4. Защитные материалы.

Защитные материалы выбирают с учетом защитных и механических свойств, плотности и стоимости.

Кроме защитных свойств материалы, выбираемые для защиты от ионизирующих излучений на АЭС, должны быть конструкционно-прочными, иметь низкую стоимость, высокую радиационную и термическую стойкость, огнестойкость, химическую инертность, не выделять ядовитых, с резким запахом и взрывоопасных газов под действием нагрева и облучения, сохранять стабильные размеры, допускать возможность механической обработки.

Защитные свойства материалов от нейтронного излучения определяются их замедляющей и поглощающей способностью, степенью активации. Быстрые нейтроны наиболее эффективно замедляются веществами с малым атомным номером, такими как графит и водородсодержащие вещества (легкая и тяжелая вода, пластмассы, полиэтилен, парафин). Для эффективного поглощения тепловых нейтронов применяются материалы, имеющие большое сечение поглощения, соединения с бором: борная сталь, бораль, борный графит, карбид бора, а также кадмий и бетон.

Для защиты от гамма-излучения наиболее часто применяют материалы: свинец, бетон, сталь, железо, вода, свинцовое стекло и т.д.

Металлы наиболее часто применяют для сооружения передвижных защитных устройств, а строительные материалы - для сооружения стационарных защитных устройств.

Свинец (ρ - 11,34 г/см³, Z-82) применяют для поглощения мягкого гамма-излучения, обладает большой текучестью, малой прочностью и высокой стоимостью, невысокой эффективностью поглощения быстрых нейтронов, образованием высокоэнергетического гамма-излучения при захвате тепловых нейтронов.

Сталь (ρ - 7,5…7,9 г/см³, Z-26) обладает большой прочностью, дешевле свинца, но защита имеет больший чем свинцовая объем.

Вольфрам (ρ – 17…19 г/см³, Z-74) применяется для защиты от гамма-излучений высоких энергий, для изготовления особо ответственных частей защиты.

Бетоны. Наиболее широко распространенный материал. Бетон - смесь атомов различных элементов, поэтому подбором его состава можно способствовать ослаблению нейтронов и (или) фотонов. В состав цемента (главной составляющей бетона) входят в основном окислы кальция, кремния, алюминия, железа и легкие ядра, которые интенсивно поглощают гамма-кванты и замедляют быстрые нейтроны. Ослабление плотности потока нейтронов зависит от содержания в бетоне воды и добавок.

В процессе гидратации цемент химически связывает часть воды и становится водородсодержащей компонентой бетона, определяющей его защитные свойства по отношению к нейтронам. Воды в бетоне достаточно, чтобы обеспечить одинаковую эффективность замедления нейтронов всех энергий. Ослабление гамма-излучения обусловливается как содержащимися в нем металлами, так и увеличением плотности бетона, для чего используются в качестве наполнителя железный скарп (стальные шарики, проволока, обрезки стального лома).

В качестве бетонов используют:

• строительный бетон (ρ = 2,3 г/см³);

• серпентинитовый бетон (ρ - 2,5…2,7 г/см 53).

изготавливается из серпентинитовых заполнителей 3MgO·Si0₂·2H₂O с примесями Al₂0₃,FeO,F₂O₃. Добавляют железную дробь или железные опилки. Отличительная особенность этих бетонов – способность удерживать связанную воду при температуре до 450 ⁰C;

• магнетитовые бетоны (ρ - 3,0 г/см³). Добавляют Fe₃O₄ - магнетитовые заполнители;

• баритовые бетоны (ρ - 3,0…3,6 г/см³) - состоят на 80…85 % из BaSO₄ и используется как строительный материал.

Вода служит для защиты как от нейтронов, так и от гамма-излучения. Для защиты от нейтронов применяют борированую воду, используя реакцию ¹⁰B (n,α)⁷Li и ¹H (n,γ)²D. Но необходимо учитывать, что при этом образуются гамма-кванты с энергиями, соответственно - 0,5 МэВ и 2,23 МэВ.

При изготовлении защиты необходимо учитывать стоимость работ и защитных материалов. Некоторые сравнительные оценки даны в табл. 13.5.

Таблица 13.5