ЭКРАН ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ РАДИАЦИОННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Полезная модель относится к области радиационно-защитных экранов и может быть использована в качестве защиты помещений, технологического оборудования и инженерных сооружений от радиационных излучений в промышленности.
В настоящее время актуальной задачей является создание эластичных материалов и защитных экранов на их основе для защиты помещений, оборудования, инженерных сооружений и персонала от радиоактивного излучения.
С учетом реальных условий эксплуатации основные требования к элементу радиационной защиты следующие:
достаточно высокое содержание химических элементов с большими порядковыми номерами;
повышенная гибкость;
устойчивая прочность;
широкий температурный интервал эксплуатации;
возможность быстрого закрепления в любом пространственном положении;
постоянство защитных свойств и физико-механических характеристик, как по поверхности материала, так и во времени;
технологичность в применении.
Традиционно защита помещений от проникающей радиации осуществлялась при помощи баритовой штукатурки. При использовании барито-бетонной и магнезиально-баритовой штукатурки [1] для обеспечения должной радиационной безопасности помещений требуется весьма значительная толщина радиационно-защитного слоя, который наносится в несколько приемов с армированием сеткой. Толстые слои баритовой штукатурки нестабильны в отношении вибрационных и деформационных нагрузок, что ведет к образованию трещин (откосы, дверные проемы, углы). Это ухудшает защитные свойства баритового слоя и отражается на качестве декоративной отделки помещений.
Известны радиационно-защитные изделия (экраны) в виде слоеных материалов.
Использование многослойных конструкций из свинцовой фольги ненадежно из-за отсутствия надежного и прочного соединения листов между собой. Известен экран, представляющий собой конструкцию, состоящую из склеенных листов свинцового гипсокартона и листового свинца. Сайт www.med-x-ray.ru [2] Недостатком данной конструкции является дороговизна, сложность установки и крепления защитного материала на сложных криволинейных поверхностях, технологическом оборудовании, инженерных сооружениях.
Известно решение описанное в полезной модели №95888 от 30.03.2010 г. [3] Переносной радиационно-защитный экран включает радиационно-защитную часть (РЗЧ), внутри которой заключен поглощающий радиацию материал, состоящий из 92 мас.% вольфрамового порошка в качестве наполнителя и 8% мас. силикона в качестве матрицы, РЗЧ помещена в полимерную защитную оболочку и в нее включена армирующая сетка.
К недостаткам указанного аналога относится дороговизна, сложность установки и крепления защитного материала на сложных криволинейных поверхностях, технологическом оборудовании, инженерных сооружениях, необходимость прочного закрепления защитного материала внутри внешней оболочки, предотвращения отрыва и сворачивания защитного материала внутри защитной оболочки.
Наиболее близким техническим решением является устройство, описанное в полезной модели №83963 опуб. 27.06.2009 г. [4]
Данное устройство для защиты от энергетических воздействий, состоит из слоя шунгитсодержащего материала, скрепленного через клеевой слой с алюминиевой фольгой, при этом шунгитсодержащий слой выполнен на основе синтетического каучука и имеет толщину 1,0-1,5 мм, а алюминиевая фольга имеет толщину 0,2-0,4 мм. На свободную сторону шунгитсодержащего слоя нанесен клеевой слой.
Недостатком данного устройства является незначительная защита от радиационного излучения, малое сопротивление текучести на вертикальной поверхности, невысокая технологичность в применении.
Задача полезной модели - создание самоклеящегося радиационно-защитного водо-газонепроницаемого экрана, обладающего высокими радиационно-защитными, адгезионными свойствами, сопротивлением текучести на вертикальной поверхности и высокой технологичностью в применении.
