Толщина бетона от радиации: Тяжелый бетон для защиты от радиации

Бетоны для защиты от радиации — Статьи

Из всех радиоактивных излучений наибольшей проникающей способностью обладают у-излучение и нейтроны. Способность материала поглощать у-излучение пропорциональна его плотности. Для ослабления потока нейтронов в материале, наоборот, должны присутствовать элементы с малой атомной массой, как, например, водород. Бетон является эффективным материалом для биологической защиты ядерных реакторов, поскольку в нем удачно сочетаются при сравнительно низкой стоимости высокая плотность содержание определенного количества водорода в химически связанной воде. Для уменьшения толщины защитных экранов при возведении атомных электростанций и предприятий по производству изотопов наряду с обычными применяют особо тяжелые бетоны со средней плотностью от 2500 до 7000 кг/м3 и гидратные бетоны с высоким содержанием химически связанной воды. С этой целью используют тяжелые природные или искусственные заполнители: магнетитовые, гематитовые или лимонитовые железные руды, барит, металлический скрап, свинцовую дробь и др.
Для получения гидратных бетонов эффективными являются лимонит, серпентинит и другие материалы, обладающие наряду с высокой плотностью и значительным содержанием химически связанной воды. В качестве вяжущих в особо тяжелых и гидратных бетонах применяют портланд- и шлакопортландцементы. Возможно применение цемента специального назначения, образующего при твердении повышенное содержание гидросульфоалюмината, связывающего значительное количество воды. В гидратных бетонах можно использовать также глиноземистый и гипсоглиноземистый цементы, связывающие большее количество воды, чем портландцемент. Для улучшения защитных свойств в гидратные бетоны вводят добавки, повышающие содержание водорода — карбид, бор, хлорид лития и другие добавки, в состав которых входят легкие элементы.
Кроме улучшенных защитных свойств, бетон, применяемый для устройства экранов ядерных реакторов, должен обладать и другими особенностями: повышенной температуростойкостью, высокой теплопроводностью, низкими значениями усадки, коэффициента термического расширения и ползучести.
Особо тяжелые бетонные смеси склонны к расслоению вследствие значительного различия между плотностями цементного теста и заполнителей. Для предотвращения расслоения рекомендуется такие смеси перевозить в автобетоносмесителях, применять методы раздельного бетонирования и т. д.
При потоках нейтронов высокой интенсивности, характерных для некоторых реакторов на быстрых нейтронах, может возникнуть необходимость в использовании радиационностойких бетонов.
В результате воздействия ионизирующего излучения в структуре бетона могут происходить качественные изменения, характер и глубина которых зависят от свойств бетона, вида исходных материалов и дозы облучения. При определении радиационной стойкости материалов учитываются плотность потока частиц, интенсивность излучения, поглощенная доза излучения. Плотность потока частиц или квантов характеризуется отношением числа частиц, проникающих в сферу элементарного объема в единицу времени, к площади проекции сферы (квант в сек. на кв. метр — с»1 м»2). В отличие от плотности интенсивность излучения — удельная величина энергии (Вт/м2). Поглощенная доза излучения равна отношению поглощенной энергии к массе облучаемой среды (Дж/кг). Например, плотность потока нейтронов, излучаемых ядерным реактором, достигает 5 1017с~1м~2, изотопным источником -10 — 108с 1м»2. Интенсивность излучения составляет соответственно 104 и 10″6 Вт/м2. Доза излучения, поглощенная бетоном конструкций, расположенных за корпусом ядерного реактора за 30 лет его службы составляет 1011 — 1012 Дж/кг.
Радиационное облучение вызывает термическую усадку цементного камня, которая возрастает по мере увеличения дозы облучения. При этом температура увеличивается до 350°С и происходит его частичное обезвоживание. Деформации при облучении Цементного камня значительно превосходят деформации вследствие испарения воды при разогреве цементного камня. Усадке способствуют радиационно-химические реакции, в результате которых возможно образование химически активных частиц, взаимодействующих друг с другом. При облучении происходит радиолиз химически связанной, адсорбционной и свободной воды, цементного камня, в результате чего выделяются в газообразном состоянии кислород и водород.
Радиолиз воды сопровождается снижением прочности цементного камня, развитием деформаций ползучести.
При облучении бетона характерны снижение плотности и увеличение линейных размеров зерен заполнителей. Возможен также переход минералов из кристаллического в аморфное состояние, что также сопровождается деформациями расширения. По мере облучения происходит образование и накопление различных дефектов кристаллической решетки минералов, слагающих заполнители. Наибольшие изменения при радиационном воздействии характерны для крупнокристаллических глубинных кислых магматических горных пород. С увеличением содержания в структуре горных пород аморфных фаз и уменьшением размеров кристаллов радиационная стойкость пород возрастает.
Модуль упругости бетона по мере повышения дозы облучения снижается вследствие накопления структурных дефектов в заполнителях и цементном камне. Установлено, что при значительных дозах облучения предел прочности бетона на сжатие снижается в 4 раза, а на растяжение более чем в 2 раза.
Для радиационностойких бетонов предпочтительно применять высококремнеземистые портландцементы с пониженным содержанием алюминатов и алюмоферритов. В условиях облучения эффективно использование мелкозернистых бетонов.

