Биологическая защита от ионизирующего излучения критического стенда

Полезная модель относится к области атомной энергетики, а более точно, к устройствам для защиты от ионизирующего излучения персонала при строительстве, эксплуатации и хранении радиационных объектов, и может быть использована, в первую очередь, для размещения внутри нее критических сборок активных зон при проведении экспериментов.
Из уровня техники известна биологическая защита, содержащая объемные трапецидальные элементы, соединенные между собой с образованием кольца путем сопряжения большего основания одного трапецидального элемента и торцевой боковой грани другого элемента [патент РФ №2649900 МПК G21F 3/04, опуб. 05.04.2018 Бюл. №10].
В известной биологической защите трапецидальные элементы соединены между собой за счет соединения выступ - паз с последующей сваркой в нескольких точках по длине стыка. При этом основания соседних элементов образуют между собой угол в 120 градусов, а кольцо защиты выполнено шестигранным.
Для обеспечения доступа к внутренней полости биологической защиты два элемента сварены между собой и скреплены замком с резьбовым соединением и устройством фиксации с остальными четырьмя элементами, которые также сварены между собой.
В свою очередь каждый трапецидальный элемент состоит из отдельных плоскопараллельных подобных деталей, изготовленных из листового металла в форме трапецидальных призм с увеличением их размеров в сторону основания. Детали соединяются между собой за счет соединения выступ-паз с последующей сваркой в нескольких местах.
Известная биологическая защита используется в рагрузочно-погрузочной машине и установлена на тележке разгрузочно-погрузочной машины вокруг предполагаемого места транспортирования ядерного топлива.
Недостатком указанной конструкции, в первую очередь, является возможность прямого «прострела» ионизирующего излучения в местах стыка трапецидальных элементов биологической защиты в область нахождения персонала, так как выступы и пазы, которые являются барьером для прохождения прямого «прострельного» излучения, выполнены не по всей плоскости места стыка элементов, оставляя, тем самым, его частично прямым без перепадов. Особенно в этом плане уязвимо подвижное соединение двух элементов с остальными четырьмя.
Кроме того, известную конструкцию невозможно использовать для работ, не связанных с перегрузкой топлива ядерного реактора, например, на этапе проведения работ по пуско-наладке критических стендов, так как отсутствует доступ к объекту сверху из-за наличия сплошного верхнего перекрытия и наличия бокового прохода только в определенном месте.
Дополнительными недостатками известной защиты являются ее высокая масса из-за применения металлической сварной конструкции; высокие сложность и длительность изготовления элементов из-за необходимости механической обработки большого количества трапецидальных деталей, из которых состоят элементы защиты.
Технической проблемой, на решение которой направлена настоящая полезная модель, является создание биологической защиты для обеспечения допустимой радиационной обстановки вблизи источников ионизирующих излучений при осуществлении возможности непосредственного всестороннего доступа персонала к защищаемому объекту на этапе монтажа, наладки, эксплуатации или при его хранении.
Кроме того, дополнительным преимуществом заявляемой полезной модели является значительное снижение массы защиты и длительности проведения работ по ее изготовлению и установке.
Техническим результатом настоящей полезной модели является увеличение площади поглощения ионизирующего излучения в месте стыков трапецидальных элементов.
Дополнительными преимуществами заявляемой биологической защиты является снижение времени ее монтажа, стоимости и массы.
Указанный основной технический результат достигается тем, что биологическая защита, содержащая объемные трапецидальные элементы, соединенные между собой с образованием кольца путем сопряжения большего основания одной трапеции и торцевой боковой грани другой трапеции,
согласно полезной модели защита содержит, по крайней мере, одно дополнительное кольцо, расположенное в радиальном направлении, при этом кольцо образовано аналогично первому кольцу путем сопряжения большего основания одного трапецидального элемента и торцевой боковой грани другого элемента, поверхности колец сопрягаются друг с другом без зазора путем сопряжения в радиальном направлении больших оснований трапеций одного кольца с меньшими из оснований трапеций другого кольца.
Кроме того, трапецидальные элементы выполнены из борированного полиэтилена.
Кроме того, трапецидальные элементы соединены между собой в местах стыка уголками и крепежными элементами.
Кроме того, биологическая защита дополнительно содержит верхнюю часть, которая выполнена с проходным отверстием по центру.
Кроме того, кольца биологической защиты выполнены восьмигранными, при этом угол сопряжения между трапецидальними элементами в каждом из колец составляет 135 градусов, а грань трапеции имеет угол 45 градусов.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан объемный трапецидальный элемент; на фиг. 2 - продольное сечение биологической защиты; на фиг. 3 - поперечное сечение радиационной защиты; на фиг. 4 - укрупненный узел стыковки элементов из защитного материала.
