согласно [5], нейтрон теряет лишь 10–15% энергии, а при упругом столкновении с почти равными им по массе ядрами водорода – протонами энергия нейтрона уменьшается в среднем вдвое, передаваясь протону отдачи (рис. 2).

Vzaimodejstvie_bystrogo_nejtrona_s_atomom_vodoroda_obluchaemogo_materiala

Рис. 2. Взаимодействие быстрого нейтрона с атомом водорода облучаемого материала

Поэтому вещества, содержащие большое количество водорода, – графит, вода, парафин, пластмассы, используют для защиты от нейтронного излучения больших энергий. В них нейтроны быстро теряют свою энергию и замедляются, а медленные нейтроны, как правило, эффективнее, чем быстрые, поглощаются веществом. Допустим, пучок быстрых нейтронов проходит через тяжелое вещество, например, свинец, ядра которого во много раз тяжелее нейтронов. В таком веществе нейтроны в результате рассеяния на ядрах будут терять свою энергию очень малыми порциями и должны проходить в нем большие расстояния, прежде чем потеряют значительную долю своей начальной энергии. Замедляющие способности веществ при нейтронном облучении приведены в табл. 2 [5, 6].

Zamedlyayushhie_sposobnosti_veshhestv_pri_nejtronnom_obluchenii

Ядра большинства веществ при поглощении нейтронов становятся неустойчивыми и, распадаясь, порождают протоны, α-частицы и фотоны γ-излучения, и другие ядра также способные производить ионизацию [5]. При таких ядерных процессах могут образоваться радиоактивные изотопы элементов и возникнуть наведенная радиация, в свою очередь также вызывающая ионизацию.

Следовательно, вклад того или иного вида ядерного взаимодействия нейтронов зависит от их энергии, а также от состава облучаемого вещества.

По величине энергии различают следующие виды нейтронов [7]:

1. Сверхбыстрые нейтроны с энергией свыше 300 МэВ. Отличаются слабым взаимодействием с ядрами (прозрачность ядер для сверхбыстрых нейтронов) и появлением «реакции скалывания», в результате которой бомбардируемое ядро испускает несколько осколков.

2. Очень быстрые нейтроны с энергией 20–300 МэВ. Отличаются ядерными реакциями с вылетом большого числа частиц.

3. Быстрые нейтроны с энергией от 0,5 до 20 МэВ. Эти нейтроны характеризуются как упругим, так и неупругим рассеянием и возникновением ядерных реакций.

4. Промежуточные нейтроны с энергией от 0,5 кэВ до 0,5 МэВ. Для нейтронов этой группы наиболее типичным процессом взаимодействия является упругое рассеяние.

5. Резонансные нейтроны. Наблюдаются в области энергий от нескольких элекрон-вольт до 500 эВ. У таких нейтронов велика вероятность поглощения тяжелыми ядрами (Au, U и др.).

6. Медленные нейтроны. Они подразделяются на холодные нейтроны с энергией менее 0,025 эВ, тепловые (с энергией от 0,025 до 0,5 эВ) и надтепловые (с энергией выше 0,5 эВ). В поглощающей среде обычно наблюдается реакция захвата медленных нейтронов.

Быстрые нейтроны эффективно замедляются до тепловых веществами с малым порядковым номером. К таким материалам относятся водородсодержащие вещества: парафин, вода, пластмассы, резина.

Для эффективного поглощения тепловых нейтронов используются материалы, обладающие большим сечением захвата (материалы с высоким содержанием бора и кадмия).

При проведении расчета защиты от нейтронного излучения следует учитывать, что защита от этого вида излучения основывается на поглощении тепловых и медленных нейтронов, а быстрые нейтроны сначала должны замедляться.

Исходя из этого, следует отметить, что защитные свойства материалов от нейтронного излучения определяются замедляющей и поглощающей способностью, степенью их активации и способностью поглощать γ-излучение.

 

2. Теоретические предпосылки по созданию металлобетонов с высокими радиационно-защитными свойствами

 

Для защиты от α- и β-излучения, в отличие от γ- и нейтронного излучения, не требуется больших толщин поглощающих экранов. Глубина проникновения ионизирующего излучения зависит от вида энергии и природы излучения, а также от состава и плотности облучаемого вещества. Длина пробега электромагнитного излучения минимальна в плотных материалах, например в свинце. Поэтому в качестве эффективного защитного экрана от γ-излучения обычно используются свинец, тяжелые бетоны и т.д.

Быстрые нейтроны удобнее предварительно замедлить в результате упругого рассеяния на ядрах вещества с малым порядковым номером (парафин, вода, углеводороды, пластмасса, резина), превратив их в тепловые, а затем поглотить ядрами бора, кадмия и другими материалами с большим сечением захвата.