Авторы: Л. И. Дворкин, О. Л. Дворкин

• В системе «М350» на бетон в Волоколамске цены получаются по итогу конкуренции между качественными РБУ поблизости от объекта.
• Для чего нужен автомиксер с насосом для подачи бетона и принципы его работы.
• Чтобы получить интересные заказы на бетон, заводы в Долгопрудном, когда это возможно, стараются предложить сп

Как радиационное излучение влияет на характеристики бетона

Опубликовано: 05.04.2021

Обновлено: 20.02.2022

 788

Большинство исследований игнорируют гамма-излучение, поскольку оно мало влияет на прочность и другие свойства бетона.

Всё внимание в основном направлено на второй тип излучения: нейтронное

Большинство действующих атомных электростанций в мире были введены в эксплуатацию несколько десятилетий назад. Одним из технических факторов старения АЭС является ухудшение характеристик бетона, из которого они построены. Поэтому важно понимать, как меняются свойства бетона под воздействием радиации, чтобы сформулировать обоснованные технические решения, нацеленные на повышение безопасности АЭС и снижение ущерба от нее окружающей среде.

Использование бетона при строительстве АЭС

На протяжении десятилетий на АЭС из бетона строятся защитные оболочки реакторов, которые защищают их от аварий и стихийных бедствий. Их толщина может достигать 2 метров. Бетон выполняет роль и биологической защиты, снижая уровень радиации вокруг реактора до уровней, безопасных для человека.

В зависимости от заданной функции на АЭС используется различные бетонные смеси. Бетон, который используется в качестве биологической защиты, должен обладать определенными свойствами, учитывая его близость к корпусу реактора.

Ядерное излучение влияет на свойства материалов, в том числе на механические характеристики бетона. Поэтому крайне важно знать критическую дозу облучения, при которой неизменными остаются прочность материала при сжатии и растяжении, его эластичность, тепловые и защитные свойства.

Типы радиационного излучения

Существуют разные типы излучения: гамма-лучи, которые с трудом вытесняют атомы, что делает их относительно безопасными для бетона. Большинство исследований игнорируют гамма-излучение, поскольку оно мало влияет на прочность и другие свойства бетона. Всё внимание в основном направлено на второй тип излучения: нейтронное.

Под нейтронным излучением понимается испускание электрически нейтральных частиц, которое происходит в результате радиоактивного распада тяжелых элементов с большим количеством нейтронов, чем протонов. Его можно разделить на два основных типа, которые характеризуются медленными и быстрыми нейтронами.

Быстрые нейтроны имеют энергию выше 0,1 МэВ (мегаэлектронвольт), иногда превышая даже 1 МэВ, тогда как медленные нейтроны обладают энергией до нескольких эВ. Существующие экспериментальных данные и отсутствие доказательств говорят о том, излучение каких нейтронов более вредное: быстрых или медленных. Однако важно знать, что рядом с быстрыми нейтронами всегда есть медленные.

