Изобретение относится к радиационно-защитным материалам (РЗМ) и может быть использовано для изготовления индивидуальных и коллективных средств защиты людей и оборудования от рентгеновского и гамма-излучений.
Известен РЗМ, включающий матрицу и связанный с ней защитный металлосодержащий наполнитель в виде дисперсных частиц [1]. Недостаток этого РЗМ заключается в высоком процентном содержании свинца в наполнителе в общем объеме материала (66-89%), что ведет к увеличению массы материала и к его утяжелению, а это, в свою очередь, вызывает определенные неудобства при эксплуатации таких изделий. Наряду с этим, у этого РЗМ имеет место неравномерное распределение тяжелого наполнителя в объеме легкой матрицы, что нарушает однородность его структуры и, как следствие, ограничивает возможности использования такого материала для изготовления всевозможных защитных средств.
Известны РЗМ, включающие матрицу и связанные с ней тяжелые защитные наполнители, наиболее распространенным из которых является свинец [2]. Помимо токсичности, например, того же свинца, плотность такого наполнителя резко отличается от плотности матрицы (например, бетона, полимеров и т.п.), что обуславливает неравномерное его распределение по объему матрицы, а это, в свою очередь, приводит к снижению защитных свойств материала в целом.
Известен РЗМ, включающий полистирольную полимерную матрицу и свинец в качестве наполнителя [3]. Этот материал обладает теми же недостатками, что и вышеуказанные материалы [2].
Известен РЗМ, включающий матрицу в виде искусственной шелковой нити из вискозы, содержащей в виде механической примеси от 15 до 65% по массе защитного наполнителя в виде сульфата бария (BaSO4) [4]. Однако введение сульфата бария в текстильную основу материала приводит к резкому уменьшению его прочности.
Известные РЗМ, которые включают промежуточные носители в виде нитей, которые вводятся в матричное сырье в виде полимерной композиции и имеют примеси в виде окиси висмута, коллоидного серебра [5]. Исследования свойств текстильной основы с такими примесями показали, что они имеют ограниченную область применения, т.к. обладают невысокой прочностью.
РЗМ, включающий матрицу в виде нитей, предназначен, в частности, для изготовления тканого защитного материала, из которого, в свою очередь, может быть пошита спецодежда для защиты от рентгеновского и гамма-излучений.
Причины, вызывающие ухудшение физико-механических свойств защитных нитей [4, 5], обусловлены негативным влиянием частиц защитного наполнителя, нарушающих однородность структуры матричного материала - нити.
Известен РЗМ, включающий матрицу в виде нити, содержащей защитное покрытие из тяжелых защитных наполнителей [6]. Этот РЗМ лишен недостатков вышерассмотренных РЗМ [4, 5] благодаря тому, что защитное покрытие выполнено из ультрадисперсных частиц с размерами (10-6÷10-7) м, обладающих, согласно открытию [7], свойством аномально сильно (по сравнению с известной классической зависимостью Бугера) ослаблять рентгеновское излучение. Однако использование ультрадисперсной смеси, которая является химически активной и, как следствие, пирофорной, технологически затруднено, т.к. требует особых условий при изготовлении, транспортировке, хранении и технологическом использовании.
В результате сделанного открытия в области физики полидисперсных сред с размерами частиц (10-5÷10-3) м [8, 9] было установлено, что последние также проявляют способность аномально сильно (по сравнению с известной классической зависимостью Бугера) изменять интенсивность проникающего излучения.
Известная зависимость Бугера [10], характеризующая экспоненциальное ослабление узкого пучка квантов слоем РЗМ, имеет вид:
Здесь: I - интенсивность излучения, прошедшего слой РЗМ толщиной х;
I0 - интенсивность падающего излучения;
μx - сечение фотопоглощения, где μ - линейный коэффициент ослабления (классическая регламентированная табличная величина для каждого РЗМ), а х - толщина слоя РЗМ.
При этом масштаб изменения интенсивности проникающего излучения определяется степенью дисперсности, сегрегированностью и пространственным расположением частиц полидисперсной смеси. В данном случае сегрегированность полидисперсной смеси - это неравномерное распределение частиц, вызываемое перемешиванием полидисперсной смеси, вследствие чего происходит самоорганизация частиц в систему энергетически взаимосвязанных ансамблей, обеспечивающих увеличение (по сравнению с классическими табличными значениями) сечения фотопоглощения. Эксперименты показали, что сегрегированная путем перемешивания металлосодержащая полидисперсная смесь с размерами частиц в диапазоне (10-5÷10-3) м, которую (в отличие от ультрадисперсных частиц) широко используют в современных технологиях без специальных ограничений (в процессе изготовления, транспортировки, хранения и использования), при взаимодействии с проникающим излучением проявляет существенные отклонения от известной классической зависимости Бугера.
В дальнейшем было установлено, что при расширении диапазона размеров частиц в полидисперсной смеси до (10-9÷10-3) м (при содержании в ней до 10-30% ультрадисперсных частиц) химическая активность смеси не достигает того уровня, который накладывает специальные ограничения в процессе ее изготовления, транспортировки, хранения и использования (и в первую очередь, с точки зрения пирофорности смеси).
На базе открытия [8, 9] был разработан РЗМ [11], включающий матрицу с зафиксированным защитным наполнителем в виде металлосодержащей полидисперсной смеси из энергетически взаимосвязанных частиц с размерами (10-9÷10-3) м.
Однако на пути использования вышеуказанного открытия [8, 9] для создания РЗМ с аномально высокими стабильными РЗ-свойствами возникли серьезные технологические затруднения.
Дело в том, что зафиксированные существенные отклонения от известной зависимости Бугера при взаимодействии рентгеновского и гамма-излучений с полидисперсными средами (ПДС) проявляются в обе стороны от экспоненты [15]. Другими словами, при определенных, технологически трудно контролируемых условиях состояния ПДС (т.е. при определенной дисперсности, сегрегированности и пространственном расположении частиц среды) могут иметь место аномалии, связанные как с увеличением поглощения РИ (или гамма-излучения), так и с уменьшением поглощения. Вполне понятно, что аномальное уменьшение поглощения проникающего излучения совершенно недопустимо для РЗМ.
Положение усугубляется еще и тем, что аномальное уменьшение поглощения проникающего излучения (так называемый "прострел" излучения) может обуславливаться не только вышеуказанными технологическими факторами при изготовлении РЗМ, но и эксплуатационными. Так, в результате экспериментов [15] было зафиксировано аномальное распространение рентгеновского излучения по геометрии (т.е. по кривизне) облучаемого слоя, который предварительно был подвергнут деформации касательными усилиями, что обусловило анизотропную перестройку структуры резины по сечению слоя. Это перестроение заключается в возрастании плотности упаковки диспергированного в объеме матрицы, а именно в той части, которая прилегает к приклеенным краям (приклеям) слоя резины.
Для того чтобы реально представить себе эту ситуацию, мысленно разместим достаточно толстый слой резины между двумя криволинейными с большим радиусом кривизны (R≥1000 мм) неподвижно закрепленными жесткими металлическими листами, причем слой резины, находящийся между ними, неподвижно приклеен к поверхности последних, а к выступающему краю слоя резины приложена растягивающая нагрузка. При такой схеме нагружения средняя часть резинового слоя будет растягиваться, а у приклеенных участков - сжиматься. Очевидно, на участках слоя резины, прилегающих к приклеям, по мере возрастания деформации будет увеличиваться и плотность упаковки диспергированного в объеме резиновой матрицы металлосодержащего наполнителя (в эксперименте - ZnO). В процессе экспериментов [15] было установлено, что указанный аномальный эффект наблюдается только при определенной величине деформации. Аномалия не наблюдалась, если величина деформации была меньше или больше определенного значения. Вполне понятно, что при изменении концентрации металлосодержащего наполнителя в резиновой матрице менялось и значение деформации, при которой наблюдался "прострел" излучения.