Таким образом, защита от ионизирующего излучения с одной стороны основывается на замедлении быстрых нейтронов и поглощении тепловых нейтронов, а с другой стороны – на поглощении γ-квантов.

В настоящее время в качестве защитных материалов применяются свинец, железо, баритобетон, обычный тяжелый бетон, кирпич, свинцовая резина и свинцовое стекло. Степень ослабляющего воздействия принято определять свинцовым эквивалентом, который является выраженным в миллиметрах толщиной свинца с ослаблением ионизирующего излучения в такой же степени, как и используемый защитный материал (табл. 3).

Svincovye_ekvivalenty_razlichnyx_materialov_dlya_rentgenovskogo_izlucheniya_do_200_kv_maks_i_γ-izlucheniya_radiya

Рассмотрим проникающую способность излучений.

Прохождение тепловых нейтронов через вещество. При прохождении пучка тепловых нейтронов через вещество возможны два вида их взаимодействия с ядрами вещества. Во-первых, в результате соударения нейтронов с ядрами возможно упругое рассеяние нейтронов, во-вторых происходят ядерные реакции типа: (α,n) – α-частица – нейтрон, (р,n) – протон – нейтрон, (γ,n) – γ-квант – нейтрон [8].

Изменение плотности коллимированного потока нейтронного излучения dI в результате взаимодействия нейтронов с веществом будет пропорционально плотности падающего потока нейтронов I, числу атомов вещества в единице объема N и длине пути нейтронов в веществе dх, т.е.

dI = –N·σ·I·dх,                                                 (1)

где   σ – эффективное сечение взаимодействия нейтронов с ядрами вещества (измеряется в барнах, 1 барн = 10-24 см2).

Если обозначить I0 плотность потока нейтронов на поверхности защиты, т.е. при х = 0, а IХ – плотность потока нейтронов за слоем защиты х, то в результате интегрирования выражения (1) получим:

IХ = I0· eNx.                                           (2)

Oslablenie_padayushhego_nejtronnogo_potoka

Коэффициент пропорциональности σ, характеризующий вероятность любого взаимодействия нейтрона с атомами вещества, имеет размерность см2 и называется микроскопическим эффективным нейтронным поперечным сечением ядра. Нейтронные сечения для большинства изотопов известны и приведены в работе [5].

Прохождение γ-излучения через вещество. При прохождении γ-излучения через вещество наблюдается ослабление интенсивности пучка из-за его взаимодействия с атомами среды. Взаимодействие квантов излучения характеризуется тем, что каждый фотон выбывает из пучка в результате одиночного акта. Следовательно, число выбывающих из пучка фотонов dJ пропорционально проходимому ими слою dх и числу падающих фотонов J0.

Пусть на поверхность какой-либо среды падает параллельный пучок интенсивностью J0. После прохождения слоя толщиной dх интенсивность уменьшится на величину dJ. Тогда

dJ = –μ · J0 · dх,                                         (4)

где   μ – линейный коэффициент ослабления, показывающий вероятность и долю того, что на единице пути в веществе произойдет поглощение или рассеяние кванта.

Коэффициент μ определяется по формуле

Linejnyj_koefficient_oslableniya

Интегрируя выражение (3) по всей толщине облучаемого материала, получим формулу ослабления интенсивности параллельного пучка излучения:

J = J0 · eμx.                                                   (6)

Так как линейный коэффициент ослабления излучения зависит от плотности среды, для характеристики ослабления пользуются массовым коэффициентом ослабления μмас, равным отношению линейного коэффициента ослабления μ к плотности среды ρ, см2

μm = μ / ρ.                                                 (7)

Подставив значение массового коэффициента ослабления μm в формулу (6), получим

Oslablenie_intensivnosti_parallelnogo_puchka_izlucheniya

В этом случае вместо обычной толщины ослабляющего слоя х, см, в формулу ослабления вводят произведение плотности ρ на истинную толщину х, г/см2. Если взять для примера свинец толщиной 1 мм (0,1 см), то при плотности свинца 1,13 г/см3 условная толщина будет равна 1,13 г/см2. Для нахождения истинной толщины по условной необходимо значение условной толщины разделить на плотность вещества.