Доступная информация о воздействии радиационного излучения на бетон

Ранние исследования на тему разрушения бетона под воздействием радиации в целом привели к нескольким интересным открытиям. Первое и наиболее важное — это то, что для типичного бетона критическое значение плотности энергии нейтронного излучения, выше которой снижается прочность материала при сжатии и растяжении, составляет около 1 × 10¹⁹ n/ см². [1]

Это же исследование показывает, что доза облучения в корпусе реактора достаточно высока, чтобы вызвать разрушение бетона. Дополнительные данные характеризуют отдельные эффекты, которые возникают под воздействием быстрых или медленных нейтронов. Например, модуль упругости бетона, который подвергся облучению, оказался на 10-20% ниже, когда плотность энергии быстрых нейтронов достигла значений от 7 × 10¹⁸ до 3 × 10¹⁹ n/ см², чем его необлученный вариант, и подобное процентное изменение происходит, когда плотность энергии медленных нейтронов составляет около 3 × 10¹⁹ n/ см². [2]

Подсчитано, что на биологическую защиту бетона будет воздействовать плотность энергии нейтронов на таких уровнях, которые снизят механические характеристики материала после 40 лет его эксплуатации, и именно тогда сведения о составе бетона будут использоваться при оценке риска при продлении срока службы АЭС. Однако некоторые бетонные смеси более устойчивы к радиации, чем другие, поэтому срок безопасной эксплуатации реактора может быть выше.

Ссылки:

1. H. K. Hilsdorf, J. Kropp, and H. J. Koch, Der Einfluss radioaktiver Strahlung auf die mechanischen Eigenschaften von Beton (Ernst u. Sohn, 1976) [«The Effects of Nuclear Radiation on the Mechanical Properties of Concrete,»American Concrete Institute, Special Publication 55, 223 (1978)];

2. B. Pomaro, «A Review on Radiation Damage in Concrete for Nuclear Facilities: From Experiments to Modeling,» Model. Simul. Eng. 2016, 1, (2016).

Источник: Stanford University

Эффективный радиационный экран CBRN | StemRad

Эффективный радиационный экран CBRN | СтемРад

Радиационный блог

31. 10.18 | Среда | Nofit Amir

Специалисты, работающие с последствиями ядерной или радиологической аварии, нуждаются в средствах индивидуальной защиты. Любое решение по радиационной защите от ХБРЯ может или должно защищать рабочих от разрушительного воздействия гамма-излучения. Но, как и во многих других случаях, ключевое значение имеет то, как вы подходите к защите. Многие из решений, рекламируемых для защиты, неэффективны, тяжелы и неэффективны в блокировании излучения, связанного с ядерными или радиационными авариями, поскольку они не обеспечивают адекватной защиты наиболее уязвимых частей тела. С нашим решением — защитным экраном 360 Gamma — персонал оснащен умной защитой, которая обеспечивает целенаправленную защиту от гамма-излучения наиболее чувствительных частей тела.

Проблема с решениями по защите от ХБРЯ излучения

Существует множество подходов к защите от гамма-излучения, большинство из которых основано на нанесении на тело как можно более толстого слоя таких материалов, как композитные металлы, свинец или специальные ткани. . По данным Американского ядерного общества, чтобы уменьшить типичные гамма-лучи в миллиард раз, толщина экрана должна составлять около 13,8 футов воды, около 6,6 футов бетона или около 1,3 фута свинца. Толстый, плотный экран необходим для защиты от гамма-лучей.

Для защиты тела от гамма-излучения многие из представленных на рынке решений по защите от радиационного излучения ХБРЯ упакованы с защитой настолько, что даже передвигаться в костюмах сложно, если не невозможно. В Чернобыле, например, некоторые из спасателей пытались защитить все свое тело тонкими листами свинца, подобными тем, которые носят в больницах для защиты от низкоэнергетического рентгеновского излучения (и недостаточного для высокоэнергетического гамма-излучения). Но даже с 26 килограммами этого материала на их телах, сильно обременяющими их, их самые чувствительные и уязвимые части тела оставались недостаточно защищенными, и многие из них умерли от гемопоэтического подсиндрома острого лучевого синдрома, который возникает из-за разрушения костей. ткань костного мозга.