Представляется логичным сделать заключение о том, что при сдвиговой деформации резинового слоя у границ его приклеев диспергированные в матрице частицы металлосодержащего наполнителя устанавливаются на некотором оптимальном расстоянии друг от друга, что соответствует энергетически активным расстояниям между частицами, при которых под действием первичного проникающего излучения (ППИ) генерируется интенсивное вторичное проникающее излучение (ВПИ), т.е. возникают условия для проявления так называемого эффекта "туннелирования" квантов излучения [13] (в данном случае "прострела" излучения).
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является РЗМ, принятый за прототип [12], включающий матрицу с зафиксированным защитным наполнителем из металлосодержащей полидисперсной моно- или многоэлементной смеси с энергетически взаимосвязанными частицами с размерами (10-9÷10-3) м.
РЗМ-прототип [12] имеет существенно меньшие параметры по защитным свойствам, чем РЗМ-аналог [11], что видно из регламентированного в широком диапазоне соотношения общей массы М сегрегированной полидисперсной смеси из частиц защитного наполнителя и массы m той же полидисперсной смеси из частиц защитного наполнителя несегрегированной смеси, имеющей равные защитные свойства с массой М, а именно:
Таким образом, оба технических решения (и аналог [11], и прототип [12]) из-за невозможности получения стабильных, наперед заданных параметров, характеризующих аномально высокие радиационно-защитные свойства, регламентируют общую массу М защитного наполнителя из специально подготовленных частиц в долях от насыпной неподготовленной массы m того же защитного наполнителя в очень широких диапазонах, а именно:
Этим обеспечивается попадание величин фактических защитных параметров изготавливаемых РЗМ [11, 12] (значения которых из-за действия случайных факторов колеблются в широких пределах) в приведенные широкие диапазоны соотношений между массами М и m.
Наряду с этим РЗМ-прототип [12] обладает еще одним недостатком, заключающимся в том, что вместо того чтобы с пользой применить для обеспечения высокоэффективной защиты такое явление, как "туннелирование" квантов (фотонов) проникающего излучения, в РЗМ [12] приняты специальные конструктивные меры для его подавления, что без увеличения защитных свойств ведет к значительному удорожанию этого РЗМ.
В основу изобретения поставлены задачи:
1) создание таких вариантов материала для защиты от рентгеновского и гамма-излучений, в которых благодаря выполнению:
- матрицы из диэлектрического материала в виде объемного сферического элемента или в виде трансформированного из последнего другого элемента произвольной замкнутой формы, поверхность которого имеет радиус кривизны, определяемый из выражения R≥0,1 мм, где R - радиус кривизны, и охвачена зафиксированным на ней непрерывным энергетически активным слоем защитного наполнителя толщиной (10-9÷10-3) м из металлосодержащей полидисперсной моно- или многоэлементной смеси с энергетически взаимосвязанными частицами с размерами (10-9÷10-3) м, причем общая масса сформированного таким образом защитного наполнителя при равных защитных свойствах меньше массы несформированного защитного наполнителя из той же смеси;
- матрицы из электропроводного материала в виде объемного сферического элемента или в виде трансформированного из последнего другого элемента произвольной замкнутой формы, поверхность которого имеет радиус кривизны, определяемый из выражения R≥0,1 мм, где R - радиус кривизны, и покрыта сплошным слоем диэлектрического материала, поверхность которого, в свою очередь, охвачена зафиксированным на ней непрерывным энергетически активным слоем защитного наполнителя толщиной (10-9÷10-3) м из металлосодержащей полидисперсной моно- или многоэлементной смеси с энергетически взаимосвязанными частицами с размерами (10-9÷10-3) м, причем общая масса сформированного таким образом защитного наполнителя при равных защитных свойствах меньше массы несформированного защитного наполнителя из той же смеси;
- матрицы из диэлектрического материала, а защитного наполнителя в виде, по меньшей мере, двух охваченных диэлектрическим материалом автономных непрерывных энергетически активных слоев толщиной (10-9÷10-3) м из металлосодержащей полидисперсной моно- или многоэлементной смеси с энергетически взаимосвязанными частицами с размерами (10-9÷10-3) м, сформированных в виде размещенных друг в друге с зазором объемных сферических элементов или в виде трансформированных из последних других элементов произвольной замкнутой формы, поверхности которых имеют радиус кривизны, определяемый из выражения R≥0,1 мм, где R - радиус кривизны, при этом общая масса сформированного таким образом защитного наполнителя при равных защитных свойствах меньше массы несформированного защитного наполнителя из той же смеси;
- матрицы из диэлектрического материала, а защитного наполнителя в виде автономного непрерывного энергетически активного слоя толщиной (10-9÷10-3) м, охватывающего поверхность размещенного в объеме матрицы, по меньшей мере, одного объемного промежуточного носителя из диэлектрического материала, выполненного в виде сферического элемента или в виде трансформированного из последнего другого элемента произвольной замкнутой формы, поверхность которого имеет радиус кривизны, определяемый из выражения R≥0,1 мм, где R - радиус кривизны, при этом общая масса сформированного таким образом защитного наполнителя при равных защитных свойствах меньше массы несформированного защитного наполнителя из той же смеси;
- матрицы из диэлектрического материала, а защитного наполнителя в виде автономного непрерывного энергетически активного слоя толщиной (10-9÷10-3) м, охватывающего поверхность размещенного в объеме матрицы, по меньшей мере, одного объемного промежуточного носителя из электропроводного материала, покрытого сплошным слоем диэлектрического материала и выполненного в виде сферического элемента или в виде трансформированного из последнего другого элемента произвольной замкнутой формы, поверхность которого имеет радиус кривизны, определяемый из выражения R≥0,1 мм, где R - радиус кривизны, при этом общая масса сформированного таким образом защитного наполнителя при равных защитных свойствах меньше массы несформированного защитного наполнителя из той же смеси,
обеспечивается повышение защитных свойств предложенных вариантов материала и устойчивости системы энергетически взаимосвязанных частиц полидисперсной смеси защитного наполнителя, в частности, путем реализации эффекта "туннелирования" квантов [13], заключающегося в трансформации потока квантов ППИ в энергию индуцируемого в замкнутом слое (слоях) потока квантов ВПИ и распространяющегося в нем (в них) по многократно увеличенной длине пути с соответствующей потерей энергии, поскольку распространение квантов происходит по замкнутой самой на себя поверхности объемного элемента, выполненного из частиц защитного наполнителя, а за счет этого обеспечивается:
а) повышение сечения взаимодействия проникающего излучения с предложенными вариантами РЗМ (т.е. увеличение μx в выражении (1), где μ - линейный коэффициент ослабления, а х - длина пути квантов ВПИ (в отличие от толщины облучаемого слоя по Бугеру);
б) повышение технологичности изготовления предложенных вариантов РЗМ с возможностью получения стабильных и аномально высоких (по сравнению с классической зависимостью Бугера по выражению (1)) защитных характеристик.
