Аналитическое определение радиационных изменений материалов радиационной защиты

Денисов А.В.

Московский государственный строительный университет

АНАЛИТИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАДИАЦИОННЫХ ИЗМЕНЕНИЙ МАТЕРИАЛОВ РАДИАЦИОННОЙ ЗАЩИТЫ

Материалы, работающие в полях ионизирующих излучений, подвергаются воздействию и повышенных температур и радиации и поэтому испытывают не только термические изменения, но радиационные изменения объема, свойств, выделение воды и газовыделение. Изменения материалов, работающих в полях ионизирующих излучений, особенно в радиационной защите ядерных реакторов, могут превышать допустимые значения. В связи с этим использование тех или иных материалов в радиационной защите возможно только в том случае, если эти изменения у рассматриваемых материалов в тех же условиях известны из экспериментов или могут быть предсказаны аналитически и не превысят допустимых величин. При этом возможность аналитического определения (прогнозирования) радиационных изменений материалов радиационной защиты представляет наибольший интерес, так как экспериментально исследовать все многообразие материалов, которые могут применяться в радиационной защите в широком диапазоне условий облучения практически не возможно.

Важность прогнозирования радиационных изменений материалов радиационной защиты в настоящее время усиливается. В период проектирования и строительства многих ядерных установок не было достаточной информации о влиянии различных факторов и условий облучения на поведение материалов при облучении и длительном нагревании. Это обстоятельство требует проведения проверки технического состояния и уточнения ресурса работы конструкций защиты действующих ядерных установок. Особенно это важно в случае решения о продлении эксплуатации существующих ядерных установок.

При проектировании современных ядерных особенно, особенно с учетом расширения географии строительства и стремления использовать в защите местные материалов, также возрастает необходимость оценки радиационно-термических изменений и ресурса работы материалов радиационной защиты проектируемых ядерных установок. В настоящее время известно, что радиационные изменения даже материалов одного наименования при одинаковой радиационной и термической нагрузке могут отличаться до 3-30 раз за счет различий в минеральном составе и структуре материала.

На кафедре Строительства ядерных установок МГСУ в период с 1970 года проведен большой цикл экспериментальных и теоретических исследований радиационной стойкости материалов радиационной защиты. К настоящему времени накоплены обширные экспериментальные и теоретические знания о радиационной и термической стойкости этих материалов, что делает проведение таких проверок и оценок не только необходимой, но и возможной. Получены данные о радиационных деформациях, изменении структуры и механических

свойств 34 разновидностей минералов, 35 горных пород, 24 составов бетонов и растворов, 19 составов вяжущих веществ после облучения их до флюенсов повреждающих нейтронов 10-1021 нейтрон/см2 ^=0.0006-1.5) при температурах облучения от 30 до 450 °С [1,2,4,6,7,8]. Разработаны и экспериментально апробированы модели и основанные на них методы аналитического определения радиационных и термических изменений минералов и вяжущих веществ по данным об условиях облучения, горных пород и керамики по данным об изменении слагающих их минералов, а также бетонов и растворов по данным об изменениях слагающих их компонентов (заполнителей и вяжущего) [2-13].

К настоящему времени на основании принятых физико-математических моделей разработаны и апробированы следующие конкретные аналитические методы:

- методы аналитического определения радиационных изменений размеров, объема и коэффициента теплопроводности кристаллов минералов, слагающих заполнители бетонов, по данным об условиях облучения (флюенс и спектр нейтронов, температура облучения) [3,6,9,11];

- методы аналитического определения радиационных и термических изменений объема, прочности, коэффициента теплопроводности и газовыделения портландцементного камня по данным об условиях облучения (флюенс и спектр нейтронов, температура облучения) [7,9,11];

- методы аналитического определения радиационных изменений объема, механических свойств и коэффициента теплопроводности материалов заполнителей бетонов (горных пород и керамики) по данным об изменении слагающих их кристаллов минералов [4,6,9,11];

- методы аналитического определения радиационных изменений объема, механических свойств [2,5,8,9] и коэффициента теплопроводности [11] бетонов по данным об изменениям их составляющих (заполнителей и цементного камня).

- метод аналитического определения радиационного газовыделения из бетонов радиационной защиты и их составляющих по данным о водосодержании, условиях облучения и радиационных нагрузках [13,14].

Для использования разработанных методов для аналитического определения радиационно-термических изменений бетонов радиационной защиты необходимы следующие данные:

- спектр нейтронов и гамма излучения, воздействующих на материал;

- величины флюенса нейтронов и потока гамма излучения, воздействующие на материалы;

- номинальная и максимальная (аварийная) температуры эксплуатации;

- технологический состав рассматриваемого бетона радиационной защиты;

- минеральный состав, структура, плотность и физико-механические свойства материалов заполнителей бетонов.

В настоящее время на основании сформулированной в работе [12] общен-ной модели для аналитического определения радиационно-термических изменений неорганических строительных материалов и их составляющих осуществ-

ляется уточнение и корректировка некоторых положений ранее разработанных методов, а также проводятся работы по разработке:

- методов аналитического определения радиационно-термических изменений объема, механических свойств и водовыделения портландцементного камня с учетом фактического возраста, времени воздействия нагревания, удельной поверхности конструкции, введения добавок;

- методов аналитического определения радиационных и термических деформаций и водовыделения серпентинов и серпентинитов;

Важнейшими задачами дальнейших исследований является:

- исследования и разработка методов аналитического определения радиа-ционно-термических изменений цементных камней на основе различных цементов;

- исследование и разработка методов аналитического определение радиа-ционно-термических изменений вяжущих веществ с учетом таких различных технологических факторов как тонкость помола, минеральный и технологический состав, использование механоактивации и другие.

