ЭЛАСТИЧНЫЙ ЗАЩИТНЫЙ МАТЕРИАЛ ОТ НЕЙТРОННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ Российский патент 1996 года по МПК G21F1/10 

Изобретение относится к области ядерной техники, в частности к разработкам материалов для защиты от нейтронного излучения. Сущность изобретения: предлагается эластичный защитный материал от нейтронного излучения из каучука и наполнителя, содержащий в качестве каучука бутадиеновый или бутадиен-нитрильный, или изопреновый и дивинилстирольный каучуки, а в качестве наполнителя фтористый литий-6, и материал дополнительно содержит фторопласт и ионол или его аналоги при следующем соотношении компонентов, мас.

Бутадиеновый или бутадиен-нитрильный или изопреновый и дивинилстирольный каучуки при соотношении 1:(2,3-3,6) 21,90-26,28
Фтористый литий-6 70,0-75,0
Фторопласт-4 2,5-3,0
Ионол или его аналоги 0,6-0,72
Известен материал для нейтронной защиты (заявка Франции N 2183713). Материал содержит синтетическую смолу и вещество, поглощающее нейтроны, в частности, используют полиуретановую смолу, в которую введено поглощающее вещество в количествах, доходящих до 73% от общего веса. Поглощающее вещество выбирается из группы веществ: карбид бора, окисел гадолиния, фторид лития. Материал может быть изготовлен в виде густой, затвердевающей длительное время пластической массы, либо в виде упругих листов или элементов конструкций.

Недостатком данного материала является низкая эластичность. Данный материал не может использоваться при низких температурах, т.к. становится хрупким, ломким. Кроме того, достаточно сложна технология изготовления данного материала длительная временная выдержка при затвердевании и невозможность восстановления для вторичного использования.

Известен также материал для защиты от нейтронного излучения (заявка Японии N 60-48718), cодержащий волокнистую основу, например, мягкое полотно, нити, вату, в которую введены и зафиксированы либо атомы лития, либо ионы или химические соединения, содержащие также атомы лития. Недостатком данного материала является низкий процент содержания атомов лития, что снижает его защитные качества (20%), и сложность изготовления.

Наиболее близким техническим решением является материал для защиты от нейтронного излучения (патент США N 3609372). Полимерный материал для защиты от излучения может принимать любую форму, которая необходима, и содержит синтетический или естественный каучук, смешиваемый с ненасыщенной жирной кислотой, которая имеет не менее 9 углеродных атомов, находящихся в соединении по крайней мере с атомами одного из металлов, принадлежащего к группе, включающей в себя свинец, висмут, вольфрам, цирконий, железо, олово, кадмий, литий и барий. Недостатками данного материала являются высокая непредельность натурального каучука, процесс производства предполагает фазу вулканизации, что требует высоких температур, отсутствие возможности вторичного использования вулканизированных изделий, относительно невысокая (50%) степень наполнения.

В настоящее время актуальной задачей для ядерной физики, а также для реакторной техники (с целью создания надежной защиты от излучения) является создание защитных эластичных материалов с высоким содержанием поглотителей, способностью переносить перепады температур без потери эластичности, при этом достаточно технологичных в изготовлении и обладающих способностью для вторичного использования с сохранением защитных свойств.

Этим требованиям отвечает предлагаемый материал. Материал выполнен на основе каучуков, например, бутадиенового или бутадиен-нитрильного или изопренового и дивинилстирольного при соотношении 1:(2,3-3,6) c добавлением фторопласта, ионола (или его аналогов) с включением фтористого лития-6.

Было установлено, что введение в состав полимерной матрицы бутадиенового и бутадиен-нитрильного или изопренового и дивинилстирольного каучуков в соотношении 1: (2,3-3,6) обеспечивает высокий уровень физико-механических характеристик при максимальном наполнении композиции. При уменьшении соотношения каучуков снижается прочность композиции, при увеличении - композиция теряет эластические параметры. Введение фторопласта-4 позволяет перерабатывать состав методом вальцевания; ионол или его аналоги обеспечивают термоокислительную стабильность материала, а фтористый литий-6 обеспечивает защиту от нейтронов без вторичного γ-излучения. Соотношение компонентов полимерной матрицы и наполнителя позволяет получить эластичный материал с высокой степенью наполнения (до 75% ), обладающий высокой защитной эффективностью от нейтронов, при этом материал сохраняет эластичность и прочность. Физико-механические свойства приведены ниже:
Предел прочности при разрыве 2,0-1,7 МПа
Относительное удлинение 100-110%
Ослабление нейтронного пучка при толщине материала 4 мм и наполнении Li-6 F для 10³ раз
Предлагаемое техническое решение позволяет получить эластичный материал, обладающий высокой защитной эффективностью. Эластичность материала в сочетании с высокими прочностными характеристиками, возможность получения прочного полотна различной толщины (1-6 мм) и профилей различной конфигурации методом "глухого" и проходного прессования, возможность механической обработки материала в сочетании с высокой защитной эффективностью позволяет найти широкое применение предлагаемого материала в ядерной энергетике.

Кроме того, к достоинствам предлагаемого решения относятся доступность сырья, отсутствие токсичных выделений при эксплуатации, простота производства, широкий температурный интервал эксплуатации материала (-40^oC - +120^oC); отсутствие пластификатора, исключающее возможность выпотевания последнего на поверхности материала при перепаде температур, достаточно низкое содержание водорода (2,22 мас. ). Кроме того, к достоинствам материала относится его безотходное производство, т.е. возможность 100% использования повторно.

Использование: в ядерной технике. Сущность изобретения: эластичный защитный материал от нейтронного излучения содержит каучук и наполнитель. В качестве каучука используют бутадиеновый или бутадиен-нитрильный или изопреновый и дивинилстирольный каучуки. В качестве наполнителя - фтористый литий-6. Материал дополнительно содержит фторопласт и ионол или его аналоги при определенном соотношении компонентов.

Эластичный защитный материал от нейтрального излучения, включающий каучук и наполнитель, отличающийся тем, что в качестве каучука используют бутадиеновый или бутадиен-нитрильный или изопреновый и дивинилстирольный каучуки, а в качестве наполнителя фтористый литий-6 и материал дополнительно содержит фторопласт и ионол или его аналоги при следующем соотношении компонентов, мас.

Бутадиеновый или бутадиен-нитрильный или изопреновый и дивинилстирольный каучуки при соотношении 1:(2,3 3,6) 21,90 26,28
Фтористый литий-6 70,0 75,0
Фторопласт-4 2,5 3,0
Ионол или его аналоги 0,6 0,72