СЛОИСТЫЙ РАДИАЦИОННО-ЗАЩИТНЫЙ МАТЕРИАЛ
LAYERED RADIATION PROTECTIVE MATERIAL

Изобретение относится к радиационно-защитным материалам и может быть использовано для изготовления коллективных и индивидуальных средств защиты людей и оборудования от гамма- и рентгеновского излучений.
Техническим результатом изобретения является повышение защитных свойств материала, снижение токсичности и массы, легкость утилизации.
-3
-3
Сущность изобретения: на металлизированную ткань, обладающей электрической проводимостью, электрохимическим способом из борфтористоводородного водного электролита наносится радиационно-защитный материал в виде свинцового покрытия толщиной (75-100)⋅10 мм. Для снижения токсичности и повышения защитных свойств на металлизированную ткань со свинцовым покрытием методом электроосаждения наносится композиционное металлофторопластовое покрытие толщиной (60-80)⋅10 мм. С целью достижения необходимых радиационно-защитных свойств металлизированная ткань с инкапсулированным свинцом собирается в пакет расчетной толщиной.
Пакет формируется из герметичных слоев металлизированной ткани с инкапсулированным за счет металлофторопластового покрытия свинцом. Герметизация слоев производится за счет предварительной клеевой промазки клеем горячего отверждения на основе синтетического цис-бутадиенового каучука и бензина «Калоша», содержащего серную вулканизующую группу и органозоли свинца в количестве 1-1,5% масс., и последующей автоклавной обработки.
Изобретение относится к радиационно-защитным материалам и может быть использовано для изготовления коллективных и индивидуальных средств защиты людей и оборудования от гамма- и рентгеновского излучений.
Известен слоистый рентгенозащитный материал (Патент Великобритании N 2118410 МКИ G21F 1/12, опубл. 26.10.83.) в составе рентгенозащитных изделий, включающий слои эластичного материала, армированные порошкообразным наполнителем, содержащим свинец или оксид свинца.
Однако недостатком данного материала является недостаточная гибкость и технологичность, значительная масса и токсичность.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является слоистый рентгенозащитный материал (Патент Российской Федерации №2156509 МКИ G21F 1/00, B32B 5/30, опубл. 20.09.2000.) в составе рентгенозащитных изделий, содержащий слои тканого материала на основе хлопчатобумажных волокон и размещенные между ними слои эластичного материала, армированные экранирующим порошкообразным наполнителем.
К недостаткам известного материала относятся недостаточная стойкость хлопчатобумажных волокон к радиационному излучению, высокая стоимость металлорганических и редкоземельных соединений, вероятностное распределение экранирующего порошкообразного наполнителя в эластичном материале.
Техническая задача, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в разработке материала, пригодного для изготовления радиационно-защитных матов сравнительно невысокой токсичности, малой массы и высокими эксплуатационными характеристиками с фиксированным радиационно-защитным экраном, удельная поверхность которого превышает плоскую поверхность свинцового листа.
Создание пакета из гибких тонких пластин, представляющих собой металлизированную ткань со свинцовым покрытием, позволяет создать объемный радиационно-защитный экран малой массы по сравнению с листовым свинцом, и обеспечить необходимые заданные радиационно-защитные характеристики за счет ослабления гамма - и рентгеновского излучения при реализации, в том числе Комптон - эффекта.
Новый технический результат, обеспечиваемый использованием предлагаемого слоистого РЗМ заключается в повышении эксплуатационных характеристик (низкой массой изделий, компактностью, прогнозируемостью радиационно-защитных характеристик, сравнительно невысокой токсичностью, возможностью утилизации).
-3
-3
Указанные техническая задача и новый технический результат обеспечены тем, что на каждую нить металлизированной ткани наносится электрохимическим способом свинцовое покрытие толщиной (75-100)⋅10 мм. На свинцовое покрытие на каждой нити металлизированной ткани методом электроосаждения наносится композиционное металлофторопластовое покрытие толщиной (60-80)⋅10 мм. Для придания монолитности, герметичности и эластичности металлизированной ткани производится промазка клеем горячего отверждения на основе синтетического цис-бутадиенового каучука и бензина «Калоша», содержащего серную вулканизующую группу и органозоли свинца в количестве 1-1,5% масс. с последующей автоклавной обработкой. Дополнительный технический результат заключается в повышении радиационно-защитных характеристик материала за счет использования органозолей свинца, обладающих высокоразвитой поверхностью значительно превышающей плоскую поверхность свинцового листа.
Сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем. Предлагаемый РЗМ содержит слои металлизированной ткани, обладающей низким электрическим сопротивлением, на которую последовательно нанесены электрохимическим способом сначала свинцовое, а затем металлофторопластовое покрытия. Слои металлизированной ткани обработаны клеем на основе синтетического цис-бутадиенового каучука, содержащим органозоли свинца, и подвержены автоклавной обработки с образованием эластичного монолита.
-3
Радиационно-защитные свойства материала оценивались при использовании методик, представленных в (Алексеев В.П. Ядерная физика. Лабораторный практикум / В.П. Алексеев, В.П Глушаков. - Ярославль: ЯрГУ, 2009. - 236 с.). Выбор рациональной толщины электрохимических покрытий, концентрации органозолей свинца в клее, количества пластин в пакете произведен с учетом достижения высокой эффективности ослабления потока гамма-излучения при сравнительно низкой массы материала. При толщине свинцового покрытия более 100⋅10 мм живое сечение металлизированной ткани снижается до 35%, при этом наблюдается увеличение каркасности ткани, снижение ее подвижности.
-3
-3
-3
Снижение толщины покрытия (менее 75⋅10 мм) приводит к недостаточной эффективности радиационно-защитных свойств материала. При нанесении (60-80)⋅10 мм металлофторопластового покрытия на металлизированную ткань живое сечение снижается до 20-23%, однако дальнейшего увеличения каркасности ткани не происходит. Обеспечение требуемого уровня радиационно-защитных показателей достигается набором расчетного количества слоев металлизированной ткани, содержащей экранирующий наполнитель. Для обеспечения регламентированного коэффициента ослабления гамма-излучения радионуклида Cs-137 в 1,48, формируется пакет толщиной 4 мм из 9 герметичных слоев металлизированной ткани с инкапсулированным за счет металлофторопластового покрытия свинцом толщиной 100⋅10 мм. По сравнению с аналогом, содержащим свинцовый наполнитель, масса пакета из предлагаемого материала значительно снижена.
2
2
Испытания в условиях лаборатории образцов радиационно-защитного материала дали следующие результаты (образцы толщиной 0,43 мм и 0,9 мм) Линейный коэффициент ослабления гамма - квантов по линии Cs-137 с энергией 0,662 МэВ определен на сцинтиллиционном одноканальном гамма - спектрометре и составил для образца толщиной 0,43 мм - 1,03; для образца толщиной 0,9 мм - 1,016. Масса 1 м при толщине 0,43 мм - 2,34 кг. Масса 1 м при толщине 0,9 мм - 3,57 кг. Предлагаемый радиационно-защитный материал может быть легко утилизирован на аффинажных предприятиях в сплав Веркблея, так как материал содержит медные нити, покрытые серебром и свинцом.
Таким образом, использование предлагаемого сочетания электрохимических покрытий в составе слоистого материала позволяет получить более высокие, по сравнению с аналогом, радиационно-защитные, массовые показатели, а также обеспечить технологичность, в рамках которых возможна организация серийного выпуска слоистой радиационно-защитной ткани.
К другим преимуществам предлагаемого материала относится сравнительно невысокая стоимость исходных материалов, их доступность. Возможность реализации способа подтверждается следующими примерами реализации.