Если облучаемое вещество сложного строения, то имеет место тот же самый закон экспоненциального ослабления, но в этом случае коэффициент ослабления выражается формулой [9]

Koefficient_oslableniya

Для характеристики поглощательной способности материалов удобно использовать толщину слоя половинного поглощения – такую толщину образца, которая ослабляет падающий поток в 2 раза:

Vyrazhenie_dlya_tolshhiny_sloya_polovinnogo_pogloshheniya

 

3. Примеры расчета и экспериментальное исследование радиационных защитных свойств металлобетонов

 

Прохождение тепловых нейтронов через вещество. Опираясь на указанные выше принципы моделирования защиты композиционных материалов от ионизирующего излучения, рассмотрены металлобетоны со свинцовой матрицей и различными заполнителями. Составы приведены в табл. 4.

Sostavy_metallobetonov_dlya_opredeleniya_radiacionnyx_zashhitnyx_svojstv

На первом этапе установлены плотность и химический состав компонентов металлобетонов. Для принятых компонентов плотность равна, г/см3: свинец – 11,3; кварцевый песок – 2,65; оксид магния – 3,58; карбид бора – 2,519; фарфор – 2,8; доломит – 2,65-2,86; базальт – 2,99–3,00, а химический состав заполнителей следующий: кварцевый песок – β · SiO2; оксид магния – MgO; карбид бора – В4С; фарфор – Al2O3 · 2SiO2×2H2O; доломит – СаСО3 · МgСО3; базальт, состоящий в основном из авгита (Са (Мg · Fe)·(Si2O) и оливина [(Mg · Fe)2 · SiO4], имел следующий состав, кг/м3: вода – (Н – 2, О – 20), О – 1369, Мg – 183, Аl – 291, Si – 759, K – 36, Ca – 214, Fe – 126 [10].

Методом замеса смешивали компоненты в среде углекислого газа, смесь заливалась в формы и уплотнялась с применением вибрации. Были изготовлены образцы размером 60×40×10 мм с применением заполнителей фракции 0,37–1,25 мм.

Определяем плотность элементов ρ и сечение захвата тепловых нейтронов ядром i-го элемента заполнителя (σi – «эффективное поперечное сечение»), барн [8]. Результаты расчетов представлены в табл. 5.

Plotnost_i_effektivnoe_poperechnoe_sechenie_elementov

Как видно из табл. 5, наибольшее «эффективное поперечное сечение» оказалось у элемента бора, который эффективно захватывает тепловые нейтроны с энергией Е = 25 · 10-3 эВ.

Выполним расчеты по радиационной стойкости металлобетона при воздействии тепловых нейтронов с энергией Е = 25 · 10-3 эВ следующего состава (в% об.): свинец – 35, заполнитель – 65.

Расчеты поглощающей способности нейтронного излучения металлобетонами выполнялись при следующих предположениях:

1) На образец падает коллимированный поток нейтронов.

2) Энергия нейтронов принималась равной 0,025 эВ (тепловые нейтроны).

Каждое ядро всех компонентов металлобетонов поглощает нейтроны независимо. Поэтому формулу (3) можно представить в виде:

ε = 1- ехр (- ΣσiNi · d),                                     (12)

где   σi – сечение захвата тепловых нейтронов ядрами i-го элемента;

Ni – концентрация ядер i-го элемента;

d – толщина поглотителя.

Oslablenie_padayushhego_nejtronnogo_potoka_pri_betone_iz_atomov_matricy_i_zapolnitelya

где   nPbи σPb – концентрация ядер и сечение захвата нейтронов ядрами свинца;

nЗi и σЗi – концентрация ядер и сечение захвата нейтронов ядрами i-го элемента заполнителя.

Число атомов свинца находим по формуле

Chislo_atomov_svinca

Для металлобетона с заполнителем в виде базальтового песка, учитывая сложную химическую формулу, расчет выполняется по каждому элементу в отдельности. Тогда формула (13) с учетом (14) и (15) запишется следующим образом:

Kolichestvo_atomov_i-go_elementa_v_molekule_zapolnitelya

Pogloshhayushhaya_sposobnost_metallobetona_s_bazaltovym_zapolnitelem

Расчеты радиационных защитных свойств метонов с матрицей из свинца (35% об.) и заполнителем из различных компонентов (65% об.) от воздействия тепловых нейтронов производились на ЭВМ. Результаты расчетов представлены в табл. 6.

Radiacionnye_zashhitnye_svojstva_metallobetonov_tolshhinoj_1_sm_pri_proxozhdenii_teplovyx_nejtronov

Прохождение γ-излучения через вещество. Широкий пучок γ-квантов ослабляется в меньшей степени, чем узкий коллимированный из-за обратного попадания в него рассеянных квантов. В свою очередь широкий пучок ослабляется иначе, чем сферически расходящийся из точечного источника.