Усовершенствованные материалы для защиты от ХБРЯ излучения, но также не решение

Даже когда используются материалы, которые рекламируются как более эффективные, чем свинец, таскание тяжелых защитных костюмов для всего тела значительно замедляет пользователя и создает ненужное тепло. стресс. Среднее человеческое тело мужчины имеет площадь поверхности 19000 см2, а туловище составляет примерно 36% этой площади поверхности, что означает, что жилет, сделанный из материала плотностью 3,14 г/см3 с коэффициентом ослабления 2, будет весить 58 кг. Это нереальный вес для кого-то, и поскольку продукты на рынке, в которых используются эти материалы, значительно легче (это одно из их преимуществ), они обеспечивают гораздо меньшую защиту, чем требуется.

Даже если бы вы предоставили кому-то 58-килограммовый жилет, обеспечивающий двойную защиту, и они могли бы носить его, полученная доза пропорциональна времени воздействия, и в силу ношения дополнительных 58 кг человек значительно замедлится , что сводит на нет преимущества их экранирования или даже приводит к обратным результатам и ухудшению поглощаемой ими дозы.

Почему решение StemRad по защите от радиации CBRN лучше

Если тяжелая защитная экипировка не может обеспечить достаточную защиту, но при этом дает свободу передвижения тем, кто ее носит, StemRad решает проблему с помощью своего инновационного подхода. StemRad 360 Gamma обеспечивает значительную защиту, расположенную в наиболее эффективной конфигурации, чтобы обеспечить целенаправленную защиту наиболее чувствительной области тела — таза, где у нас находится 50% костного мозга и других чувствительных органов. Это обеспечивает эффективную защиту от высокоэнергетического гамма-излучения, с которым военные и гражданские службы экстренного реагирования столкнутся во время ядерной или радиологической аварии.

Необходимость надежной защиты ткани костного мозга становится понятной, если взглянуть на цифры; Ядерные службы быстрого реагирования работают не с рентгеновскими аппаратами, излучающими излучение низкой энергии (примерно в 10 раз ниже), а с гамма-излучателями высокой энергии, такими как Cs-137 (662 кэВ). По мере увеличения энергии излучения увеличивается и его способность проникать через экран, что требует более толстого экрана в критических областях.

Но, как мы видели, сплошное экранирование нецелесообразно и часто неэффективно. Подход StemRad к выборочному экранированию критически важных тканей костного мозга с помощью надежного экранирования — лучший способ защитить людей от гамма-излучения. Когда системы обнаружения указывают, что они необходимы, лучшим подходом является защита от гамма-излучения CBRN, которая может быть модульным дополнением к стандартным тонким костюмам HAZMAT, предотвращая внутреннее загрязнение радиоактивными или другими материалами. Этот эффективный подход позволяет службам экстренного реагирования эффективно работать без чрезмерной нагрузки с решением, которое полностью совместимо с их существующими СИЗ. StemRad 360 Gamma предлагает наилучшую биологическую защиту без ущерба для мобильности, обеспечивая целенаправленную, избирательную защиту там, где это наиболее важно.

Часто задаваемые вопросы

Что означает ХБРЯ?

ХБРЯ — это аббревиатура от химических, биологических, радиологических или ядерных опасностей.

Что является примером угрозы ХБРЯ?

Одним из примеров угрозы ХБРЯ является радиологическая катастрофа, которая может быть вызвана «грязными бомбами», рассеивающими радиоактивный материал. Другим примером является ядерная катастрофа, которая может быть вызвана выбросом вредных излучений от ядерного оружия.

Как ХБРЯ попадает в организм?

Химические, биологические и радиологические загрязнители можно проглотить или вдохнуть, в то время как ядерные опасности могут вызвать повреждение в результате радиационного облучения без необходимости какого-либо контакта.

В чем разница между hazmat и CBRN?

