1.2.4. Конструкции и материалы

Требования к материалам защиты

1. Защита от -излучения. Про прочих равных условиях предпочтение отдается более плотным материалам.

2. Для защиты от нейтронов материал защиты должен содержать какое-то минимальное количество легких ядер для эффективного превращения нейтронов промежуточной энергии в тепловые. Тепловые нейтроны эффективно поглощаются всеми элементами, но в тех случаях, когда на выходе из защиты радиационный фон в значительной мере определяется тепловыми нейтронами, используют специальные элементы с высоким сечением поглощения тепловых нейтронов (соединения бора, карбид бора)

3. Доступность, технологичность, относительно невысокая стоимость, по возможности низкое сечение активации (в потоках нейтронов), т.е. слабая активность при поглощении нейтронов. В некоторых случаях – стойкость к воздействию повышенных температур, радиационная стойкость, т.е. способность сохранять в заданных пределах физико-химические характеристики в условиях длительного воздействия потоков нейтронов большой эффективности.

Основными защитными материалами на современных АЭС являются обычный тяжелый бетон , чаще всего с крупным заполнителем из гранита или известняка и мелким – из речного песка на портландцементе и шлакопортландцементе. Содержание химически связанной воды в таком бетоне 25% от массы цемента или 2-3% от массы бетона достаточно для эффективной защиты от нейтронов и -излучения.

Защитные бетоны

На атомных электростанциях, как и на других ядерных установках, в качестве мате­риала для радиационной защиты применяется главным образом бетон, который является од­новременно и несущей конструкцией. Бетон — экономный и достаточно эффективный защит­ный материал, достоинством которого можно считать также возможность изменения его свойств, как технических, так и физических (в том числе защитных). В основном на АЭС используются бетоны класса В40-В45, для строительства фундаментной части здания допускается использовать бетоны класса В30.

Для радиационной защиты АЭС использу­ются тяжелые и особо тяжелые бетоны, кото­рые с целью отличия их по области примене­ния от других типов бетонов называются «бетоны для радиационной защиты». По объем­ной массе бетоны делятся на тяжелые с объ­емной массой от 1,8 до 2,5 т/м³ и особо тяже­лые с объемной массой более 2,5 т/м³ (3,2-3,3 т/м³).

Для разделения бетонов по виду исполь­зованных заполнителей и вяжущего в назва­ние бетона включается соответственно наиме­нование заполнителей и вяжущего, например «бетон на магнетитовых заполнителях» или «магнетитовый бетон», «бетон на портландце­менте» и т. д.

Тяжелые бетоны радиационной защиты, работающие при температурах до 50°С, назы­ваются «обычными тяжелыми бетонами» или «тяжелыми бетонами».

Бетоны, работающие при температурах от 51 до 350°С включительно, называются «бето­нами для повышенных температур»; бетоны, предназначенные для работы при температуре выше 350° С, — «жаростойкими бетонами».

Бетоны, содержащие повышенное количе­ство химически связанной воды по сравнению с обычными тяжелыми бетонами, называются гидратными.

В название бетона включают все отличи­тельные признаки, как, например, «особо тя­желый магнетитовый бетон на портландце­менте».

В связи с тем, что для рассматриваемых энергий защитные характеристики бетона от гамма-излучения мало зависят от химическо­го состава, особых требований к химичес­кому составу бетонов для радиацион­ной защиты технологических помещений АЭС не предъявляется. Однако химический состав бетона должен быть точно известен при проектировании защитных конструкций АЭС. Необходимо знать тип бетона и его объемную массу.

Для радиационной защиты АЭС нашли на­ибольшее применение два типа бетонов: обыч­ный тяжелый с объемной массой 2,15— 2,35 т/м³ (±3%) и особо тяжелый с объемной массой 3,2 т/м³ (+3%) и более.

При выборе типа бетона для радиационной защиты конкретной АЭС следует отдавать предпочтение бетону, для приготовления кото­рого используются местные материалы: за­полнитель, вяжущее, добавки и т. п.

Материалы для бетонов. Материалы, ис­пользуемые для приготовления бетонов, долж­ны удовлетворять требованиям, предъявляе­мым к бетону как защитному и конструктив­ному материалу.

В качестве основного вяжущего для за­щитных бетонов рекомендуется применять портландцемент, марка которого выбирается из условия обеспечения заданной прочности бетона. Применение других типов вяжущих допускается при надлежащем технико-эконо­мическом обосновании и обеспечении задан­ных качеств бетона.

Для приготовления защитных бетонов при­меняют различные типы крупного и мел­кого заполнителя. Выбор заполнителя определяется требованиями, предъявляемыми к бетону местными условиями и технико-эко­номическими показателями.

Для обычного тяжелого бетона крупный заполнитель (5—40 мм) может быть получен из различных горных пород: эффузивных и интрузивных магматических, силикатных и карбонатных осадочных, а также метаморфи­ческих. Мелкий заполнитель (0,15—5,0 мм) можно получать дроблением горных пород или использовать естественные отложения речных или горных песков. Модуль крупности песка должен быть 2,0—3,3.

Для особо тяжелых бетонов используются рудные и металлические заполнители: магнетитовые, гематитовые, барито­вые и другие руды, металлический скрап и прочие отходы металлов, а также чугунная и стальная дробь. Гранулометрический состав крупного и мелкого заполнителя должен отве­чать требованиям, предъявляемым к заполни­телям конструкционных бетонов. В случае не­обходимости в проекте могут оговариваться дополнительные требования.

Объемная масса бетонной смеси должна быть больше заданной объемной массы бетона на величину разности между массой воды затворения и массой воды, хими­чески связанной в цементном камне.

Подвижность бетонной смеси опреде­ляется в зависимости от метода ее транспор­тировки и укладки, размеров и конфигурации конструкции, густоты армирования и т.п. Для изготовления защитных конструкций из особо тяжелых бетонов рекомендуется применять бетонные смеси с подвижностью, характеризу­емой осадкой конуса от 0 до 3 см и показате­лем жесткости от 60 до 15 см, в том числе: для смеси на неметаллических заполнителях — 2—3 см; для смеси с металлическим скра­пом— 0—1 см.

Приготовление бетонных смесей тяжелых и особо тяжелых бетонов, их перевозка, уклад­ка, уход в период твердения, контроль качест­ва и т. п. следует производить в соответствии с действующими нормативами.