Закон ослабления широкого пучка записывают в виде:

Zakon_oslableniya_shirokogo_puchka

Для расчетов использовались те же составы металлобетонов, принятые для расчета от воздействия тепловых нейтронов (см. табл. 4). Поскольку в состав заполнителя исследуемых метонов входят вещества, слабо поглощающие γ-излучение, то их защитные свойства определяются только свинцом. Поэтому для определения защитных свойств металлобетонов используем табл. 7 и 8 [5, 11].

Tolshhina_zashhity_iz_svinca,_mm,_v_zavisimosti_ot_kratnosti_oslableniya_i_energii_γ-izlucheniya

Tolshhina_zashhity_iz_betona_v_zavisimosti_ot_kratnosti_oslableniya_i_energii_γ-izlucheniya

Расчеты для образцов металлобетонов размером 60×40×10 мм с различными заполнителями, степенью наполнения в % по объему: заполнитель – 35% свинец + 65% показали, что основную роль в ослаблении γ-излучений играет свинец. Заполнитель играет несущественную роль и его влияние на степень ослабления составляет от 1 до 2%. Так при энергии γ-излучения 0,1 МэВ оно ослабляется в 30 раз, при 0,2 МэВ – в 5 раз, при 0,3 МэВ – в 4 раза, при 0,4 МэВ – в 2 раза.

Результаты расчетов приведены на рис. 3.

Stepen_oslableniya_γ-kvantov_v_zavisimosti_ot_energii_izlucheniya

Рис. 3. Степень ослабления γ-квантов в зависимости от энергии излучения

4. Исследование прохождения рентгеновских лучей через материалы

 

Поглощающую способность плиток из метона размерами 40×40×2 мм с различными наполнителями и свинцовой матрицей определяли на рентгеновской установке ДРОН–6 с медным анодом по схеме, показанной на рис. 4.

Sxema_proxozhdeniya_rentgenovskix_luchej_cherez_material

Рис. 4. Схема прохождения рентгеновских лучей через материал: J0 – интенсивность излучения при выходе ив рентгеновcкой трубки; J1 – интенсивность излучения после прохождения через материал; J2 – то же после прохождения черев частицу заполнителя или дефект; d – толщина образца; x – 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 [7].

Представим частицу заполнителя как дефект размером Х внутри образца толщиной d. Интенсивность излучения при выходе из рентгеновской трубки J0 после прохождения через композит обозначим через J. Линейный коэффициент поглощения композита обозначим через μ и запишем следующие зависимости:

J = J0 · еd   и   μ = ∑ Сi · ρ · μiмас,                       (19)

где   e – основание натурального логарифма; Сi – весовой процент i-го элемента;

ρ – плотность смеси;

μiмас – массовый коэффициент поглощения i-го элемента.

В качестве наполнителей по объему использовали: кварцевую муку (SiO2) с плотностью 2,65 г/см3; оксид магния (MgO) с плотностью 3,58 г/см3; карбид бора (B4C) с плотностью 2,519 г/см3; фарфор (Al2O3·2SiO2·2H2O) с плотностью 2,80 г/см3; доломит (CaCO3·MgCO3) с плотностью 2,75 г/см3; базальт [Ca(Mg·Fe)(Si2O6)(Mg·Fe)2·2K(SiO4)] с плотностью 3,00 г/см3. Наполнитель вводился в количестве 65%.

Результаты испытаний и расчетные данные приведены в табл. 9.

Oslablenie_rentgenovskogo_izlucheniya_v_zavisimosti_ot_tolshhiny_metallobetonnyx_obrazcov

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 [12, 13].

 

5. Разработка конструкции защитного экрана от ионизационных излучений

 

Как известно, ядерный взрыв или авария на атомных электростанциях приводит к выбросу мощного потока корпускулярных частиц и электромагнитному излучению. Поэтому создание многослойной конструкции является весьма актуальной задачей.

Нами разработана многослойная конструкция, состоящая из железобетонной панели, по которой наносятся нескольких слоёв покрытий (рис. 5).

Konstrukciya_mnogoslojnoj_plity_dlya_zashhity_ot_vsex_vidov_izluchenij

Рис. 5. 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) на 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 водородосодержащей среде (слой эпоксидного компаунда) быстро теряет свою энергию до тепловых нейтронов за 18-20 колебаний (поз. 4). Тепловые нейтроны активно поглощаются слоем (ЭД-20 + В4С) (поз. 3). Слой половинного ослабления излучения тепловых нейтронов составляет 0,0126 см, тогда как у металлобетонов с кварцевым наполнителем – 162 см, а с базальтовым наполнителем – 59 см.