Технический результат от использования полезной модели заключается в создании экрана, обладающего высокими радиационно-защитными, адгезионными свойствами, сопротивлением текучести на вертикальной поверхности и высокой технологичностью в применении. Технический результат достигается за счет того, что слой пластины, выполняющий функцию защиты, создан из полимерной композиции, включающей в себя полимерное связующее, пластификатор, экранирующий порошкообразный наполнитель, а слой, обладающий клейким свойством, создан из полимерной композиции, включающей в себя полимерное связующее, пластификатор, экранирующий порошкообразный наполнитель, тиксотропную и адгезионную добавки, обеспечивая дополнительно защитные свойства, причем в качестве полимерного связующего используется смесь полимеров из бутилкаучука, и/или этиленпропиленового каучука, и/или сэвилена, в качестве пластификатора используется минеральное масло, в качестве экранирующего порошкообразного наполнителя используется барит или свинцовый порошок или вольфрам, в качестве тиксотропной добавки используется комплексное соединение двуокиси кремния, а в качестве адгезионной добавки используются алифатические смолы, при этом слои имеют толщину от 2 мм до 9 мм, а соотношение толщин слоя с клейким свойством и слоя, выполняющего функцию защиты, составляет от 1/0,5 до 1/2.
На фиг.1 изображена конструкция экрана для защиты от радиационного излучения, состоящего из двух слоев, один из которых обладает клейким свойством поз.2, он также выполняет функцию защиты, а другой слой поз.1 выполняет функцию защиты;
На фиг.2 изображена конструкция экрана для защиты от радиационного излучения, состоящего из чередующихся слоев, один из которых обладает клейким свойством поз.2, он также выполняет функцию защиты, а другой слой поз.1 выполняет функцию защиты, расположенных последовательно друг за другом.
Экран для защиты от радиационного излучения, выполненный в виде пластины, имеющей, по меньшей мере, два слоя, соединенных между собой, один из которых обладает клейким свойством поз.2, а другой выполняет функцию защиты поз.1. Слой пластины, выполняющий функцию защиты поз.1, создан из полимерной композиции, включающей в себя полимерное связующее, пластификатор, экранирующий порошкообразный наполнитель. Слой, обладающий клейким свойством, создан из полимерной композиции, включающей в себя полимерное связующее, пластификатор, экранирующий порошкообразный наполнитель, тиксотропную и адгезионную добавки, обеспечивая дополнительно защитные свойства, причем в качестве полимерного связующего используется смесь полимеров из бутилкаучука, и/или этиленпропиленового каучука, и/или сэвилена, в качестве пластификатора используется минеральное масло, в качестве экранирующего порошкообразного наполнителя используется барит или свинцовый порошок или вольфрам, в качестве тиксотропной добавки используется комплексное соединение двуокиси кремния, а в качестве адгезионной добавки используются алифатические смолы, при этом слои имеют толщину от 2 мм до 9 мм, а соотношение толщин слоя с клейким свойством и слоя, выполняющего функцию защиты, составляет от 1/0,5 до 1/2.
Особенностью данного экрана является то, что предложенная полимерная композиция, из которой изготовлен слой с клейким свойством, он помимо своего назначения для осуществления крепления экрана выполняет и защитную функцию от радиационного излучения. Таким образом, используя предложенную композицию, добиваемся двойного результата: слой пластины, обладающий клейким свойством, позволяет крепить экран на защищаемую поверхность и увеличивает защиту от радиационного излучения.
Толщина радиационно-защитного экрана в зависимости от требуемого свинцового эквивалента представлена в таблице.
Таблица
№ п/п
Заданный свинцовый эквивалент
Толщина радиационно-защитного баритонаполненного экрана, мм
Толщина радиационно-защитного свинцовонаполненного экрана, мм
1
Рbэкв 0,5 мм
4,5
2,5
2
Рbэкв=1 мм
9
5
3
Рbэкв=2 мм
18
10
4
Рbэкв=3 мм
27
15
Экран для защиты от радиационного излучения имеет высокие радиационно-защитные, водо-газонепроницаемые, антикоррозионные и физико-механические свойства в широком температурном интервале применения от минус 40°С до плюс 80°С, обладает гибкостью и высоким уровнем технологичности, как при изготовлении изделий на основе самоклеящейся модификации, так и при применении изделий в качестве защитного материала, дает существенный выигрыш в стоимости, сроках проведения работ по защите помещений, технологического оборудования и инженерных сооружений от радиационных излучений в промышленности.
