Радиационно – модифицированные материалы и жаростойкие композиции с использованием техногенного сырья для защиты от излучений и фоновой радиации (03.02.2012)

Автор: Стефаненко Игорь Владимирович

- теоретические положения защитных средств для снижения гамма – фона во вновь строящихся и эксплуатируемых зданиях за счет применения отделочных материалов с низкими (не менее, чем в 3 раза) эффективными удельными активностями по сравнению со значениями строительных материалов помещения;

- метод расчета защитных средств для снижения гамма – фона в помещениях с учетом плотности, эффективной удельной активности материалов и кратности ослабления;

- закономерности вклада в гамма – фон помещений от компонентов сырья строительных материалов, влияющих на годовые эквивалентные дозы облучения населения;

- защитные материалы с низкой эффективной удельной активностью для снижения доз облучения населения в помещениях, создаваемых долгоживущими радионуклидами 226Ra, 232Th,40 K; - результаты внедрения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Естественные радионуклиды (ЕРН), находящиеся в объектах внешней среды, являются основными источниками облучения населения. Их излучение создает естественный радиационный фон, а доза облучения практически всеми компонентами естественного радиационного фона зависит от деятельности людей. Эти компоненты получили название – технологически усиленный фон (ТУФ). Компоненты ТУФ подлежат нормированию и контролю наравне с искусственными радионуклидами.

Особенностью многих компонентов ТУФ является то, что при относительно небольших индивидуальных дозах облучения они воздействуют на большие контингенты людей и за счет этого создают значительный вклад в коллективную дозу облучения населения. Поскольку согласно современным представлениям последствия облучения определяются величиной коллективной дозы, то значимость этих компонентов ТУФ необходимо оценивать по их вкладу в коллективную дозу.

ЕРН могут обуславливать облучение людей, как в производственной, так и в коммунальной сферах. В коммунальной сфере существенную радиационную опасность могут представлять радон и его дочерние продукты распада, находящиеся в воздухе подземных сооружений. В процессе переработки минерального сырья может происходить концентрирование ЕРН в конечном или промежуточном продуктах, а также в отходах производства. Такие производства могут явиться поставщиками продуктов с повышенной радиационной опасностью.

В коммунальной сфере доза внешнего облучения людей гамма – излучением в основном определяется концентрацией ЕРН в строительных материалах, использованных для строительства зданий. Концентрация радона и его дочерних продуктов в воздухе определяется эксхаляцией из стен и перекрытий, а также эманированием из подстилающего грунта под зданием. На концентрацию радона в воздухе помещений влияют факторы, которые можно разделить на относительные (местонахождение, время года и суток, высота над уровнем земли, метеорологические условия) и прямые, характеризующие определенное здание (вентиляция, диффузия из строительных материалов, наличие отверстий в междуэтажных перекрытиях, конвекция). Увеличение поступления ЕРН в организм человека может происходить за счет использования для питьевого водоснабжения воды подземных источников с повышенной концентрацией ЕРН.

Осуществление контроля компонентов ТУФ преследует двойную цель: ограничение индивидуальных доз и уменьшение коллективной дозы. Помимо контроля отдельных компонентов ТУФ для оценки радиационной обстановки в регионе важным является определение уровней фона гамма – излучения территорий и зданий, создаваемого ЕРН. Это позволит оценить дозы внешнего облучения населения, выявить региональные различия и аномально высокие уровни гамма – фона.

Существенным фактором опасности является наличие в регионах активных отходов гамма-излучения, образующихся в результате использования в промышленности, медицине и сельском хозяйстве мощных источников 60Co, 237Cs и 90Sr. Как правило, активные отходы указанных источников отправляются в места местного (регионального) захоронения.

При рассмотрении влияния искусственных источников на население следует связывать это с наличием в регионе используемых источников излучения для технологических нужд в промышленности, радиологических – в

медицине и сельском хозяйстве. В Волгоградской области действует предприятие «Радон», занимающееся координацией работ с такими источниками излучений. Это предприятие имеет хранилища и места захоронения активных источников, от которых должна быть надежная защита.

Общими требованиями к защитным материалам от мощных источников ионизирующих излучений являются: высокая плотность; прочность; низкая эффективная удельная активность природных радионуклидов в их составе; стойкость к агрессивным воздействиям. Поэтому к разработке новых композитных составов для защиты обращается особое внимание на компоненты (добавки, наполнители).