Основные результаты исследований по аналитическому определению радиационных изменений бетонов и их составляющих частично опубликованы в следующих работах:

1. Дубровский В.Б. Радиационная стойкость строительных материалов. М.: Стройиздат, 1977.

2. Музалевский Л.П., Пергаменщик Б.К. О закономерностях объемных изменений бетона под действием облучения.//Труды МИСИ. Материалы и конструкции защит ядерных установок. 1977. № 146. С. 110-126.

3. Денисов А.В., Дубровский В.Б., Кривоконева Г.К. Радиационные изменения минералов заполнителей бетонов и их аналитическое определение // Вопросы атомной науки и техники. Сер. Проектирование и строительство. 1984. Вып. 2(18). С. 31-44.

4. Денисов А.В., Дубровский В.Б. Аналитическое определение радиационного изменения свойств материалов заполнителей бетонов//Вопросы атомной науки и техники. Сер. Проектирование и строительство. 1984. Вып. 2 (18). С. 45-57.

5. Музалевский Л.П. Прогнозирование степени изменения прочности и радиационных деформаций бетона.//Защита от ионизирующих излучений ядерно-технических установок: Труды Третьей Всесоюзной научной конференции по защите от ионизирующих излучений ядерно-технических установок (Тбилиси, 27-29 октября 1981 г.). Тбилиси: Изд-во ТГУ, 1985. Т. 5. С. 116-125.

6. Денисов А.В. Радиационные изменения заполнителей тяжелых бетонов и методы их аналитического определения: Дисс. канд. техн. наук. М., 1986.

7. Денисов А.В., Дубровский В.Б., Ершов В.Ю. и др. Радиационно-температурные изменения свойств портландцементного камня бетона и зависимости для их прогнозирования.//Вопросы атомной науки и техники. Сер. Проектирование и строительство. 1989. Вып. 2 . С. 20-35.

8. Музалевский Л.П. Радиационные изменения тяжелых бетонов и метод их аналитического определения: Дисс. канд. техн. наук. М., 1989.

9. Денисов А.В., Дубровский В.Б., Музалевский Л.П. Прогнозирование радиационных изменений неорганических строительных материалов Вопросы атомной науки и техники. Сер. Проектирование и строительство. 1990. Вып. 3. С.98-102.

10. Денисов А.В. Обобщенная модель и методы для аналитического определения радиационно-термических изменений неорганических строительных материалов и их составляющих//Седьмая Российская научная конференция. Защита от ионизирующих излучений ядерно-технических установок. Тезисы докладов. 22-24 сентября 1998 года. г.Обнинск.

11. Денисов А.В. Аналитическое определение радиационно-термических изменений теплопроводности материалов радиационной защиты .//Седьмая Российская научная конференция. Защита от ионизирующих излучений ядерно-технических установок. Тезисы докладов. 22-24 сентября 1998 года. г. Обнинск.

12. Денисов А.В. Аналитическое определение радиационно-термических изменений бетонов радиационной защиты и их составляющих. Состояние проблемы и задачи дальнейших исследований.//Восьмая Российская научная конференция. Радиационная защита и радиационная безопасность в ядерных технологиях. Тезисы докладов. 17-19 сентября 2002 года. г.Обнинск.

13. А.В. Денисов, Б.С. Кирьянов, Л. И. Мосеев, Л. П. Музалевский, Е.Б. Сугак. Газовыделение из компонентов бетона при реакторном облуче-нии//Вопросы атомной науки и техники. Сер.: Проектирование и строительство. 1986. Вып. 2. С. 109- 119.

14. Денисов А.В. Прогнозирование радиационного газовыделения из бетонов радиационной защиты и их составляющих.//Восьмая Российская научная конференция. Радиационная защита и радиационная безопасность в ядерных технологиях. Тезисы докладов. 17-19 сентября 2002 года. г.Обнинск.

Енговатов И.А.

Московский государственный строительный университет

ПРОБЛЕМЫ РЕКОНСТРУКЦИИ И ВЫВОДА ИЗ ЭКСПЛУАТАЦИИ

БЛОКОВ АС

С 1942 в обстановке сугубой секретности мировые цивилизации вступили в эпоху практического использования энергии атомного ядра, которая позже была названа "атомным веком". Именно в 1942 году в США под трибунами стадиона в Чикаго был построен и пущен первый в мире реактор (Chicago Pile-1). В 1946 году в СССР в Лаборатории измерительных приборов Академии Наук (ЛИПАН), ныне Российский научный центр "Курчатовский институт" был введен в действие первый в Европе реактор Ф-1. В 1954 году в СССР в г. Обнинске была пущена первая в мире атомная электростанция мощностью 5 МВт, которая в течение 50 лет находилась в эксплуатации. С тех пор, 1954 считается началом промышленного использования атомной энергии в мирных целях, в частности атомной энергетики.