Проведенные опытные испытания показали эффективность предлагаемого экрана для защиты от радиационного излучения, а проведенные работы по радиационной защите помещений подтвердили ожидаемые свойства, а именно:
- свинцовый эквивалент, мм Pb
0,5-3 мм
- прочность связи с бетоном, МПа, не менее
0,1
- прочность связи с металлом при отслаивании Н/м, не менее
400
- водопоглощение, 24 ч, %, не более
0,2
- сопротивление текучести, 70°С, 24 ч, мм, не более
2
Полимерная радиационно-защитная композиция включает в себя полимерное связующее, пластификатор, экранирующий порошкообразный наполнитель, а в полимерную композицию пластины с клейким свойством дополнительно включены тиксотропная и адгезионная добавки, взятые в следующем соотношении, масс.%
Полимерная композиция для клейкого слоя
Полимерная композиция
Полимерное связующее
5-15
5-15
Пластификатор
10-15
5-10
Экранирующий наполнитель
60-80
60-80
Адгезионная добавка
0,5-5
-
Тиксотропная добавка
5-8
-
В качестве полимерного связующего радиационно-защитная композиция содержит смесь полимеров (бутилкаучук и/или этиленпропиленовый каучук и/или сэвилен). В качестве пластификатора используется минеральное масло. В качестве экранирующего порошкообразного наполнителя используется барит или свинцовый порошок или вольфрам. В качестве тиксотропной добавки используется комплексное соединение двуокиси кремния. В качестве адгезионной добавки используются алифатические смолы.
Полимерную радиационно-защитную композицию получают путем механического смешения компонентов в смесителе в определенном соотношении.
Пример 1.
Смесь, состоящую из бутилкаучука 5 масс.%, этиленпропиленового каучука 5 масс.%, минерального масла 10 масс.%, 70 масс.% барита, 5 масс.% комплесного соединения двуокиси кремния и 5 масс.% алифатической смолы. Свойства композиции приведены в таблице.
Пример 2.
Смесь, состоящую из бутилкаучука 2,5 масс.%, этиленпропиленового каучука 2,5 масс.%, минерального масла 4,5 масс.%, 85 масс.% барита, 5 масс.% комплесного соединения двуокиси кремния и 0,5 масс.% алифатической смолы. Свойства композиции приведены в таблице.
Пример 3.
Смесь, состоящую из бутилкаучука 10 масс.%, этиленпропиленового каучука 10 масс.%, минерального масла 25 масс.%, 45 масс.% барита, 5 масс.% комплесного соединения двуокиси кремния и 5 масс.% алифатической смолы. Свойства композиции приведены в таблице.
Пример 4.
Смесь, состоящую из бутилкаучука 5 масс.%, этиленпропиленового каучука 5 масс.%, минерального масла 10 масс.%, 75 масс.% барита, и 5 масс.% алифатической смолы. Свойства композиции приведены в таблице.
Пример 5.
Смесь, состоящую из бутилкаучука 7,5 масс.%, сэвилена 7,5 масс.%, минерального масла 10 масс.%, 75 масс.% барита. Свойства композиции приведены в таблице.