ХБРЯ отличаются от инцидентов с опасными веществами как масштабом, так и целью. События CBRN могут быть ситуациями с массовыми жертвами и обычно считаются преднамеренными и злонамеренными.

Нофит Амир

Пишет контент для веб-сайта StemRad, социальных сетей и информационного бюллетеня. Она является адвокатом с более чем двадцатилетним опытом написания высококачественного контента в академических и промышленных условиях.

Похожие сообщения

Как купить профессиональный щит

Купить Гражданский радиационный щит

Защита от ядерного излучения Защита и уменьшение толщины пополам

Защита от излучения представляет собой массу поглощающего материала , помещенную между вами и источником радиации, чтобы уменьшить радиацию до уровня, более безопасного для человека.

Эффективность материала зависит от:

• тип самого излучения и его энергия
• свойства экранирующего материала (важна плотность)
• общая толщина используемого материала, исходя из значений толщины излучения, разделенных вдвое

Различные типы излучений ведут себя в различными способами:

Согласно Справочнику НАТО по медицинским аспектам операций по защите от РХБ,

«Гамма- или рентгеновское излучение представляет собой основную форму ионизирующего электромагнитного излучения, связанного с ядерными взрывами, вызывающую несчастные случаи».

Другими словами, основное внимание уделяется гамма- и рентгеновскому излучению.

Альфа-частица (другой вид излучения ядерного взрыва) тоже опасна, но труднопроницаема. Его можно остановить с помощью одного листа бумаги или воздушного фильтра (представьте, что это тяжелая частица пыли) . Он переносится ветровыми потоками (осадки) и в конечном итоге падает на землю и «разлагается».

Гамма-излучение распространяется со скоростью света.

Защита от ядерного излучения – гамма- и рентгеновские лучи

Чтобы защитить себя от гамма-излучения, возникающего в результате ядерного взрыва, необходимо учитывать три вещи:

Время

Чем меньше времени вы проводите под воздействием радиации, тем ниже ваша доза.

Расстояние

Излучение уменьшается с расстоянием по закону обратных квадратов. Это означает, что чем дальше вы находитесь от источника излучения, тем меньше радиации вы будете подвергаться воздействию.

Экранирование

Когда ионизирующее излучение проходит через вещество, его интенсивность уменьшается. Поэтому, чтобы защитить себя от радиации, вы используете экранирование. Однако материал, который вы используете, имеет большое значение; некоторые материалы снижают интенсивность излучения больше, чем другие…

Уменьшение толщины излучения вдвое

У каждого материала есть «уменьшение толщины вдвое». Это толщина, необходимая для уменьшения интенсивности излучения вдвое. 50%.

Таким образом, если разделить толщину материала пополам на 1 дюйм, то лист толщиной 1 дюйм сократит излучение до 50%. Два дюйма сократят излучение до 25%, 3 дюйма — до 12,5% и так далее.

См. приведенную ниже таблицу материалов с уменьшенной вдвое толщиной.

Во-первых, это…

Коэффициент радиационной защиты

Это подводит нас к фактору радиационной защиты. Или защитный фактор .

Обычный дом снижает мощность излучения до одной пятнадцатой по сравнению с внешней средой – это называется коэффициентом защиты 15. Убежища, построенные из правильных материалов, могут обеспечить гораздо больший коэффициент защиты, чем этот.

Согласно FEMA TR-87, Стандарты для убежищ от радиоактивных осадков, «минимальный уровень защиты для общественных убежищ от радиоактивных осадков составляет PF 40».

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ. Постоянные убежища от радиоактивных осадков и взрыва, описанные в широко доступных брошюрах FEMA, имеют коэффициенты защиты, соответствующие минимальному стандарту PF 40 для общественных укрытий в зданиях. В районах с сильными радиоактивными осадками значительная часть обитателей укрытий PF 40 получит дозы облучения, достаточно большие, чтобы позже вывести их из строя или убить. Постоянные убежища, построенные специально для защиты от воздействия ядерного оружия, должны иметь значения PF, намного превышающие PF 40.