Поставленные задачи решаются тем, что:
1) в материале для защиты от рентгеновского и гамма-излучений, включающем матричный материал с зафиксированным защитным наполнителем из металлосодержащей полидисперсной моно- или многоэлементной смеси с энергетически взаимосвязанными частицами с размерами (10-9÷10-3) м, согласно изобретению матрица выполнена из диэлектрического материала в виде объемного сферического элемента или в виде трансформированного из последнего другого элемента произвольной замкнутой формы, поверхность которого имеет радиус кривизны, определяемый из выражения R≥0,1 мм, где R - радиус кривизны, и охвачена непрерывным энергетически активным слоем защитного наполнителя толщиной (10-9÷10-3) м, причем общая масса сформированного таким образом защитного наполнителя при равных защитных свойствах меньше массы несформированного защитного наполнителя из той же смеси; слой защитного наполнителя может быть покрыт предохранительным слоем из износостойкого диэлектрического материала;
2) в материале для защиты от рентгеновского и гамма-излучений, включающем матричный материал с зафиксированным защитным наполнителем из металлосодержащей полидисперсной моно- или многоэлементной смеси с энергетически взаимосвязанными частицами с размерами (10-9÷10-3) м, согласно изобретению матрица выполнена из электропроводного материала в виде объемного сферического элемента или в виде трансформированного из последнего другого элемента произвольной замкнутой формы, поверхность которого имеет радиус кривизны, определяемый из выражения R≥0,1 мм, где R - радиус кривизны, и покрыта сплошным слоем диэлектрического материала, поверхность которого, в свою очередь, охвачена непрерывным энергетически активным слоем защитного наполнителя толщиной (10-9÷10-3) м, причем общая масса сформированного таким образом защитного наполнителя при равных защитных свойствах меньше массы несформированного защитного наполнителя из той же смеси; слой защитного наполнителя может быть покрыт предохранительным слоем из износостойкого диэлектрического материала;
3) в материале для защиты от рентгеновского и гамма-излучений, включающем матричный материал с зафиксированным защитным наполнителем из металлосодержащей полидисперсной моно- или многоэлементной смеси с энергетически взаимосвязанными частицами с размерами (10-9÷10-3) м, согласно изобретению матрица выполнена из диэлектрического материала, а защитный наполнитель выполнен в виде, по меньшей мере, двух охваченных диэлектрическим материалом автономных непрерывных энергетически активных слоев толщиной (10-9÷10-3) м, сформированных в виде размещенных друг в друге с зазором объемных сферических элементов или в виде трансформированных из последних других элементов произвольной замкнутой формы, поверхности которых имеют радиус кривизны, определяемый из выражения R≥0,1 мм, где R - радиус кривизны, причем общая масса сформированного таким образом защитного наполнителя при равных защитных свойствах меньше массы несформированного защитного наполнителя из той же смеси; слои защитного наполнителя могут включать одинаковые или отличающиеся по химическому составу смеси;
4) в материале для защиты от рентгеновского и гамма-излучений, включающем матричный материал с зафиксированным защитным наполнителем из металлосодержащей полидисперсной моно- или многоэлементной смеси с энергетически взаимосвязанными частицами с размерами (10-9÷10-3) м, согласно изобретению матрица выполнена из диэлектрического материала, а защитный наполнитель выполнен в виде автономного непрерывного энергетически активного слоя толщиной (10-9÷10-3) м, охватывающего поверхность размещенного в объеме матрицы, по меньшей мере, одного объемного промежуточного носителя из диэлектрического материала, выполненного в виде сферического элемента или в виде трансформированного из последнего другого элемента произвольной замкнутой формы, поверхность которого имеет радиус кривизны, определяемый из выражения R≥0,1 мм, где R - радиус кривизны, причем общая масса сформированного таким образом защитного наполнителя при равных защитных свойствах меньше массы несформированного защитного наполнителя из той же смеси; слои защитного наполнителя могут включать одинаковые или отличающиеся по химическому составу смеси; промежуточные носители могут быть выполнены в виде сплошных или полых объемных элементов;
5) в материале для защиты от рентгеновского и гамма-излучений, включающем матричный материал с зафиксированным защитным наполнителем из металлосодержащей полидисперсной моно- или многоэлементной смеси с энергетически взаимосвязанными частицами с размерами (10-9÷10-3) м, согласно изобретению матрица выполнена из диэлектрического материала, а защитный наполнитель выполнен в виде автономного непрерывного энергетически активного слоя толщиной (10-9÷10-3) м, охватывающего поверхность, по меньшей мере, одного объемного промежуточного носителя из электропроводного материала, покрытого сплошным слоем диэлектрического материала и выполненного в виде сферического элемента или в виде трансформированного из последнего другого элемента произвольной замкнутой формы, поверхность которого имеет радиус кривизны, определяемый из выражения R≥0,1 мм, где R - радиус кривизны, причем общая масса сформированного таким образом защитного наполнителя при равных защитных свойствах меньше массы несформированного защитного наполнителя из той же смеси; слои защитного наполнителя могут включать одинаковые или отличающиеся по химическому составу смеси; промежуточные носители могут быть выполнены в виде сплошных или полых объемных элементов.
Приведенные выше признаки, характеризующие группу изобретений, существенны, так как каждый из них влияет на соответствующий технический результат, который в совокупности с другими техническими результатами обеспечивает решение поставленной задачи.
Так, в первом варианте материала для защиты от рентгеновского и гамма-излучений выполнение матрицы из диэлектрического материала в виде объемного сферического элемента или в виде трансформированного из последнего другого элемента произвольной замкнутой формы, поверхность которого имеет радиус кривизны, определяемый из выражения R≥0,1 м, где R - радиус кривизны, и охвачена непрерывным энергетически активным слоем защитного наполнителя толщиной (10-3÷10-3) м, обеспечивает у используемого защитного наполнителя проявление качественно нового эффекта, а именно: вследствие распространения по замкнутому (самого на себя) слою защитного наполнителя квантов вторичного излучения (в которое трансформируется первичное излучение, что обусловлено проявлением эффекта "туннелирования" квантов [13]) многократно возрастает длина их пути (т.е. величина х в формуле Бугера, см. [1] на с.2). При этом возрастает сечение взаимодействия рентгеновского и гамма-излучений с веществом, благодаря чему достигается повышение удельных характеристик защитных свойств предлагаемого РЗМ.
Кроме того, создание замкнутого вокруг матричного материала слоя из частиц полидисперсного металлосодержащего защитного наполнителя не вызывает технологических затруднений, что позволяет обеспечить стабильное качество аномально высоких удельных защитных характеристик предлагаемого РЗМ.
Регламентация же значения радиуса кривизны R призвана (в зависимости от конкретных технических условий как в первом, так и во всех последующих предлагаемых вариантах РЗМ) обеспечить плавность изменения направления энергетически активного слоя защитного наполнителя, что повышает технологичность изготовления предлагаемого РЗМ и улучшает условия для проявления эффекта "туннелирования" квантов.
Особо следует отметить, что в предлагаемом варианте эффект "туннелирования" квантов проявляет себя не в качестве вредного и опасного явления, для подавления которого в прототипе [12] предпринимаются дополнительные дорогостояшие меры, а в качестве полезного эффективного средства повышения РЗ-свойств.
В формуле изобретения под непрерывным энергетически активным слоем защитного наполнителя в отличие от, например, сплошного слоя понимается такой слой, у которого частицы смеси находятся на энергетически активных расстояниях, измеряемых десятками и сотнями ангстрем (в зависимости от дисперсности и энергии Ферми энергетически взаимосвязанных частиц смеси). Именно такая непрерывность слоя под действием ППИ обеспечивает генерирование в нем ВПИ, т.е. обеспечивает реализацию эффекта "туннелирования" квантов.
В первом варианте материала для защиты от рентгеновского и гамма-излучений матрица выполнена из диэлектрического материала.