Таблица
Показатели
Пример
1
2
3
4
5
Адгезия к бетону, МПа, не менее
0,1
0,04
0,14
0,1
-
Адгезия к металлу, кгс/см, не менее
400
150
600
400
-
Прочность при растяжении, МПа
0,12
0,05
0,15
0,12
0,5
Свинцовый эквивалент, Рb<sub>экв</sub>., мм- при толщине слоя 4,5 мм- при толщине слоя
0,5
0,7
0,3
0,5
0,5
9,0 мм
1,0
1,2
0,8
1,0
1,0
Характер разрушения
когезионный
когезионный
когезионный
когезионный
-
Сопротивление текучести, 70°С, 24 ч, мм, не более
2
2
2
10
2
Водопоглощение, 24 ч, %, не более
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
В полимерной композиции с увеличением содержания экранирующих наполнителей и уменьшением содержания полимерного связующего, показатели защиты увеличиваются, но значительно снижаются физико-механические показатели (адгезия, прочность при растяжении). С увеличением содержания полимерного связующего и уменьшением содержания экранирующих наполнителей, физико-механические показатели значительно увеличиваются, но снижаются показатели защиты. При отсутствии тиксотропных добавок в заявленной полимерной композиции, с клейкими свойствами, показатели защиты и адгезионные свойства остаются на уровне, но материал не обладает сопротивлением текучести с вертикальных поверхностей. При отсутствии адгезионных добавок в заявленной полимерной композиции, адгезионные свойства отсутствуют, а показатели защиты остаются на уровне.
Для изготовления экрана полученная полимерная композиция формуется в пластины и склеивается до толщины в зависимости от требуемого свинцового эквивалента. Пластины имеют толщину от 2 мм до 9 мм, а соотношение толщин слоя обладающего клейким свойством и защитного слоя в экране составляет от 1/0,5 до 1/2. Пластина с толщиной менее 2 мм имеет слабые защитные свойства, а пластины с толщиной более 9 мм, не технологичны в применении из-за высокого веса. Соотношение толщин слоя обладающего клейким свойством, а также защитным свойствами, а также слоя обладающего защитным свойством в экране может составлять от 1/0,5 до 1/2. Сдвиг в сторону увеличения толщины слоя в экране, обладающего только защитными свойствами, обусловлен более высокими прочностными характеристиками полимерной композиции за счет меньшего количества пластификатора в составе, что в результате повышает технологичность в применении готовых экранов.
Экран монтируется на защищаемую загрунтованную бетонную или металлическую очищенную поверхность, в том числе поверхности сложной конфигурации за счет клейкого свойства слоя и пласто-эластичного свойства слоев, изготовленных из полимерной композиции, и при необходимости (толщина листов более 6 мм) механически крепятся.
Проведенные опытные испытания показали эффективность предлагаемого радиационно-защитного экрана, а проведенные работы по радиационной защите помещений подтвердили ожидаемые свойства, а именно:
- свинцовый эквивалент, мм Pb
0,5-3
- прочность при растяжении, МПа
- - полимерной композиции с защитными свойствами, не менее
0,5
- - полимерной композиции с клейкими и защитными свойствами,
не менее
0,1
- водопоглощение, %, 24 ч, не более
0,2
- сопротивление текучести, мм, не более
2
- адгезия к бетону, МПа, не менее
0,1
- адгезия к металлу при отслаивании Н/м, не менее
400
Указанный диапазон толщины пластин экрана и составов полимерной композиции оптимален для применения при выполнении защиты помещений, оборудования, инженерных сооружений и персонала от радиоактивного излучения и обеспечивает высокие радиационно-защитные и технологические свойства экрана, дает существенный выигрыш в стоимости, сроках проведения монтажных работ.
Перечисленные признаки отличают предлагаемое техническое решение от прототипа и обуславливают соответствие этого решения требованиям полезной модели.
Источники информации:
1. Патент на изобретение №2233255 публ. 27.07.2004 г. «Сухая строительная смесь».
2. Сайт www.med-x-ray.ru
3. Патент на полезную модель №95888 публ. 10.07.2010 г. «Переносной радиационно-защитный экран».
4. Патент на полезную модель №83963 публ. 27.06.2009 г. «Устройство защиты от энергетических воздействий».