СПОСОБ ОБЛУЧЕНИЯ МИНЕРАЛОВ Российский патент 1998 года по МПК B01J19/08 C30B33/04 G21G1/10 

Изобретение относится к радиационным методам обработки минералов с целью изменения их окраски, устранения дефектов и т.д. (с целью повышения их ювелирной ценности).

Известен способ обработки минералов и драгоценных камней с помощью ускоренных электронов с энергией от 3 до 45 МэВ с интегральной дозой от 1•10¹⁶ до 1•10¹⁸ электрон/см² при температуре от 80^oC до 350^oC (DE, N 2910520, кл. C 04B 41/00, 1982).

Известен способ изменения окраски минералов в реакторе действием нейтронного и сопутствующего ему гамма-излучения. Облучение производится быстрыми нейтронами с энергией не ниже 0,5 МэВ при интегральной дозе облучения 5•10¹⁵ - 1•10¹⁸ нейтрон/см² и при интегральной дозе гамма-облучения 5•10⁶ -1•10⁹ рентген при температуре не выше 300^oC. В качестве фильтра тепловых нейтронов используется кадмиевая фольга (DE, N 2934944, кл. C 04B 41/00, 1982).

Известен также способ облучения минералов в реакторе в потоке быстрых нейтронов с энергией не ниже 0,5 МэВ при интегральной дозе от 5•10¹⁵ - 1•10¹⁸ и интегральной дозе гамма-излучения 5•10⁵ -1•10⁹ рентген. Тепловые нейтроны, присутствующие в спектре потока ядерного реактора, отфильтровывают с помощью кадмиевой фольги (NL, N 172467, кл. C 30 B 33/00, 1987).

Наиболее близким к заявляемому является способ облучения минералов нейтронным и гамма-излучением реактора (SU, N 601855, кл. B 01J 19/08, 1983). Способ заключается в том, что используют для оптимизации характеристик получаемого изделия быстрые нейтроны с энергией не менее 2 МэВ ори интегральных потоках нейтронного излучения 5•10¹⁵ - 5•10¹⁸ нейтрон/см² и интегральных дозах гамма-излучения 5•10⁶ - 5•10⁹ рентген. Тепловые нейтроны частично отфильтровывались с помощью кадмиевой фольги, окраска минералов, облученных таким способом, оказалась устойчивой к световому и тепловому воздействию.

Однако все описанные выше способы требует длительного высвечивания для устранения наведенной активности.

Предлагаемый в качестве изобретения способ позволяет уменьшить наведенную активность образцов, обусловленную тепловыми и резонансными нейтронами, образующимися за счет замедления быстрых нейтронов в рабочем объеме. Для этого в способе облучения минералов в нейтронном потоке реактора, когда тепловые нейтроны частично отфильтровываются с помощью кадмиевой фольги, согласно заявляемому изобретению предлагается следующее.

Емкость (или контейнер), в которую помещены облучаемые минералы, заполняют веществом или смесью веществ, поглощающих тепловые и резонансные нейтроны, например бор-индий, кадмий-тантал, кадмий-индий, причем соотношение указанных веществ в смеси и плотность заполнения ею контейнера рассчитывают таким образом, что в момент облучения в контейнере должно быть соблюдено условие

где Φ_б.н. - поток быстрых нейтронов с энергией выше 1 МэВ;
Φ_т.н. - поток тепловых нейтронов.

Такая совокупность признаков, как было установлено экспериментальным путем, позволяет уменьшить наведенную активность после двухнедельной выдержки до ≤ 74 Бк/г, что по нормам МАГАТЭ не представляет радиационной опасности.

Поскольку материалы, как правило, содержат активируемые примеси и их наведенная активность пропорциональна потоку тепловых нейтронов, а для получения желаемой окраски минерала необходимо облучить их флюенсом быстрых нейтронов не менее 10¹⁸ н/см², т.к. в ядерном реакторе соотношение быстрых нейтронов к тепловым ≅ 1, то минералы при таком облучении получат такой же флюенс тепловых нейтронов, что приводит к наведенной активности ≅ 1000 Бк/г, что не допустимо. Облучаемый контейнер с минералами имеет некоторый объем, и его экранирование поглощающим тепловые нейтроны материалом, например, кадмием в качестве фильтра тепловых нейтронов (который используется в рассмотренных выше аналогах и прототипе), не обеспечивает необходимое соотношение между быстрыми и тепловыми нейтронами ввиду генерации тепловых нейтронов внутри контейнера за счет замедления быстрых нейтронов.

Экспериментальным путем было установлено такое соотношение потока быстрых нейтронов к потоку тепловых нейтронов внутри контейнера в момент облучения, при котором осуществляется устранение различных дефектов в минералах, улучшение их окраски, а наведенная активность уменьшается на порядок. Для этой цели могут быть использованы известные поглотители тепловых и резонансных нейтронов, например бор, индий, тантал и т.д., а также их смеси.

Плотность заполнения контейнера поглощающими веществами рассчитывается в каждом конкретном случае (исходя из веса минералов потока нейтронов в месте облучения и т.д.), но при этом должно быть соблюдено условие, чтобы в контейнере в момент облучения

Возможность осуществления способа подтверждается следующими примерами.

1. Топазы были помещены в контейнер объемом 100 см³, экранированный кадмием, заполненный 185 г минералов и 20 г карбида бора (ρ = 0,2 г/см³). Это по расчетам обеспечивает в контейнере в момент облучения соотношение Φ_б.н./Φ_т.н. = 12. Контейнер был облучен в канале реактора, за 15 ч облучения флюенс нейтронов (с энергией выше 1 МэВ) составил 3,9•10¹⁸ н/см². После двухнедельной выдержки активность топазов составила 47 Бк/г . После облучения минералы приобрели темно-голубую окраску.

2. Топазы были помещены в контейнер объемом 100 см³, экранированный кадмием, заполненный 185 г минералов, 20 г индия и 20 г карбида бора. Это по расчетам обеспечивает в контейнере в момент облучения соотношение Φ_б.н./Φ_т.н. = 25. Контейнер был облучен до флюенса нейтронов (с энергией выше 1 МэВ) 2,7•10¹⁸ н/см². После двухнедельной выдержки активность топазов составила 8 Бк /г. После облучения минералы приобрели темно-голубую окраску.

Изобретение относится к радиационным методам обработки минералов с целью повышения их ювелирной ценности. Предлагаемый способ позволяет уменьшить наведенную активность образцов, обусловленную тепловыми и резонансными нейтронами, которые образуются в рабочем объеме за счет замедления быстрых нейтронов. Сущность изобретения: тепловые нейтроны частично отфильтровываются с помощью кадмиевой фольги, которой оборачивают контейнер. Контейнер заполняется веществом или смесью веществ, поглощающих тепловые и резонансные нейтроны, например бор, кадмий, бор-индий, кадмий-тантал, кадмий-индий и т.д. Затем размещают в нем минералы, причем соотношение предлагаемых веществ в смеси и плотность заполнения ею контейнера рассчитывают из условия, чтобы в момент облучения в контейнере отношение потока быстрых нейтронов к потоку тепловых нейтронов было больше или равно 10.

Способ облучения минералов в нейтронном потоке реактора в контейнере, отличающийся тем, что в контейнер, в котором размещены облучаемые минералы, помещают также вещество или смесь веществ, содержащих элементы, поглощающие тепловые и резонансные нейтроны, причем соотношение указанных веществ и плотность заполнения ими контейнера рассчитывают так, чтобы в момент облучения минералов в контейнере отношение потока быстрых нейтронов к потоку тепловых нейтронов должно быть больше или равно 10.