КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ РАДИАЦИОННО-ЗАЩИТНОГО МАТЕРИАЛА (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2005 года по МПК G21F1/06 

Изобретение относится к материалам для защиты от ионизирующих излучений и предназначено для создания защитных конструкций и изготовления средств биологической защиты для персонала в технической, медицинской и научно-исследовательских областях применения ядерных технологий.

Известна композиция для получения радиационно-защитного материала, содержащая полимерное вяжущее и наполнитель [а.с. СССР №1519440, кл. G 21 F 1/02, 1989 г.].

Недостатком такой композиции является невысокая эффективность ослабления рентгеновского излучения получаемым из нее материалом.

Известна строительная смесь, включающая стекловяжущее - молотое стекло, стеклозаполнитель - дробленное стекло и жидкое стекло и добавку гипса при следующем соотношении компонентов, мас.%: SiO₂ 58,1-70,5; В₂O₃ 0,1-3,7; CaO - 0,2-6,0; BaO - 0,2-12,0; PbO 0,2-13,0; Al₂О₃ 2-6; Na₂O 3-7; K₂O 8-10, жидкое стекло плотностью 1,21-1,25 г/см и добавку гипса при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: молотое стекло 100, дробленное стекло 50-300, жидкое стекло 30-60 и гипс 1-26 [RU, патент № 2187483, кл. С 04 В 28/26, опубл. 20.08.2002 г. (прототип)].

Недостатки этой композиции заключаются в том, что использование механических смесей оксидов, имеющих различные термодинамические характеристики, приводит к снижению прочностных и ухудшению термофизических характеристик конечного продукта, а при долговременном использовании сопровождается неконтролируемым изменением его свойств.

Технический результат изобретения заключается в оптимизации эффективности ослабления получаемым материалом ионизирующих излучений в зависимости от спектра, а также в повышении термофизических свойств и механической прочности защитных конструкций.

Технический результат достигается тем, что композиция для получения радиационно-защитного материала по первому варианту, содержащая связующее и в качестве наполнителя оксиды свинца, кремния и бария, согласно изобретению содержит полученный спеканием из оксидов свинца, кремния и бария наполнитель и в качестве связующего огнеупорную глину при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Оксид свинца15-40Оксид бария35-65Оксид кремния5-15Огнеупорная глина5-20

Согласно второму варианту изобретения новым является то, что она содержит полученный спеканием из оксидов свинца, кремния, бария и олова наполнитель и в качестве связующего огнеупорную глину при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Оксид свинца15-40Оксид бария25-55Оксид кремния5-15Оксид олова10Огнеупорная глина5-20

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемые композиции отличаются от прототипа качественным составом и количественным соотношением компонентов. Объединение этих двух технических решений в одну заявку связано с тем, что оба изобретения решают одну и ту же задачу принципиально одним и тем же путем, но не могут быть объединены одним пунктом формулы.

В табл.1 приведены составы композиций радиационно-защитных материалов.

Таблица 1.№Содержание компонентов наполнителей, % мас.PbOBaO^*SiO₂огнеупорная глинаSnO₂Б115.065,015.05.0-Б233.045,09.013.0-БЗ40.035.05.020.0-Б433.035,09.013.010.0

В качестве компонентов наполнителя используются твердые растворы оксидов свинца и кремния в силикатах бария, возможна замена 10% ВаО на оксид олова 10% SnO_2.

Наполнитель готовят следующим образом. Навески оксидов металлов подвергают совместному помолу в керамической шаровой мельнице. В полученный материал добавляют воду и тщательно перемешивают, после чего прессуют таблетки под давлением 100-200 кг/см². Высушенные в течение 12 часов при температуре 60°С таблетки помещают в печь и в течение часа плавно поднимают температуру до заданной (1000-1200°С) в зависимости от состава. Время изотермической выдержки спекания материала составляет 30-90 минут и определяется степенью приближения температуры спекания материала к линии солидуса оксидной системы, образованной компонентами наполнителя. В процессе спекания материала, состоящего из оксидов металлов, происходит синтез прочных химических соединений - силикатов бария (n-BaO-SiO₂) и, как следует из диаграммы состояния системы m-PbO-SiOr n-BaO-SiO₂, растворение в нем оксидов свинца и кремния, что подтверждается рентгенофазным анализом образцов наполнителей.

Полученный путем спекания оксидов металлов наполнитель подвергают помолу до фракции 0,15 мм, что и является исходным материалов для получения керамики.