У известного аналога [14] слой частиц полидисперсной металлосодержащей смеси защитного наполнителя охватывает поверхность матрицы, выполненной также из диэлектрического материала в виде текстильной основы, т.е. поверхности нити, а у аналога [11] подобный слой охватывает поверхности отдельных филамент, скручиваемых затем в нить. При этом в слое полидисперсных частиц (которые, в отличие от ультрадисперсных частиц [16], являются электропроводными), зафиксированных на энергетически активных расстояниях друг от друга на поверхности нити (или на поверхности отдельной филаменты) и сформированных в энергетически взаимосвязанные рентгенопоглощающие ансамбли (так же, как и в предлагаемом варианте материала), благодаря диэлектрической основе не перемыкаются (не закорачиваются) электростатические потенциалы отдельных частиц и их ансамблей. Однако в указанных аналогах опасное вторичное излучение, возникновение которого обусловлено эффектом "туннелирования" квантов, распространяется по слою защитного наполнителя к торцам нити или отдельных филамент (в том числе скрученных в нить), через которые и излучается, что с точки зрения радиационной защиты совершенно недопустимо.
В отличие от этого в предлагаемом первом варианте защитного материала матрица из диэлектрического материала выполнена в виде объемного сферического элемента (или в виде трансформированного из последнего другого элемента произвольной замкнутой формы), т.е. открытые излучающие торцы у выполненной таким образом матрицы отсутствуют. Естественно, они отсутствуют и у слоя полидисперсной смеси защитного наполнителя, охватывающего эту матрицу. При этом отдельные частицы полидисперсной смеси защитного наполнителя, образуя слой толщиной (10-9÷10-3) м, зафиксированы в диэлектрическом материале на поверхности матрицы (занимая, по сути, ее приповерхностный слой) на энергетически активных расстояниях как в тангенциальных направлениях, так и по высоте слоя. В результате опасное вторичное излучение, возникновение которого обусловлено эффектом "туннелирования" квантов, распространяется по замкнутой (самой на себя) поверхности слоя, не выходя за ее пределы.
Как в первом варианте, так и в нижеприведенных вариантах предлагаемого материала в качестве диэлектрического материала могут быть использованы:
- природные полимеры типа коллагена, альбумина, казеина, камеди, древесной смолы, крахмала, декстрина, латекса, гуттаперчи, зеина, соевого казеина и композиции на их основе;
- синтетические полимеры типа полиакрилатов, полиамидов, полиэтиленов, полиэфиров, полиуретанов, синтетических каучуков, фенолформальдегидных смол, карбамидных или эпоксидных смол и композиций на их основе;
- элементоорганические полимеры типа кремнийорганических полимеров;
- газонаполненные пластмассы типа пенопластов и поропластов;
- пленкообразующие вещества типа эфироцеллюлозных лаков;
- жидкие неполярные материалы типа бензола, трансформаторного масла и др.
У металлосодержащего защитного наполнителя, сформированного согласно предлагаемому изобретению, общая масса при равных защитных свойствах меньше массы несформированного того же защитного наполнителя.
Известно, что у прототипа [12] общая масса сегрегированного (т.е. тоже по-своему сформированного) защитного наполнителя при равных защитных свойствах меньше массы несформированного того же защитного наполнителя в (1,01÷1,96) раза. А у аналога [11] общая масса сегрегированного (сформированного) защитного наполнителя при равных защитных свойствах еще в большей мере меньше массы несформированного того же защитного наполнителя, а именно в (2÷20) раз.
В отличие от известных технических решений [11, 12] в предлагаемом первом варианте материала снижение общей массы защитного наполнителя достигается благодаря использованию принципиально нового конструктивно-технологического подхода, в результате реализации которого непрерывный энергетически активный слой защитного наполнителя заданной (в зависимости от конкретных технических условий) толщины (10-9÷10-3) м охватывает матрицу по ее непрерывной, плавно замкнутой самой на себя поверхности. Это, в свою очередь, вызывает проявление качественно нового эффекта - многократное возрастание длины пути квантов проникающего излучения, вследствие чего обеспечивается более высокий уровень защиты при меньшей массе защитного наполнителя. Однако, в отличие от известных технических решений [11, 12], у предлагаемого РЗМ проявляется еще и дополнительный эффект, а именно: повышение его технологичности изготовления с возможностью получения стабильных удельных характеристик защитных свойств.
Следует также подчеркнуть, что в данном случае заявленному РЗМ неправомерно противопоставлять несколько порознь известных аналогов (в частности, [11, 12]), так как качественно новый положительный эффект достигается лишь при использовании всех без исключения признаков, указанных в п.1 формулы предлагаемого изобретения.
Так, например, если из приведенной совокупности признаков вычленить признак, касающийся того, что общая масса сформированного защитного наполнителя при равных защитных свойствах меньше массы несформированного защитного наполнителя из той же смеси, то проявление качественно нового эффекта, связанного с многократным возрастанием длины пути квантов проникающего излучения, окажется невозможным. Если указанная общая масса сформированного защитного наполнителя будет не меньше массы несформированного защитного наполнителя из той же смеси, а, скажем, будет больше, то в слое защитного наполнителя, охватывающего матрицу по ее непрерывной, плавно замкнутой самой на себя поверхности, из-за избытка энергетически взаимосвязанных частиц с размерами (10-9÷10-3) м не смогут быть выдержаны энергетически активные расстояния между ними, в результате чего пропадут условия для возникновения эффекта "туннелирования" квантов. Вследствие этого поток квантов ППИ не будет трансформироваться в энергию индуцируемого в замкнутом слое потока квантов ВПИ. А сам вторичный поток квантов, в свою очередь, не будет распространяться по слою по многократно увеличенной (по сравнению с толщиной слоя) длине пути с соответствующей потерей энергии. Это свидетельствует о том, что рассмотренный признак тесно взаимосвязан как структурно, так и функционально с остальной совокупностью признаков; его нельзя рассматривать в отрыве от последних, т.к. положительный эффект достигается только с помощью всей совокупности признаков.
Во втором варианте материала для защиты от рентгеновского и гамма-излучений в отличие от первого варианта матрица выполнена из электропроводного материала, но покрыта сплошным слоем диэлектрического материала. С точки зрения физики взаимодействия ППИ с непрерывным энергетически активным слоем защитного наполнителя, зафиксированного на указанном сплошном слое диэлектрического материала, то различий между первым и вторым предлагаемыми вариантами РЗМ нет. Однако второй вариант открывает перспективы для придания высокотехнологическими методами аномально высоких радиационно-защитных (РЗ) свойств изделиям на основе таких электропроводных матриц, как силикатная масса, гипс, бетон и т.п., придание которым радиационно-защитных свойств известными методами весьма затруднительно.
В первом и во втором вариантах предлагаемого РЗМ, согласно изобретению, для предотвращения механического повреждения слоя защитного наполнителя во время эксплуатации последний может быть покрыт предохранительным слоем из износостойкого диэлектрического материала, например, резины, полиамида, стеклопластика и т.п.
Признак, касающийся выполнения матрицы в виде объемного сферического элемента или в виде трансформированного из последнего другого элемента произвольной замкнутой формы с регламентацией нижнего значения радиуса кривизны, причем этот элемент либо непосредственно охвачен непрерывным энергетически активным слоем защитного наполнителя (если матрица выполнена из диэлектрического материала, как в первом варианте предлагаемого РЗМ), либо этот элемент предварительно охвачен сплошным слоем из диэлектрического материала, а затем сверху охвачен непрерывным энергетически активным слоем защитного наполнителя (если матрица выполнена из электропроводного материала, как во втором варианте предлагаемого РЗМ), является новым по отношению к прототипу [12], т.к. указанный признак в последнем вообще отсутствует.
