Бетоны для защиты от радиации

Из всех радиоактивных излучений наибольшей проникающей способностью обладают у-излучение и нейтроны. Способность материала поглощать у-излучение пропорциональна его плотности. Для ослабления потока нейтронов в материале, наоборот, должны присутствовать элементы с малой атомной массой, как, например, водород. Бетон является эффективным материалом для биологической защиты ядерных реакторов, поскольку в нем удачно сочетаются при сравнительно низкой стоимости высокая плотность содержание определенного количества водорода в химически связанной воде. Для уменьшения толщины защитных экранов при возведении атомных электростанций и предприятий по производству изотопов наряду с обычными применяют особо тяжелые бетоны со средней плотностью от 2500 до 7000 кг/м3 и гидратные бетоны с высоким содержанием химически связанной воды. С этой целью используют тяжелые природные или искусственные заполнители: магнетитовые, гематитовые или лимонитовые железные руды, барит, металлический скрап, свинцовую дробь и др.
Для получения гидратных бетонов эффективными являются лимонит, серпентинит и другие материалы, обладающие наряду с высокой плотностью и значительным содержанием химически связанной воды. В качестве вяжущих в особо тяжелых и гидратных бетонах применяют портланд- и шлакопортландцементы. Возможно применение цемента специального назначения, образующего при твердении повышенное содержание гидросульфоалюмината, связывающего значительное количество воды. В гидратных бетонах можно использовать также глиноземистый и гипсоглиноземистый цементы, связывающие большее количество воды, чем портландцемент. Для улучшения защитных свойств в гидратные бетоны вводят добавки, повышающие содержание водорода - карбид, бор, хлорид лития и другие добавки, в состав которых входят легкие элементы.
Кроме улучшенных защитных свойств, бетон, применяемый для устройства экранов ядерных реакторов, должен обладать и другими особенностями: повышенной температуростойкостью, высокой теплопроводностью, низкими значениями усадки, коэффициента термического расширения и ползучести.
Особо тяжелые бетонные смеси склонны к расслоению вследствие значительного различия между плотностями цементного теста и заполнителей. Для предотвращения расслоения рекомендуется такие смеси перевозить в автобетоносмесителях, применять методы раздельного бетонирования и т. д.
При потоках нейтронов высокой интенсивности, характерных для некоторых реакторов на быстрых нейтронах, может возникнуть необходимость в использовании радиационностойких бетонов.
В результате воздействия ионизирующего излучения в структуре бетона могут происходить качественные изменения, характер и глубина которых зависят от свойств бетона, вида исходных материалов и дозы облучения. При определении радиационной стойкости материалов учитываются плотность потока частиц, интенсивность излучения, поглощенная доза излучения. Плотность потока частиц или квантов характеризуется отношением числа частиц, проникающих в сферу элементарного объема в единицу времени, к площади проекции сферы (квант в сек. на кв. метр - с"1 м"2). В отличие от плотности интенсивность излучения - удельная величина энергии (Вт/м2). Поглощенная доза излучения равна отношению поглощенной энергии к массе облучаемой среды (Дж/кг). Например, плотность потока нейтронов, излучаемых ядерным реактором, достигает 5 1017с~1м~2, изотопным источником -10 - 108с 1м"2. Интенсивность излучения составляет соответственно 104 и 10"6 Вт/м2. Доза излучения, поглощенная бетоном конструкций, расположенных за корпусом ядерного реактора за 30 лет его службы составляет 1011 - 1012 Дж/кг.
Радиационное облучение вызывает термическую усадку цементного камня, которая возрастает по мере увеличения дозы облучения. При этом температура увеличивается до 350°С и происходит его частичное обезвоживание. Деформации при облучении Цементного камня значительно превосходят деформации вследствие испарения воды при разогреве цементного камня. Усадке способствуют радиационно-химические реакции, в результате которых возможно образование химически активных частиц, взаимодействующих друг с другом. При облучении происходит радиолиз химически связанной, адсорбционной и свободной воды, цементного камня, в результате чего выделяются в газообразном состоянии кислород и водород.
Радиолиз воды сопровождается снижением прочности цементного камня, развитием деформаций ползучести.
При облучении бетона характерны снижение плотности и увеличение линейных размеров зерен заполнителей. Возможен также переход минералов из кристаллического в аморфное состояние, что также сопровождается деформациями расширения. По мере облучения происходит образование и накопление различных дефектов кристаллической решетки минералов, слагающих заполнители. Наибольшие изменения при радиационном воздействии характерны для крупнокристаллических глубинных кислых магматических горных пород. С увеличением содержания в структуре горных пород аморфных фаз и уменьшением размеров кристаллов радиационная стойкость пород возрастает.
Модуль упругости бетона по мере повышения дозы облучения снижается вследствие накопления структурных дефектов в заполнителях и цементном камне. Установлено, что при значительных дозах облучения предел прочности бетона на сжатие снижается в 4 раза, а на растяжение более чем в 2 раза.
Для радиационностойких бетонов предпочтительно применять высококремнеземистые портландцементы с пониженным содержанием алюминатов и алюмоферритов. В условиях облучения эффективно использование мелкозернистых бетонов.

Авторы: Л. И. Дворкин, О. Л. Дворкин

• В системе «М350» на бетон в Волоколамске цены получаются по итогу конкуренции между качественными РБУ поблизости от объекта.
• Для чего нужен автомиксер с насосом для подачи бетона и принципы его работы.
• Чтобы получить интересные заказы на бетон, заводы в Долгопрудном, когда это возможно, стараются предложить сп