Для получения керамики в наполнитель вводят 5-20% огнеупорной глины, полученную шихту увлажняют и тщательно перемешивают, а затем прессуют цилиндры диаметром 50 мм и разной высоты, высушенные цилиндры обжигают в печи при температуре 900-1200°С в течение 3 часов.

Полученные изделия испытывались на их способность поглощать ионизирующие излучения.

Рентгенозащитные свойства материалов испытывались с использованием источника монолинии гамма-излучения с энергией 0.662 МэВ - ¹³⁵Cs и рентгеновского аппарата РУП-3 с напряжением на аноде 250 кВ и током 8 мА.

Результаты испытаний материалов на способность ослаблять рентгеновское и гамма-излучение приведены в табл.2, 3.

Таблица 2
Характеристики материалов по поглощению гамма-излученияМатериалZ_эфф Е_γ=0.662 МэВμ Е_γ,=0.662 МэВμ_m E_γ=0.662 МэВТ пл., °СПлотность ρ, г/см³Pb821.1180.098632711.34Б1590.3540.086812004.08Б2630.3790.086511004.38Б3730.4260.09739504.39Б4620,3650,086311004.36Таблица 3
Кратность ослабления мощности экспозиционной дозы для рентгеновского источника с напряжением на аноде U=250 кВ и анодном токе 8 мАРазработанныеМатериалБ1Б2Б3Б4D, мм3.57.013.53.57.013.83.57.713.23.57.013.8К6.112.717.67.512.323.35.713.220.47.111.921.7КонтрольныеМатериалAlCuPbD, мм3.57.013.53.57.012.03.57.013.5К1.11.21.93.86.09.213.220. 026.2

Из приведенных данных видно, что использование изобретения обеспечивает получение защитного материала с оптимизированными характеристиками по степени ослабления для рентгеновского и гамма-излучения различных спектров. Для рентгеновских источников с рабочим напряжением на аноде до 300 кВ материалы обеспечивают защиту, сопоставимую со свинцовым экраном, при значительно более низких массах защиты в 2.7-2.9 раз.

Из разработанных керамических материалов можно изготавливать тигли, экраны с рабочей температурой до 1200°С, а также облицовочные плитки с последующим их покрытием глазурью и другие изделия. Кроме того, наполнитель и конечный продукт на керамической основе обладают низкой токсичностью и высокой устойчивостью к воздействию факторов окружающей среды, а также к изменению своих характеристик со временем, что позволяет использовать такие материалы для долговременных конструкций, включая объекты долговременного и окончательного захоронения отходов ядерного цикла.

Предлагаемые материалы прозрачны для электромагнитного излучения, что подтверждено испытаниями в лабораторной индукционной печи с частотой 2500 герц. Из них можно изготавливать изделия (емкости, трубы, плитки и т.д.), предназначенные для работы в широком интервале температур, при этом в зависимости от предназначения может выбираться различный вяжущий материал.

Изобретение относится к области защиты от ионизирующего излучения. Сущность изобретения: композиция для получения радиационно-защитного материала содержит в качестве связующего огнеупорную глину. Кроме того, она содержит полученный спеканием из оксидов свинца, кремния и бария наполнитель при следующем соотношении компонентов, мас.%: оксид свинца 15-40; оксид бария 35-65; оксид кремния 5-15; огнеупорная глина 5-20. Композиция для получения радиационно-защитного материала также может включать наполнитель, полученный спеканием из оксидов свинца, кремния, бария и олова. В этом случае композиция имеет следующее соотношение компонентов, мас.%: оксид свинца 15-40; оксид бария 25-55; оксид кремния 5-15; оксид олова 10; огнеупорная глина 5-20. Преимущества изобретения заключаются в повышении эффективности ослабления ионизирующего излучения и повышении термофизических свойств. 2 н.п. ф-лы, 3 табл.

1. Композиция для получения радиационно-защитного материала, содержащая связующее и в качестве наполнителя оксиды свинца, кремния и бария, отличающаяся тем, что она содержит полученный спеканием из оксидов свинца, кремния и бария наполнитель и в качестве связующего огнеупорную глину при следующем соотношении компонентов, мас.%: оксид свинца 15-40; оксид бария 35-65; оксид кремния 5-15; огнеупорная глина 5-20.2. Композиция для получения радиационно-защитного материала, содержащая связующее и в качестве наполнителя оксиды свинца, кремния и бария, отличающаяся тем, что она содержит полученный спеканием из оксидов свинца, кремния, бария и олова наполнитель и в качестве связующего огнеупорную глину при следующем соотношении компонентов, мас.%: оксид свинца 15-40; оксид бария 25-55; оксид кремния 5-15; оксид олова 10; огнеупорная глина 5-20.