В третьем варианте материала для защиты от рентгеновского и гамма-излучений выполнение защитного наполнителя в виде, по меньшей мере, двух охваченных диэлектрическим матричным материалом автономных слоев толщиной (10-9÷10-3) м, сформированных в виде размещенных друг в друге с зазором объемных сферических элементов или в виде трансформированных из последних других элементов произвольной замкнутой формы, поверхности которых имеют радиус кривизны, определяемый из выражения R≥0,1 мм, где R - радиус кривизны, обеспечивает проявление у используемого защитного наполнителя качественно нового эффекта. Суть этого эффекта состоит в следующем: поток квантов ППИ, попав на первый слой защитного наполнителя, выполненного в виде замкнутого элемента, трансформируется в энергию индуцируемого в этом замкнутом слое потока квантов ВПИ (в соответствии с эффектом "туннелирования" квантов); ВПИ распространяется в слое по многократно увеличенной (по сравнению с толщиной слоя) длине пути с соответствующей потерей энергии. Часть квантов ППИ, не поглотившаяся первым слоем защитного наполнителя, попадает на второй слой, также выполненный в виде замкнутого элемента, размещенного с зазором внутри замкнутого первого слоя. При этом процесс повторяется: ППИ трансформируется в энергию индуцируемого в замкнутом втором слое потока ВПИ (в соответствии с эффектом "туннелирования" квантов); ВПИ распространяется по второму слою по многократно увеличенной (по сравнению с толщиной слоя) длине пути с соответствующей потерей энергии. Поскольку таких слоев в виде замкнутых элементов, размещенных с зазором внутри друг друга, может быть 3, 4, 5 и более, то часть квантов, не поглотившаяся каждым предыдущим замкнутым слоем, генерирует в каждом последующем слое ВПИ, кванты которого, распространяясь по замкнутым поверхностям этих последующих слоев, также проходят многократно большую длину пути (по сравнению с толщиной слоя) и соответственно теряют энергию, что, в конечном итоге, приводит к резкому возрастанию удельных характеристик РЗ-свойств предлагаемого РЗМ.
Признак, касающийся выполнения слоев защитного наполнителя в третьем варианте в виде нескольких объемных замкнутых элементов, размещенных друг в друге с зазором и охваченных объемом диэлектрической матрицы, является новым по отношению к прототипу [12], т.к. указанный признак в последнем вообще отсутствует.
Благодаря такому исполнению защитного наполнителя в предлагаемом РЗМ последний приобретает качественно новый, более высокий уровень удельных характеристик РЗ-свойств по сравнению с прототипом [12]). Другими словами, техническим результатом второго варианта изобретения является получение предложенного РЗМ с невысоким процентным содержанием металлосодержащего наполнителя, обеспечивающим без ухудшения защитных свойств снижение массы РЗМ в целом на более высоком уровне, чем это имеет место у прототипа [12].
Выполнение условия, при котором в третьем варианте общая масса сформированного вышеописанным образом защитного наполнителя при равных защитных свойствах меньше массы несформированного защитного наполнителя из той же смеси, позволяет в зависимости от конкретных технических условий (при сохранении степени ослабления рентгеновского и гамма-излучений) снизить массу известных рентгенопоглощающих наполнителей в РЗМ даже в большей степени, чем это имеет место (в частности, от 2-х до 20-ти раз) у аналога [11]. Согласно изобретению в третьем варианте предлагаемого РЗМ такой результат достигается путем изменения числа автономных непрерывных энергетически активных слоев защитного наполнителя, размещенных внутри друг друга с зазором и охваченных объемом матрицы.
Известен также РЗМ [17, 18], у которого матрица выполнена из диэлектрического материала (резины), а полидисперсный защитный наполнитель - в виде частиц сложного оксида редкоземельных элементов (РЗЭ), охваченных диэлектрической матрицей и зафиксированных в ней.
Однако в предлагаемом третьем варианте РЗМ охваченные диэлектрической матрицей полидисперсные частицы защитного наполнителя, в отличие от аналога [17, 18], сформированы в виде нескольких объемных замкнутых элементов толщиной (10-9÷10-3) м, размещенных друг в друге с зазором, что позволяет использовать эффект "туннелирования" квантов для повышения удельных характеристик РЗ-свойств.
В зависимости от конкретных технических условий в предлагаемом третьем варианте РЗМ слои защитного наполнителя могут включать одинаковые или отличающиеся по химическому составу смеси. При этом, помимо возможности получения у третьего варианта предлагаемого РЗМ более растянутого спектра поглощения ППИ, достигается еще и дополнительный эффект, не присущий ни прототипу [12], ни аналогу [11]. Как известно, в полидисперсной смеси различие в размерах частиц обуславливает различие и в их уровнях энергии Ферми, что вызывает переход электронов от частиц с большими размерами к частицам с меньшими размерами. В результате частицы с большими размерами заряжаются положительно, а частицы с меньшими размерами - отрицательно, а ансамбль частиц в целом в результате такой их перезарядки приобретает энергетическую устойчивость. В реальных условиях на описанный механизм перезарядки частиц оказывает влияние еще целый ряд факторов, в частности, наличие на частицах оксидной пленки, наличие примесных атомов и адсорбированных на поверхности молекул и т.п. Поэтому процесс выравнивания электрохимического потенциала в ансамбле, при котором происходит их заряжение, строго говоря, носит случайный характер. Величина же и знак заряда в большей мере зависят и от топологии системы. Однако определяющим все же в описанном механизме является дисперсность, т.е. размер частиц смеси.
По аналогии с этим различие химического состава частиц в расположенных рядом автономных слоях также обуславливает их различие в уровнях энергии Ферми. В результате перезарядки смежных автономных слоев частиц различного химического состава относительно друг друга последние получают разноименные заряды: "плюс" - слои, имевшие больший уровень энергии Ферми, и "минус" - наоборот, слои, имевшие меньший уровень энергии Ферми. Между такими слоями возникают силы взаимного притяжения. Такая система является более устойчивой, т.к. положение слоев дополнительно стабилизируется еще и силами кулоновского взаимодействия.
В четвертом варианте выполнение матрицы из диэлектрического материала, а защитного наполнителя в виде автономного непрерывного энергетически активного слоя толщиной (10-9÷10-3) м, охватывающего поверхность размещенного в объеме матрицы, по меньшей мере, одного объемного промежуточного носителя из диэлектрического материала, выполненного в виде сферического элемента или в виде трансформированного из последнего другого элемента произвольной замкнутой формы, поверхность которого имеет радиус кривизны, определяемый из выражения R≥0,1 мм, где R - радиус кривизны, обеспечивает достижение используемым защитным наполнителем качественно нового результата, а именно: реализацию эффекта "туннелирования" квантов в качестве полезного эффективного средства повышения РЗ-свойств у предлагаемого РЗМ.
В предлагаемом четвертом варианте РЗМ каждый промежуточный носитель из диэлектрического материала покрыт непрерывным энергетически активным полидисперсным слоем защитного наполнителя и выполнен с такой конфигурацией, что излучающие торцы у него отсутствуют. В результате этого генерируемое (в соответствии с эффектом "туннелирования" квантов) под действием ППИ интенсивное ВПИ распространяется по замкнутой (самой на себя) поверхности слоя, не выходя за ее пределы, с многократным увеличением (по сравнению с толщиной слоя) длины пути квантов и с соответствующей потерей энергии.
Таким образом, эффект "туннелирования" квантов играет важную роль в придании предлагаемому четвертому варианту РЗМ более высоких удельных характеристик РЗ-свойств по сравнению с прототипом [12], в котором эффект "туннелирования" квантов, наоборот, играет роль вредного и опасного фактора, для устранения которого принимаются специальные дорогостоящие меры.