Эффективным фактором, влияющим на плотность и прочность при модифицировании материала является выбор метода полимеризации (химический или радиационный), т.к. на физико – химические свойства конечного изделия оказывается влияние процентное содержание свободных (незаполимеризованных) радикалов. Этот фактор повлиял на выбор радиационного способа в производстве для защиты.

Используя фосфатное связующие с тонкомолотыми добавками и заполнителями из отходов местной промышленности открывалась возможность получения целого ряда бетонов (в том числе и для защиты от излучения).

Проведенные исследования взаимодействия алюмохромфосфатного связующего с алюминиевой пудрой показали, сто с увеличением количества вводимого алюминия уменьшается время начала интенсивного взаимодействия алюминия со связкой, а температура повышается.

Таким образом, существенный вклад (до 47 – 50%) в коллективную дозу облучения населения вносят природные источники ионизирующих излучений, «переносимые» в жилые дома и производственные помещения строительными материалами и менее 1% -искусственные (для технологических целей), используемые в регионах (см. рис.1.)

Для чистой АФХС плотностью 1,5 г/см 3 время начала интенсивного взаимодействия составляет от 8 мин 11 сек до 9 мин 12 сек. При этом максимальная температура разогрева смеси составляет 110 0С, что вполне обеспечивает затвердевание изделий без применения термообработки.

На основании физико-химических исследований разработанной поризованной алюмохромфосфатной композиции установлено, что конечными

Рис.1. Основные источники ионизирующего излучения и обусловленные ими эффективные дозы, %:

1- искусственные источники (около 1 %);

2- космическое излучение (8-12 %);

3- внутреннее облучение (10-12%);

4- ?-излучение (7-15%);

5- внутреннее и внешнее облучение от строительных материалов, радона и торона в помещении и из грунта (30-51%);

6- медицинские обследования (12-44%).

продуктами термических превращений после нагревания до 1000-13000С являются высокотемпературные соединения AlPO4 (кристобатилового типа); ?-CrPO4 и ?-Al2O3.

Совместно с УралНИИ стромпроект разработан жаростойкий газобетон на алюмохромфосфатном связующем (АХФС) с использованием белого электрокорунда и дисперсного алюминия. Исследования взаимодействия АХФС с алюминиевой пудрой в газобетоне плотностью 600-1000 кг/м3 позволили установить оптимальное соотношение связующего АХФС плотностью 1,5 г/см3 и 60%- ной ортофосфорной кислотой, равное 1:3 соответственно.

Последующие исследования позволили разработать составы бетона на основе АХФС с использованием шламов карбидокремниевых отходов абразивного производства и шамота, твердеющих без дополнительной термообработки. В процессе подбора составов газобетона применялся шамот с удельной поверхностью 2500-3000 см2/г. Карбидокремниевые отходы измельчались до удельной поверхности 2500 см2/г. Оптимальная концентрация ортофосфорной кислоты для получения АХФС составляет 60%. Установлено, что прочность бетона при сжатии зависит от расхода алюминиевой пудры, оптимальное количество которой составляет 5-7% от массы сухих компонентов сырьевой смеси, и совершенно не зависит от количества добавки шамота.

Расход АХФС подбирался с учетом реологических свойств свежеприготовленной смеси. Сырьевая масса при этом имела оптимальную температуру саморазогрева, необходимую для последующего затвердевания и

получения образцов бетона со средней плотностью 400-1000 кг/м3. При нагреве образцов до температуры 8000 С прочность бетона на сжатие не изменялась.

Максимальная прочность получена в составе, содержащем 50% шамота.

Крупность заполнителя 0-5мм оказывает положительное влияние на

прочность при сжатии и термостойкость бетона (см. рис. 2).

Средняя плотность газобетона на А-600 кг/м3; Б-800 кг/м3; В-1000 кг/м3

_ _ _ _ _ _ _ _ прочность при сжатии после нагрева до 10000С;

____________ термостойкость.

Рис. 2. Прочность и термостойкость газобетона на основе шамота с тонкомолотыми и крупностью 0-5 мм карбидо-кремниевыми отходами (1:2)

Составы бетонов, использованных при проведении исследований, приведены в табл.1.


загрузка...