РАДИАЦИОННО-ЗАЩИТНЫЙ МАТЕРИАЛ
RADIO-PROTECTIVE MATERIAL

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано для изготовления строительных деталей, изделий и конструкций, предназначенных для защиты от ионизирующих излучений.
Известен радиационно-защитный материал, в котором в качестве заполнителя используют марганцевые ферросплавы, а в качестве связующего вещества - цемент и тетраборат натрия при заданных соотношениях компонентов. Способ получения его заключается в смешении заполнителя и связующего, формировании полученной смеси с последующим полусухим прессованием, термообработкой (105-110°С) и обжигом (700-800°С) в течение 12-36 часов (Патент РФ 2285303 по кл. МПК G21F 1/06 от 24.11.2004, БИ №28).
-1
Известный материал обладает высокими прочностными характеристиками: предельная прочность при сжатии - до 54 МПа, предельная прочность при изгибе - до 13 МПа. Существенным недостатком этого изобретения является низкий коэффициент линейного ослабления γ-лучей (0.163-0.169 см). Кроме того, технология получения материала, включающая этапы прессования, термообработки, длительного обжига, достаточно сложна: ее нельзя использовать для получения изделий сложных конфигураций и массогабаритных конструкций.
Наиболее близким к изобретению является особо тяжелый бетон для защиты от воздействия ионизирующих излучений, имеющий следующий состав, мас.%:
Сера
6.46-6.61
Сажа
0.02-0.03
Парафин
0.02-0.03
Асбестовое волокно
0.13-0.28
Наполнитель (ферроборовый шлак)
10.68-10.93
Заполнитель (свинцовая дробь с диаметром 3-4 мм)
82.14-82.67
В качестве связующего вещества используют серу, а в качестве модифицирующей добавки - сажу и парафин (Патент РФ 2294029 по кл. МПК G21F 1/00, С04В 28/36 от 02.06.2003, БИ №5 (прототип)).
Изготовление бетона включает операции:
- плавление серы при температуре 150-160°С;
- отдельное нагревание наполнителя при 140-150°С;
- перемешивание смеси наполнителя с расплавленной серой;
- нагревание заполнителя до 140-150°С и перемешивание его с приготовленной смесью;
- выдержку полученной смеси при 150-160°С в течение 15 минут;
- укладывание смеси в формы и вибрирование 10-15 с.
-1
Этот материал имеет коэффициент линейного ослабления γ-излучения, равный 0.490-0.495 см, коэффициент влагостойкости равен 1, а морозостойкости - F 200.
Однако материал обладает низким пределом прочности при изгибе из-за наличия в нем серы и низкой трещиностойкостью. Технология получения материала сложна, она включает этапы раздельного нагревания компонентов и приготовление смеси в расплавленной сере, работы с расплавами серы - химически вредное производство.
Кроме того, известны связующие вещества, в качестве основных ингредиентов которых используют порошок магнезиальный каустический и водный раствор хлористого магния, а также модифицирующие добавки (Каминскас А.Ю. Технология строительных материалов на магнезиальном сырье. Вильнюс, 1987, с.344).
Однако применение магнезиальных связующих веществ ограничено ввиду их низкой водостойкости, что не позволяет использовать их и при создании радиационно-защитных материалов.
Задачей изобретения является повышение коэффициента линейного ослабления γ-излучения, прочности материала при сохранении его водо- и морозостойкости.
Это достигается тем, что в радиационно-защитном материале, содержащем заполнитель в виде свинцовой дроби, наполнитель, связующее вещество, включающее основные ингредиенты и модифицирующую добавку, в нем модифицирующая добавка состоит из хлорида трехвалентного металла, смеси триглицеридов жирных кислот и метилцеллюлозы при следующем соотношении компонентов материала, мас.%:
порошок магнезиальный каустический
9-11
водный раствор хлористого магния
4.3-5.5
хлорид трехвалентного металла
0.1-0.5
смесь триглицеридов жирных кислот
0.1-0.3
метилцеллюлоза
0.015-0.020
наполнитель
5-15
заполнитель (свинцовая дробь с диаметром 3 мм)
остальное
при этом наполнитель выполнен в виде чугунной дроби с диаметром 1.0-1.5 мм.
Хлорид трехвалентного металла и смесь триглицеридов жирных кислот препятствуют проникновению воды в магнезиальную массу вещества, обеспечивая высокую водо- и морозостойкость материала.
При введении модифицирующей добавки в эту магнезиальную вяжущую массу протекает реакция гидролиза хлорида трехвалентного металла с образованием труднорастворимых основных солей, а триглицериды жирных кислот создают вокруг их гидрофобную оболочку. Эти ассоциированные образования закупоривают капилляры и поры магнезиальной массы, препятствуя проникновению в нее воды.
Метилцеллюлоза выполняет в веществе стабилизирующую и водоудерживающую функцию.
-3
Радиационно-защитный свинцовый заполнитель в виде свинцовой дроби с диаметром 3 мм и чугунный наполнитель, выполненный в виде дроби с диаметром 1.0-1.5 мм, позволили создать массу со средней плотностью от 8000 до 11000 кг·м, обеспечивающей высокий коэффициент линейного ослабления ионизирующего излучения. Кроме того, чугунный наполнитель выполняет армирующую функцию, повышая прочность материала. Это обусловлено тем, что магнезиальное вяжущее вещество имеет более высокую адгезию к чугуну по сравнению с адгезией к свинцу.