Действительно, у прототипа [12] под воздействием ППИ в слое защитного наполнителя, зафиксированного на промежуточном носителе, вследствие плоскостной ориентации ансамблей его частиц (в соответствии с эффектом "туннелирования" квантов) генерируется интенсивное ВПИ, которое, излучаясь с торцов промежуточных носителей, попадает в матрицу, в которой ансамбли частиц защитного наполнителя имеют объемную ориентацию, исключающую возможность проявления эффекта "туннелирования" квантов, в результате чего последний оказывается подавленным. Однако такие специальные меры устранения проявления эффекта "туннелирования" квантов как вредного фактора (в отличие от использования этого эффекта в четвертом варианте предлагаемого РЗМ для повышения удельных характеристик РЗ-свойств) без увеличения защитных свойств ведут лишь к удорожанию РЗМ.
У аналога [11], у которого в качестве промежуточных носителей используют текстильную основу (в виде отрезков нити или отрезков филамент) либо минеральное волокно в виде его отрезков, под воздействием ППИ в полидисперсном защитном покрытии этих промежуточных носителей генерируется интенсивное ВПИ, которое излучается через торцы указанных промежуточных носителей, что совершенно недопустимо для РЗМ.
В отличие от аналога [11] в предлагаемом четвертом варианте РЗМ излучающие торцы у промежуточных носителей, покрытых слоем защитного полидисперсного наполнителя, отсутствуют со всеми вытекающими отсюда очевидными преимуществами, о которых упоминалось выше.
В пятом варианте материала для защиты от рентгеновского и гамма-излучений в отличие от четвертого варианта объемные промежуточные носители выполнены из электропроводного материала, но покрыты сплошным слоем диэлектрического материала. С точки зрения различий в физике взаимодействия ППИ с каждым непрерывным энергетически активным слоем защитного наполнителя, зафиксированном на сплошном слое диэлектрического материала, покрывающего каждый замкнутый объемный промежуточный носитель, то в пятом варианте предлагаемого РЗМ по сравнению с вышерассмотренным четвертым вариантом таковых нет. Однако пятый вариант предлагаемого РЗМ расширяет возможности использования в качестве промежуточных носителей серийно выпускаемые в смежных отраслях различного рода электропроводные сферические объемные элементы или другие замкнутые объемные элементы (в соответствии с п.5 формулы изобретения). Это, в свою очередь, способствует повышению технологичности и снижению стоимости изготовления предлагаемого варианта РЗМ.
В четвертом и в пятом вариантах слои защитного наполнителя, зафиксированного на промежуточных носителях, могут включать одинаковые или отличающиеся по химическому составу смеси. В этом случае, по аналогии с третьим вариантом, помимо возможности получения у четвертого и пятого вариантов предлагаемого РЗМ более растянутого спектра поглощения ППИ, может достигаться еще и дополнительный эффект, не присущий ни прототипу [12], ни аналогу [11].
Однако, как было показано на примере третьего варианта предлагаемого РЗМ, устойчивость систем в виде непрерывных энергетически активных слоев из полидисперсных смесей частиц защитного наполнителя различного химического состава, зафиксированных (в четвертом и пятом вариантах) на поверхности различных промежуточных носителей, размещенных, в свою очередь, в объеме диэлектрической матрицы, обеспечивается (помимо действия других сил) еще и силами кулоновского взаимодействия (т.е. силами взаимного притяжения слоев). В данном случае промежуточные носители наиболее предпочтительно выполнить в виде элементов плитообразной формы с закругленными торцами, на поверхностях которых зафиксированы непрерывные энергетически активные слои защитного наполнителя в полном соответствии с конфигурацией промежуточных носителей. Очевидно, что промежуточные носители с зафиксированными на них вышеуказанными слоями, получившими после перезарядки слоев (в соответствии с их уровнями энергии Ферми) заряды противоположного знака, должны размещаться в матрице в чередующемся порядке (плюс, минус) на расстояниях, при которых диэлектрическая проницаемость матрицы не препятствует переходу электронов из одного слоя в другой.
В четвертом и в пятом вариантах изобретения у металлосодержащего защитного наполнителя, сформированного согласно предлагаемому изобретению, общая масса при равных защитных свойствах меньше массы несформированного того же защитного наполнителя. В отличие от известных технических решений [11, 12], в которых общая масса сегрегированного (сформированного) защитного наполнителя при равных защитных свойствах тоже меньше массы несформированного того же защитного наполнителя, в предлагаемых четвертом и пятом вариантах снижение общей массы защитного наполнителя достигается благодаря использованию принципиально нового конструктивно-технологического подхода. Суть этого подхода заключается в следующем. В матрице из диэлектрического материала размещены промежуточные носители, выполненные в виде сферических элементов или в виде трансформированных из последних других элементов произвольной замкнутой формы. Указанные элементы выполнены либо целиком из диэлектрического материала (согласно четвертому варианту предлагаемого РЗМ), либо из электропроводного материала, но покрытого сплошным слоем диэлектрического материала (согласно пятому варианту предлагаемого РЗМ). Выполненные таким образом автономные промежуточные носители охвачены непрерывными энергетически активными слоями полидисперсного защитного наполнителя толщиной (10-9÷10-3) м. Приведенные выше существенные признаки четвертого и пятого вариантов предлагаемого РЗМ обеспечивают у используемого защитного наполнителя проявление качественно нового эффекта, а именно: вследствие распространения по замкнутому (самого на себя) слою защитного наполнителя генерируемых квантов ВПИ на каждом автономном промежуточном носителе (что обусловлено трансформацией ППИ в соответствии с проявлением эффекта "туннелирования" квантов) многократно возрастает длина их пути (т.е. величина х в формуле Бугера, см. [1] на стр.2). При этом возрастает сечение взаимодействия рентгеновского и гамма-излучений с веществом, благодаря чему достигается повышение удельных характеристик защитных свойств предлагаемых вариантов РЗМ.
Кроме того, конструкция промежуточных носителей полностью исключает возможность выхода излучения за пределы РЗМ в отличие от [11], в котором излучение может выйти за пределы РЗМ через торцы промежуточных носителей. В отличие же от прототипа [12] в предлагаемых вариантах РЗМ эффект "туннелирования" квантов используется в качестве эффективного средства повышения РЗ-свойств.
В то же время у прототипа [12] эффект "туннелирования" квантов играет вредную и опасную роль, для нейтрализации которой предпринимаются специальные дорогостоящие меры.
В четвертом и в пятом вариантах изобретения промежуточные носители могут быть выполнены в виде сплошных или полых объемных элементов. Последнее исполнение особенно предпочтительно, когда необходимо обеспечить минимальный вес РЗМ.
Техническим результатом четвертого и пятого вариантов изобретения является получение материала для защиты от рентгеновского и гамма-излучений с невысоким процентным содержанием защитного наполнителя, обеспечивающим высокую надежность защиты без применения дополнительных дорогостоящих мер.
Вышеописанные варианты изобретения иллюстрируют следующие примеры.
Пример 1.
Из сырой резины на основе синтетического каучука был сформирован объемный сферический элемент (шар) диаметром 4 см, на поверхность которого путем обкатывания его на плоской стеклянной поверхности в порошке полидисперсной смеси из частиц размером (10-9÷10-3) м был нанесен слой сложного оксида редкоземельных элементов (РЗЭ) толщиной около 0,5 мм. Затем на поверхности образца без нарушения сферической формы был сформирован предохранительный слой толщиной 4 мм из той же сырой резины. Для этого из предварительно прокатанного на каландре листа сырой резины толщиной 4 мм с помощью шаблона вырезалась профильная заготовка, которую обворачивали вокруг матрицы с сохранением сферической формы и обеспечением плотного сопряжения стыка. В результате был получен сферический элемент, под предохранительным слоем сырой резины которого был зафиксирован замкнутый (сам на себя) слой РЗЭ в количестве 13% по массе относительно массы всего образца. Далее сферический образец был медленно деформирован под прессом (при открытом с его боков пространстве) до образования плитообразной заготовки с округленными торцами толщиной около 2 см. После этого на лабораторном каландре из указанной заготовки был сформирован лист толщиной 0,32 см по ТУ 38-105455-72 с размерами (12×16) см2, который был помещен в автоклав, где подвергся вулканизации в атмосфере горячего воздуха. При этом радиус кривизны на торцах листа составлял ≈0,16 см, а радиус кривизны слоя РЗЭ внутри листа R>0,1 мм.