Защита от гамма-излучения для различных материалов

Как все это применить, чтобы получить приблизительное представление о защите от гамма-излучения для различных материалов?

Толщина, уменьшенная вдвое, — это количество материала, которое блокирует половину проходящего через него гамма-излучения. Уменьшенная вдвое толщина имеет коэффициент защиты (PF), равный 2.

Если вы добавите еще одну «уполовиненную толщину», материал заблокирует половину оставшихся гамма-лучей, оставив 1/4. Это коэффициент защиты (PF), равный 4. Еще один слой «уполовиненной толщины» снижает его до 1/8, или PF 8. И так далее.

Радиационный экран характеризуется общим «фактором защиты». Например, экран, который пропускает только 1/1000 (одну тысячную) гамма-лучей, имеет коэффициент защиты PF1000 (современный стандарт).

1 слой = PF 2
2 слоя = PF 4
3 слоя = PF 8
4 слоя = PF 16
5 слоев = PF 32
6 слоев = PF 64
7 слоев = PF 128
8 слоев = PF 1536 90 9 слоев = PF 512
10 слоев = PF 1024

Радиационно-защитные материалы обычно классифицируются по их «уполовиненной толщине», которая представляет собой толщину этого материала, необходимую для блокировки половины поступающих гамма-лучей.

Если мы знаем толщину деления пополам, то умножаем ее на 10 для PF около 1000 (1024).

Материалы для защиты от излучения

Обратите внимание на следующую таблицу материалов, в которой указана их вдвое уменьшенная толщина радиации, а также примерная степень защиты PF40, PF300 и PF1000.

Я получил цифры (толщина в два раза) из, как мне кажется, авторитетных источников. Затем просто рассчитали числа PF. Обратите внимание, что некоторые из этих материалов, безусловно, будут различаться по плотности и, следовательно, смещаться в ту или иную сторону. Например, дерево. Они различаются по плотности. Бетон, то же самое… зависит от его плотности смеси/профиля.

Проконсультируйтесь со специалистом для точного определения. Это только для информации.

Radiation Halving Thickness Chart

Material	Halving Thickness [inches]	PF40 [inches]	PF300 [inches]	PF1000 [inches]
Lead	0.4	2.1	3. 2	4.0
Железо	0.9	4.8	7.2	9.0
Steel	1.0	5.3	8.0	10.0
Stone	2.2	11.7	17.6	22.0
Concrete	2.4	12.7	19.2	24.0
Aluminum	2.7	14.3	21.6	27.0
Brickwork	2.8	14.8	22.4	28.0
Sand	2.9	15.4	23.2	29.0
Packed Soil	3.6	19.1	28.8	36.0
Water	7.2	38.2	57.6	72.0
Wood	11.0	58. 3	88.0	110.0

Несколько типичных вопросов:

Сколько нужно бетона, чтобы остановить радиацию?

Ну, очевидно, для типичной плотности бетона потребуется около 24 дюймов (два фута) для достижения приблизительного современного коэффициента защиты PF1000 (радиация уменьшена до одной тысячной). Это не «останавливает». Наоборот, сильно уменьшилось.

Сколько грязи, чтобы остановить радиацию?

Исходя из того, что радиационное излучение удваивает толщину уплотненного грунта, для достижения примерно PF1000 потребуется около 36 дюймов или 3 фута.

Источники

При поиске данных по этому поводу я заметил некоторые расхождения. Однако я подобрал то, что я считаю точным для этого отчета. Некоторые из моих источников включают следующее:

• NRC.gov
• Лига гражданской обороны Канады
• Википедия

Навыки выживания в ядерной войне (обновленное издание) Cresson Kearny
(amzn) US Nuclear Force

0 , Руководство по биологическому и химическому выживанию

(amzn)

Таблетки йодида калия

Любой, кто беспокоится о радиационных осадках, должен иметь это:
>> iOSAT Таблетки йодида калия
(посмотреть на amzn)

О радиоактивных осадках и альфа-частицах? Я рекомендую полнолицевую респираторную маску, одобренную CE / CBRN.