-3
При получении радиационно-защитного материала в качестве связующего вещества используют порошок каустического магнезита, ГОСТ 1216-87 «Порошки магнезиальные каустические», с долей активного оксида магния в нем от 0.80 до 0.95, солевой ингредиент в виде водного раствора технического хлористого магния, ГОСТ 7759-73 «Магний хлористый технический», с плотностью 1.19-1.3 г·см и модифицирующую добавку, состоящую из хлорида трехвалентного металла, смеси триглицеридов жирных кислот и метилцеллюлозы. Модифицирующую добавку получают путем смешения хлорида трехвалентного металла в количестве 0.1-0.5, смеси триглицеридов жирных кислот в количестве 0.1-0.3, в качестве которых используют, например, триглицериды рицинолевой, пальметиновой и стеариновой кислот, и метилцеллюлозы в количестве 0.015-0.020 от общей массы материала.
При этом количества триглицеридов указанных кислот находятся в соотношении:
триглицериды рицинолевой кислоты
80-90%
триглицериды пальметиновой кислоты
6-9%
триглицериды стеариновой кислоты
1.6-4.6%
от общей массы триглицеридов. Эти триглицериды являются основными ингредиентами многих растительных масел, что позволяет использовать их в модифицирующей добавке. Наполнитель и заполнитель выполнены в виде дроби соответственно из чугуна и свинца с диаметрами 1.0-1.5 мм и 3 мм.
-3
Вначале перемешивают порошок магнезиальный каустический с долей активного магния 0.80-0.95 с водным раствором хлористого магния плотностью 1.19-1.30 г·см до образования вяжущей массы. Затем в эту массу вводят модифицирующую добавку и перемешивают до ее равномерного распределения в массе. После чего в массу вводят наполнитель в виде чугунной дроби и заполнитель в виде свинцовой дроби заданных диаметров и перемешивают в смесителе в течение 10-15 минут. Далее из смесителя массу переносят в подготовленную форму для изготовления изделия той или иной конфигурации. Полученную массу отверждают в естественных условиях при комнатной температуре. За 1 сутки масса набирает прочность от 30 до 50% от максимального значения, а полный набор прочности происходит за 28 суток.
Настоящее изобретение поясняется конкретными примерами 1-3, которые не являются единственно возможными, но подтверждают получение заявленного технического результата.
-3
Пример 1. Для изготовления радиационно-защитного материала массой 1000 кг берут 90 кг порошка каустического магнезита с долей активного магния 0.83, 43 кг водного раствора хлористого магния плотностью 1.19 г·см, 1 кг хлорида трехвалентного металла, 1 кг смеси триглицеридов жирных кислот, 0.15 кг метилцеллюлозы, 50 кг чугунной дроби диаметром 1 мм и 815,85 кг свинцовой дроби диаметром 3 мм.
Вначале перемешивают порошок магнезиальный каустический с водным раствором хлористого магния до образования вяжущей сметанообразной массы. После чего в эту массу вводят модифицирующую добавку, полученную путем смешения 1 кг хлорида трехвалентного металла, 1 кг смеси триглицеридов жирных кислот, в качестве которой использовано растительное масло, и 0.15 кг метилцеллюлозы, и перемешивают в течение 5-10 минут. Далее в полученную массу вводят чугунный наполнитель и свинцовый заполнитель и перемешивают в смесителе в течение 10-15 минут. После чего эту массу переносят в форму для отверждения при комнатной температуре.
Технические характеристики радиационно-защитного материала представлены в таблице. Измерения коэффициента линейного ослабления γ-излучения проводились, как и в прототипе, при энергии квантов 1 МэВ.
-3
Пример 2. Для изготовления радиационно-защитного материала массой 1000 кг берут 100 кг порошка каустического магнезита с долей активного магния 0.83, 49 кг водного раствора хлористого магния плотностью 1.24 г·см, 2,5 кг хлорида трехвалентного металла, 2 кг смеси триглицеридов жирных кислот, 0.17 кг метилцеллюлозы, 100 кг чугунной дроби диаметром 1.30 мм и 746.33 кг свинцовой дроби диаметром 3 мм. Далее изготавливают радиационно-защитный материал по вышеописанной в примере 1 технологии.
-3
Пример 3. Для изготовления радиационно-защитного материала массой 1000 кг берут 110 кг порошка каустического магнезита, 55 кг водного раствора хлористого магния плотностью 1.30 г·см, 5 кг хлорида трехвалентного металла, 3 кг смеси триглицеридов жирных кислот, 0.2 кг метилцеллюлозы, 150 кг чугунной дроби диаметром 1.5 мм и 676.8 кг свинцовой дроби диаметром 3 мм. Далее изготовление материала осуществляют аналогично вышеописанной технологии.
Сопоставление описанного технического решения и прототипа показывает, что созданный материал по величине коэффициента линейного ослабления γ-излучения превосходит прототип на 8.2-10.1%, а по прочности при сжатии - на 20-30%, материал трещиноустойчив, нехрупок и сохраняет высокие показатели по водо- и морозостойкости. Технология получения материала проста и является экологически чистой.