Масса образца составила - 108,4 г, а масса сложного оксида РЗЭ в нем - 14,1 г.
Полученный образец первого предлагаемого варианта РЗМ был подвергнут тестированию при следующих режимах: напряжение на аноде рентгеновской трубки U=128 кВ, энергия квантов рентгеновского излучения Е=85 кэВ. Облучение образца осуществлялось широким пучком рентгеновского излучения. Время облучения 0,5 с.
В сложном оксиде чистых РЗЭ присутствует в среднем 81,4%, что в образце при массе сложного оксида, равной 14,1 г, составляет 14,1×0,814=14,48 г. Тогда поверхностная плотность РЗЭ при размерах образца (12×16) см2 составляет 11,48/12×16=0,06 г/см2, а средняя пикнометрическая плотность РЗЭ при химическом составе сложного оксида (CeO2 - 52%, LaO2 - 23%, NdO2 - 19%, PrO2 - 5%; мех. примеси - 1%) составляет:
0,814×(6,789×52+6,18×23+6,908×19+6,475×5):99=0,814×6,65=5,4 г/см3.
В результате расчетная защитная толщина РЗЭ в предлагаемом первом варианте РЗМ составляет:
Хр=0,06/5,4=0,011 см.
Рентгенографический контроль с последующим сравнением со ступенчатым свинцовым ослабителем показал, что предлагаемый первый вариант РЗМ имеет фактический защитный свинцовый эквивалент Хф=0,01 см. Соответствующая этому защитному свинцовому эквиваленту приведенная защитная толщина РЗЭ составляет: Хпр=0,01×11,34/5,4=0,021 см.
В результате защитный эквивалент предлагаемого первого варианта РЗМ при данных режимах тестирования (U=128 кВ и Е=85 кэВ) относительно фактической защитной толщины РЗЭ в нем составляет
К=Хпр/Хр=0,021/0,011=1,9.
Затем тот же образец был подвергнут тестированию при следующих режимах: напряжение на аноде рентгеновской трубки - 40 кВ, энергия квантов рентгеновского излучения - 27 кэВ. Облучение аналогично осуществлялось широким пучком рентгеновского излучения в течение 0,5 с.
Рентгенографический контроль с последующим сравнением со ступенчатым свинцовым ослабителем показал, что тот же образец РЗМ при данных условиях тестирования имеет защитный свинцовый эквивалент Хф=0,06 см.
Соответствующая этому защитному свинцовому эквиваленту приведенная защитная толщина РЗЭ составляет:
Хпр=0,06×11,34/5,4=0,126 см.
В результате защитный эквивалент предлагаемого первого варианта РЗМ при данных режимах тестирования (U=40 кВ и Е=27 кэВ) относительно той же фактической защитной толщины РЗЭ в нем составляет:
К=Хпр/Хр=0,126/0,011=11,4.
Таким образом, вследствие распространения по замкнутому (самого на себя) слою защитного наполнителя квантов ВПИ (в которое трансформируется ППИ, что обусловлено проявлением эффекта "туннелирования" квантов) многократно возрастает длина их пути, вследствие чего возрастает сечение взаимодействия рентгеновского и гамма излучений с веществом. А это, в свою очередь, приводит к тому, что при различных режимах облучения один и тот же образец первого варианта РЗМ имеет аномально высокие величины защитного эквивалента по отношению к одной и той же фактической защитной толщине РЗЭ в этом же РЗМ.
Поскольку работа замкнутого (самого на себя) слоя защитного наполнителя, обусловленная проявлением эффекта "туннелирования" квантов, во втором предлагаемом варианте РЗМ не отличается от первого варианта, рассматривать ее на примере испытания специально изготовленного образца нет необходимости.
Пример 2.
Из той же сырой резины и защитного наполнителя в виде полидисперсного сложного оксида РЗЭ с использованием тех же технологических приемов, что и в примере 1, был сформирован объемный сферический элемент диаметром 3,5 см с зафиксированными внутри его тремя замкнутыми концентрически размещенными друг в друге с зазором слоями из сложного оксида РЗЭ толщиной около 0,5 мм. При этом зазоры между указанными слоями и толщина наружного предохранительного слоя из сырой резины составляли 2 мм. Общее содержание РЗЭ составило 35,5% по массе относительно массы всего образца.
После этого сферический образец был медленно деформирован под прессом при открытом с его боков пространстве до образования плитообразной заготовки с округленными торцами толщиной около 2 см. Далее (по аналогии с примером 1) на лабораторном каландре из указанной заготовки был сформирован лист толщиной 0,32 см по ТУ 38-105455-72 с размерами (8×8,8) см2, который был помещен в автоклав, где подвергся вулканизации в атмосфере горячего воздуха. При этом радиус кривизны на торцах листа составил ≈0,16 см, а радиусы кривизны на краях деформированных и размещенных друг в друге слоев защитного наполнителя в виде полидисперсного сложного оксида РЗЭ - R>0,1 мм.
Масса образца составила 47,9 г, а масса сложного оксида РЗЭ в нем - 17,0 г.
Полученный образец предлагаемого третьего варианта РЗМ был подвергнут тестированию при режимах, аналогичных режимам в примере 1:
а) U=128 кВ, Е=85 кэВ, t=0,5 с;
б) U=40 кВ, Е=27 кэВ, t=0,5 с.
Количество чистых РЗЭ в образце составляет: 17,0×0,814=13,8 г. Тогда поверхностная плотность РЗЭ составляет: 13,8/8×8,8=0,196 г/см2 при пикнометрической плотности РЗЭ - 5,4 г/см3.
В результате расчетная защитная толщина РЗЭ в предлагаемом третьем варианте РЗМ составляет: Хр=0,196/5,4=0,036 см.
Рентгенографический контроль с последующим сравнением со ступенчатым свинцовым ослабителем показал, что предлагаемый третий вариант РЗМ при режимах облучения (а) имеет фактический защитный свинцовый эквивалент Хф=0,07 см, а при режиме облучения (б) - Хф=0,51 см. Далее (по аналогии с примером 1) имеем:
а) при U=128 кВ, Е=85 кэВ и t=0,5 с:
Хпр=0,07×11,34/5,4=0,147 см; К=Хпр/Хр=0,147/0,036=4,1.
б)при U=40 кВ, Е=27 кэВ и t=0,5 с:
Хпр=0,51×11,34/5,4=1,07см; К=Хпр/Хр=1,07/0,036=29,7.
Таким образом, в предлагаемом третьем варианте РЗМ наличие зафиксированных в диэлектрической матрице нескольких размещенных друг в друге с зазором непрерывных замкнутых слоев дисперсного защитного наполнителя обеспечивает более высокий уровень защиты.
Пример 3.
Из той же сырой резины и защитного наполнителя в виде полидисперсного сложного оксида РЗЭ с использованием тех же технологических приемов, что и в примере 1, был сформирован объемный цилиндрический элемент диаметром 4,4 см и шириной 2,7 см, внутри которого в одной плоскости в контакте друг с другом были размещены 3 сферических промежуточных носителя.
Каждый промежуточный носитель представлял собой сферический элемент (шар) диаметром 2 см, на который был нанесен слой полидисперсного сложного оксида РЗЭ толщиной около 0,5 мм. Сферические элементы были помещены в цилиндрическую обойму из сырой резины с толщиной стенки 0,2 см, торцы которой заподлицо были залеплены крышками из той же резины толщиной 0,2 см.