-3
-3
2
-3
2
Пример 1. На металлизированную ткань (ТУ 17 РСФСР 62-4504-77), основой которой служат посеребренные медные нити толщиной от 0,07 до 0,1 мм, (покрытие серебром составляет до 5 10 мм) электрохимическим способом из борфтористоводородного водного электролита наносится свинцовое покрытие толщиной 100⋅10 мм при температуре 25±5°С с использованием свинцовых анодов при плотности тока 0,5 А/дм. После нанесения свинцового покрытия с целью снижения экологической безопасности предусмотрены ванны улавливания. После ванн улавливания образцы сушатся при температуре 85±5°С в течение 20 минут. Затем на металлизированную ткань со свинцовым покрытием наносится композиционное никельфторопластовое покрытие толщиной 60⋅10 мм методом электроосаждения из водной суспензии фторопластового концентрата на основе поливилиден-фторида Ф-2М (ТУ 6-05-1781-84) с добавлением сульфата никеля - 250 г/л, хлорида никеля 6-водного - 30 г/л и борной кислоты 30 г/л при температуре 18±5°С с использованием никелевых анодов при плотности тока 100 А/м в течение 1 часа. Для придания высокой прочности и твердости, высокой стойкости к абразивному износу, истиранию и прорезанию, а также устойчивости к воздействию ионизирующей радиации композиционное никельфторопластовое покрытие после промывки в теплой воде и обдува горячим воздухом при температуре 85±5°С до высыхания (появления видимой белой пленки) в течение 60 минут подвергают оплавлению при температуре 125±5°С. С целью повышения радиационно-защитных свойств, придания монолитности, герметичности и эластичности радиационно-защитного материала производится двухсторонняя промазка металлизированной ткани клеем горячего отверждения на основе синтетического цис-бутадиенового каучука и бензина «Калоша». Для лучшего сцепления клея с тканью первая промазка проводится жидким клеем с отношением массы резиновой смеси к массе бензина 1:3,5, последующая промазка осуществляется клеем при отношении массы резиновой смеси к массе бензина 1:2,5. После автоклавной обработки при температуре 144±5°С и давлении 4 атмосферы толщина однослойного радиационно-защитного материала 0,43 мм.
-3
2
-3
2
Пример 2. На образцы металлизированной ткани (ТУ 17 РСФСР 62-4504-77) электрохимическим способом из борфтористоводородного водного электролита, состоящего из основного карбоната свинца с концентрацией 120 г/л, борной кислоты с концентрацией 160 г/л и плавиковой кислоты с концентрацией 120 г/л, включающего добавки столярного клея (0,5 г/л), наносится свинцовое покрытие толщиной 75⋅10 мм при температуре 25±5°С с использованием свинцовых анодов при плотности тока 0,5 А/дм. После нанесения свинцового покрытия с целью снижения экологической безопасности предусмотрены ванны улавливания. После ванн улавливания образцы сушатся при температуре 85±5°С в течение 20 минут. Затем, так же как и в примере 1, на образцы металлизированной ткани со свинцовым покрытием наносится и фиксируется композиционное никельфторопластовое покрытие толщиной 80⋅10 мм. После двухсторонней промазки каждого образца металлизированной ткани клеем горячего отверждения на основе синтетического цис-бутадиенового каучука и бензина «Калоша», содержащего органозоли свинца в количестве 1-1,5% масс., образцы дублировались и подвергались автоклавной обработке, по режиму примера 1. Образование органозолей свинца в клее осуществлялось по электрохимической технологии, предусматривающей наличие верхней органической фазы, состоящей из синтетического цис-бутадиенового каучука в количестве 6 граммов, растворенного в 100 мл бензина «Калоша» с добавкой 0,03% масс. олеиновой кислоты, и нижней неорганической фазы, представляющей собой водный раствор формиата свинца концентрацией 2 г/л. При челночном перемещении подвижного платинового катода из нижней фазы, где на поверхности катода зарождаются кристаллические частицы свинца при температуре 10±5°С и плотности тока 8500 А/м в течение 1 секунды, в верхнюю, где катодные осадки свинца распределяются в синтетическом цис-бутадиеновом каучуке, происходит образование органозолей свинца и их стабилизация. Данные по составам и свойствам материалов, полученных по примеру 1 и 2 сведены в таблицу. В таблице №1 также представлены характеристики радиационно-защитного мата РЗМ-1.
Из таблицы видно, что использование в составе предлагаемого материала всех покрытий в заявленных диапазонах соотношений их толщин обеспечивает повышение эффективности ослабления потока радиационного излучения, компактность материала и снижение массы готового изделия по сравнению с серийно выпускаемыми радиационно-защитными матами РЗМ-1.