Биологическая защита содержит объемные трапецидальные элементы 1 из защитного материала, например, борированного полиэтилена, или композитного материала.
Применение указанных материалов позволяет значительно снизить длительность обработки трапецидальных элементов 1, а также массу биологической защиты в целом и время ее сборки за счет известных природных свойств материалов.
Трапецидальные элементы 1 соединены между собой с образованием кольца 2 путем стыковки большего основания одного трапецидального элемента 1 с боковой поверхностью другого элемента 1. При этом для получения большей полезной площади внутри кольца 2 его выполняют восьмигранным. При этом каждый из трапецевидных элементов 1 с боковых торцов по всей высоте имеет угол 45° между торцевой и боковой поверхностью в горизонтальной плоскости, а элементы 1 ориентированы относительно друг друга на угол 135° и скреплены между собой крепежными уголками 3, зафиксированными на элементах 1 стандартным крепежными деталями 4.
Биологическая защита содержит, по крайней мере, еще одно кольцо 5, полученное аналогичным образом, описанным выше, путем стыковки между собой больших оснований одного трапецидального элемента 1 с боковой гранью другого элемента 1. Кольца 2 и 5 устанавливаются одно в другое. При этом поверхности колец 2 и 5 соприкасаются в радиальном направлении без зазора путем сопряжения больших оснований трапецидальных элементов 1 одного кольца с меньшими из оснований трапецидальных элементов 1 другого кольца.
Указанный вариант стыковки трапецидальных элементов 1 в радиальном направлении образует непрерывное ступенчатое место стыка, тем самым, увеличивая площадь поглощения для прямого «прострельного» излучения. Таким образом, прямое излучение от радиационного объекта, находящегося внутри кольца защиты, поглощается вдоль всей поверхности стыков элементов 1, и не может попасть в защищаемую область за пределы защиты.
Кольца биологической защиты скрепляются между собой крепежными уголками 3 с помощью стандартных крепежных деталей 4, и крепятся при эксплуатации к основанию стапеля металлическими уголками 6. Количество колец в защите определяется по результатам расчета допустимого воздействия на органы обслуживающего персонала, и при необходимости может быть увеличено.
Разъемное соединение колец 1 уголками 3 и крепежными элементами 4 позволит получить всесторонний доступ к радиационному объекту за счет возможности разбора конструкции в необходимом месте.
Биологическая защита также содержит верхнюю часть 7, которая выполнена с проходным отверстием по центру. Верхняя часть защиты может быть выполнена из плит того же защитного материала, что и трапецидальные элементы 1, с перекрытием стыков.
Наличие верхней части с отверстием по центру также позволит иметь всесторонний доступ к критическому стенду, размещенному внутри защиты, при этом излучение от него будет выходить по конусному сечению из-за границ центрального отверстия, благодаря чему находящийся рядом персонал не будет подвергаться излучению.
Биологическая защита применяется следующим образом.
После монтажа критического стенда до начала его использования как источника излучения (например, до начала физического пуска) вокруг него устанавливается указанная выше биологическая защита. Защита может собираться как на месте эксплуатации, так и быть установленной уже в собранном состоянии.
Сборка защиты осуществляется следующим образом.
Первый слой трапецидальных элементов 1 по трафарету выставляется на ровном участке с образованием восьмигранного кольца 5 вокруг радиационно-опасного объекта. Далее вокруг него вплотную ставятся по предложенному алгоритму выше последующие трапецидальные элементы 1 с образованием следующего кольца 2. После этого поочередно производят скрепление колец уголками 3 с использованием стандартного крепежа 4.
При необходимости количество колец может быть увеличено. В данном случае скрепление уголками 3 и крепежными элементами 4 осуществляется только внешнего и внутреннего колец. Трапецидальные элементы 1 колец, расположенных между внешним и внутренним кольцами, фиксируются за счет силы сжатия.
В заключение устанавливают верхнюю часть 7 и производят их крепление к основному блоку, образованному кольцами 2 и 5.
Защита в сборе крепится к стапелю уголками 6 и крепежными элементами.
После пуска критического стенда прямое «прострельное» излучение поглощается в месте стыков элементов 1 за счет увеличенной площади поглощения из-за непрерывной ступенчатой поверхности стыка элементов 1.
При необходимости к объекту можно получить всесторонний доступ за счет разборки части элементов 1 или через отверстие в верхней части защиты.