Общее содержание РЗЭ составило 20,4% по массе относительно массы всего образца.
Цилиндрический образец был медленно деформирован под прессом при открытом с его боков пространстве: вначале в осевом направлении (с 2,7 см до 2,2 см), а затем в радиальном направлении до образования плитообразной заготовки с округленными торцами толщиной около 2 см. После этого (по аналогии с примером 1) на лабораторном каландре из указанной заготовки был сформирован лист толщиной 0,32 см по ТУ 38-105455-72 с размерами (10×8,8) см2, который был помещен в автоклав, где подвергся вулканизации в атмосфере горячего воздуха. При этом радиус кривизны на торцах листа составил ≈0,16 см, а радиусы кривизны на краях деформированных слоев защитного наполнителя зафиксированных в промежуточных носителях - R>0,1 мм.
Масса образца составила 52,0 г, а масса сложного оксида РЗЭ в нем - 10,6 г.
Полученный образец предлагаемого четвертого варианта РЗМ был подвергнут тестированию при режимах, аналогичных режимам в примере 1:
а) U=128 кВ, Е=85 кэВ, t=0,5 с;
б)U=40 кВ, E=27 кэВ, t=0,5 c.
Облучение образца осуществлялось широким пучком рентгеновского излучения с коллимацией его посредством коллиматора диаметром 30 мм с условием прохождения излучения через два деформированных промежуточных носителя с зафиксированными в них замкнутыми слоями полидисперсного защитного наполнителя.
Количество чистых РЗЭ в образце составляет: 10,6×0,814=8,6 г. Тогда поверхностная плотность РЗЭ составляет: 8,6/10×8,8=0,098 г/см2 при пикнометрической плотности РЗЭ - 5,4 г/см3.
В результате расчетная защитная толщина РЗЭ в предлагаемом четвертом варианте РЗМ составляет:
Хр=0,098/5,4=0,018 см.
Рентгенографический контроль с последующим сравнением со ступенчатым свинцовым ослабителем показал, что предлагаемый четвертый вариант РЗМ при режимах облучения (а) имеет фактический защитный свинцовый эквивалент Хф=0,03 см, а при режиме облучения (б) - Хф=0,2 см. Далее (по аналогии с примером 1) имеем:
а) при U=128 кВ, Е=85 кэВ и t=0,5 с:
Хпр=0,03×11,34/5,4=0,063 см; К=Хпр/Хр=0,063/0,018=3,5;
б) при U=40 кВ, Е=27 кэВ и t=0,5 с:
Хпр=0,2×11,34/5,4=0,42 см; К=Хпр/Хр=0,42/0,018=23,3.
Как видим, при данном исполнении предлагаемый четвертый вариант имеет аномально высокий уровень защиты.
Поскольку обусловленная проявлением эффекта "туннелирования" квантов работа замкнутых (самих на себя) слоев защитного наполнителя, зафиксированных на промежуточных носителях, в пятом предлагаемом варианте РЗМ не отличается от рассмотренного выше четвертого варианта, рассматривать ее на примере испытания специально изготовленного образца пятого варианта нет необходимости.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| РЕНТГЕНОЗАЩИТНАЯ РЕЗИНА | 2000 |
|
RU2208254C2 |
| РЕНТГЕНОПОГЛОЩАЮЩИЙ МАТЕРИАЛ | 1999 |
|
RU2172990C2 |
| РЕНТГЕНОПОГЛАЩАЮЩИЙ МАТЕРИАЛ (ВАРИАНТЫ) | 1997 |
|
RU2121177C1 |
| МАТЕРИАЛ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ КОСМИЧЕСКОЙ РАДИАЦИИ | 2003 |
|
RU2275704C2 |
| МНОГОЭЛЕМЕНТНЫЙ ДЕТЕКТОР РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ, РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫЙ РЕНТГЕНОЛЮМИНОФОР ДЛЯ НЕГО, СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ МНОГОЭЛЕМЕНТНОГО СЦИНТИЛЛЯТОРА И ДЕТЕКТОРА В ЦЕЛОМ | 2009 |
|
RU2420763C2 |
| СПОСОБ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СТОЛКНОВИТЕЛЬНЫХ ЯДЕРНЫХ РЕАКЦИЙ НА ОСНОВЕ ЭФФЕКТА КАНАЛИРОВАНИЯ ЯДЕРНЫХ ЧАСТИЦ И ИЗЛУЧЕНИЙ В ФАЗАХ ВНЕДРЕНИЯ И ЭНДОЭРАЛЬНЫХ СТРУКТУРАХ | 2012 |
|
RU2540853C2 |
| ЗАЩИТНОЕ ПОКРЫТИЕ | 2011 |
|
RU2470967C2 |
| СЦИНТИЛЛЯТОР | 2005 |
|
RU2279692C1 |
| Способ испытаний изделий электронной техники к воздействию тяжелых заряженных частиц космического пространства на основе источника сфокусированного импульсного жесткого фотонного излучения на эффекте обратного комптоновского рассеяния | 2020 |
|
RU2751455C1 |
| СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ ФОТОННЫХ КРИСТАЛЛОВ ИЗ ОКСИДА КРЕМНИЯ | 2006 |
|
RU2358895C2 |
Изобретение относится к радиационно-защитным материалам. Материал для защиты от рентгеновского и гамма-излучений включает матрицу с зафиксированным защитным наполнителем из металлосодержащей полидисперсной моно- или многоэлементной смеси с энергетически взаимосвязанными частицами с размерами (10-9÷10-3) м. Матрица выполнена из диэлектрического материала в виде объемного сферического элемента или в виде трансформированного из последнего другого элемента произвольной замкнутой формы, поверхность которого имеет радиус кривизны более 0,1 мм, и охвачена непрерывным энергетически активным слоем защитного наполнителя толщиной (10-9÷10-3) м. Масса сформированного таким образом защитного наполнителя при равных защитных свойствах меньше массы несформированного того же защитного наполнителя. По второму варианту матрица выполнена из электропроводного материала, поверхность которого покрыта сплошным слоем диэлектрического материала. Слой защитного наполнителя может быть покрыт предохранительным слоем из износостойкого диэлектрического материала. По третьему варианту защитный наполнитель зафиксирован внутри матрицы из диэлектрического материала и выполнен в виде нескольких автономных замкнутых слоев, каждый последующий из которых размещен с зазором внутри предыдущего. По четвертому варианту защитный наполнитель охватывает каждый из множества размещенных в матрице промежуточных носителей из диэлектрического материала, которые по конструкции выполнены аналогично матрице первого варианта материала. По пятому варианту каждый промежуточный носитель выполнен из электропроводного материала, покрытого сплошным слоем диэлектрического материала. В третьем, четвертом и пятом вариантах слои защитного наполнителя могут быть одинакового или различного химического состава. В четвертом и пятом вариантах промежуточные носители могут быть выполнены сплошными или полыми. Использование изобретения позволяет получить материал для защиты от рентгеновского и гамма-излучений с невысоким процентным содержанием защитного наполнителя, обеспечивающим высокую надежность защиты без применения дополнительных дорогостоящих мер. 5 н. и 7 з.п. ф-лы.
| РЕНТГЕНОПОГЛОЩАЮЩИЙ МАТЕРИАЛ | 1999 |
|
RU2172990C2 |
| РЕНТГЕНОПОГЛАЩАЮЩИЙ МАТЕРИАЛ (ВАРИАНТЫ) | 1997 |
|
RU2121177C1 |
| МАТЕРИАЛ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ РАДИОАКТИВНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ | 1994 |
|
RU2063074C1 |
| US 3609372 A, 28.09.1971 | |||
| US 4721738 A1, 26.01.1988. | |||