Слой свинца или (ЭД-20 + галенит) (поз. 2) активно поглощает рентгеновское и γ-излучения. Кроме того, вся конструкция активно поглощает α- и β- излучения, а также поток протонов. Слой фольги из алюминия защищает слой 4 от ультрафиолетового излучения солнечных лучей.

 

Заключение

 

Показано, что ионизирующие излучения подразделяются на электромагнитные и корпускулярные. При этом глубина проникновения излучения зависит, с одной стороны, от природы излучения, заряда и энергии ее частиц и квантов, а с другой – от состава, плотности и особенностей облучаемого вещества: α-частицы полностью ослабляются слоем алюминия толщиной порядка 0,01 мм; β-частицы слоем алюминия толщиной несколько миллиметров; γ-кванты – слоем алюминия толщиной порядка десятков дециметров. Показано, что существуют три основных механизма взаимодействия электромагнитного излучения с веществом: фотоэлектрический эффект, эффект Комптона и образование электронно-позитронных пар. В отличие от заряженных частиц нейтроны не несут электростатического заряда и не вступают во взаимодействие с электронами атомной оболочки, что позволяет им проникать через большие толщи материалов. Главную опасность для человека представляют γ-излучение, которое ослабляется веществом с большим атомным весом, и нейтронное излучение, которое ослабляется веществом с малым удельным весом (водород, вода, парафин, пластмассы), а затем поглощается веществами с большим сечением захвата. Приводятся примеры расчета радиационных защитных свойств металлобетонов при прохождении тепловых нейтронов и γ-квантов. Установлено, что экраны из металлобетонов способны эффективно защищать как от нейтронного, так и от γ-излучения. Разработана многослойная конструкция с высокими защитными свойствами от всех видов ионизирующих излучений (быстрых нейтронов, тепловых нейтронов, γ- и рентгеновских излучений), состоящая из железобетонной плиты с прикрепленными к ней пластинами на основе свинца и фольги с внешней облицовкой из полимербетона.

 

Библиографический список

 

  1. Соломатов, В. И. Полимерные композиционные материалы в строи­тельстве / В.И. Соломатов, А. Н. Бобрышев, К. Г., Химмлер; под ред. В. И. Соломатова. — М.: Стройиздат, 1988. — 312 с.
  2. Исследование напряженно-деформированного состояния композитов с использованием метода конечных элементов / Б.В.Гусев, В.Г. Зазимко, Н.И. Нетеса // Изв. вузов. Сер. Стр-во и архитектура. — 1981. — №8. — С. 13-16.
  3. Иродов, И.Е. Задачи по общей физике: учеб. пособие / И.Е. Иродов.-2-е изд., перераб. — М.: Наука, 1988. — 416 с.
  4. Ковалев, Е.Е. Радиационный риск на Земле и в космосе / Е.Е. Ковалев. — М.: Атомиздат, 1976. — 256 с.
  5. Справочник по ядерной физике / Под ред. Л.А. Арцимовича. — М.: Физматгиз, 1963. — 631 с.
  6. Гусев, Н.Г. Физические основы защиты от излучений / Н.Г. Гусев, Л.Р. Кимель, В.П. Машков [и др.]. — М.: Атомиздат, 1969. — 120 с.
  7. Кириллов, В.Ф. Радиационная гигиена : учебник / В.Ф. Кириллов, В.А. Книжников [ и др.]; под ред. Л.А. Ильина. — М.: Медицина, 1988. — 336 с.
  8. Соломатов, В.И. Полиструктурная теория композиционных строи­тельных материалов / В.И. Соломатов // Новые композиционные материалы в строительстве. — Саратов, 1981. — С. 5-9.
  9. Ребиндер, П.А. Поверхностные явления в дисперсных системах / П.А. Ребиндер. — М.: Наука, 1979. — 381 с.
  10. Соломатов, В.И. Метон — новый конструкционный материал / В.И. Соломатов, Ю.Б. Потапов // Строительные материалы. — 1978. — №3. — С. 11.
  11. Таблицы физических величин: справочник / Под ред. И.К. Кикоина. -М.: Атомиздат, 1976. — 1008 с.
  12. А.С. 609271 СССР, МКИ2 С 04 В 29/02. Металлобетонная смесь [Текст] / Ю.Б. Потапов, В.И. Соломатов, Г.А. Лаптев, Э.Л. Марьямов (СССР); опубл. 07.02.78, Бюл. №20.-2 с.
  13. А.С. 658876 СССР, МКИ2 С 04 В 29/02. Металлобетонная смесь [Текст] / Ю.Б. Потапов, В.И. Соломатов, Г.А. Лаптев, Э.Л. Марьямов, А.И. Бульенов (СССР); опубл. 28.12.78, Бюл. №15.-2 с.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.