Лучшим радиационно защитным материалом является

Одним из основных физических способов предотвращения облучения является экранирование. Специально разработанные защитные костюмы и экраны позволяют обеспечить достаточно безопасное пребывание человека в условиях радиации.

Каждому излучению свой экран.

Существует несколько видов ионизирующего излучения, каждый их которых имеет свои особенности с точки зрения взаимодействия с веществом. Чтобы противостоять им, при изготовлении средств защиты используются различные материалы.

• Альфа-излучение характеризуются низкой проникающей способностью и воздействует на организм только в непосредственной близости от источника излучения. Поэтому даже лист бумаги, резиновые перчатки, пластиковые очки и простой респиратор будут для него непреодолимым препятствием. При этом респиратор является особенно важной частью защитного костюма, т.к. попавшие внутрь организма альфа-частицы накапливаются в клетках органов и долго не распадаются, отравляя организм.
• Бета-излучение обладает большей, чем альфа-излучение проникающей способностью, которая зависит от энергии его частиц. А это значит, что средства, предназначенные для защиты от альфа-излучения, при потоке бета-частиц не эффективны. Поэтому используются плексиглас, стекло, тонкий слой алюминия, противогаз.
• Гамма-излучение распространяется на большие расстояния и проникает практически сквозь любую поверхность. Исключение составляют тяжёлые металлы типа вольфрама, свинца, стали, чугуна и пр., именно они и применяются для защиты.
• Нейтронное излучение – продукт ядерного распада с проникающей способностью, превосходящей гамма-излучение. Лучшей защитой от нейтронного излучения являются такие материалы, как вода, полиэтилен, другие полимеры. Нейтронное излучение обычно сопровождается гамма-излучением, поэтому зачастую в качестве защиты применяют многослойные экраны или растворы гидроксидов тяжелых металлов.

© 2019, «МЧС России»

Данный ресурс является частью межведомственной информационной системы по вопросам обеспечения радиационной безопасности населения и проблемам преодоления последствий радиационных аварий. Положение о системе

Радиационная защита — комплекс мероприятий, направленный на защиту живых организмов от ионизирующего излучения, а также, изыскание способов ослабления поражающего действия ионизирующих излучений; одно из направлений радиобиологии.

Содержание

Виды защиты от ионизирующего излучения [ править | править код ]

• физическая: применение различных экранов, ослабляющих материалов и т. п.
• биологическая: представляет собой комплекс репарирующих энзимов и др.

Основными способами защиты от ионизирующих излучений являются:

• защита расстоянием;
• защита экранированием:

• от альфа-излучения — лист бумаги, резиновые перчатки, респиратор;
• от бета-излучения — плексиглас, тонкий слой алюминия, стекло, противогаз;
• от гамма-излучения — тяжёлые металлы (вольфрам, свинец, сталь и пр.); гамма-излучение поглощается тем эффективнее, чем больший средний Z материалов, поэтому тонна свинца может быть эффективнее, чем тонна железа.
• от нейтронов — вода, полиэтилен, другие полимеры, бетон; по закону сохранения энергии нейтроны эффективно рассеивают энергию на лёгких ядрах, поэтому слой воды или полиэтилена для защиты от нейтронов будет гораздо эффективнее, чем той же толщины броневая сталь;

• защита временем;
• химическая защита.

Физическая защита (экранирование) [ править | править код ]

Толщина слоя заданного материала, уменьшающая уровень радиации в два раза, называется слоем половинного ослабления. Соотношение уровня радиации до и после защиты называется коэффициентом защиты.

С увеличением толщины слоя противорадиационной защиты количество пропущенной радиации падает экспоненциально. Так, если слой половинного ослабления слежавшегося грунта составляет для гамма-излучения осколков деления 9,1 см, то насыпь толщиной 91 см (типичная насыпь над противорадиационным убежищем) уменьшит количество радиации в 2 10 , или 1024 раза.

Показатель поглощения (стоящий в экспоненте), зависит от энергии. Например, слой половинного ослабления для излучения цезия-137 во много раз меньше, чем для излучения кобальта-60.

В таблице ниже указаны характеристики слоя половинного ослабления гамма-излучения осколков деления некоторых материалов (в единицах системы СГС) [1] :

Химическая защита от радиации [ править | править код ]

Химическая защита от ионизирующего излучения — это ослабление результата воздействия излучения на организм при условии введения в него химических веществ, называемых радиопротекторами.

Владельцы патента RU 2366010:

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано для изготовления строительных деталей, изделий и конструкций, предназначенных для защиты от ионизирующих излучений. Сущность изобретения: радиационно-защитный материал состоит из заполнителя в виде свинцовой дроби, наполнителя в виде чугунной дроби с диаметрами соответственно 3 мм и 1,0-1,5 мм и связующего вещества. Это вещество включает основные ингредиенты, в качестве которых используют порошок магнезиальный и акустический, водный раствор хлористого магния, и модифицированную добавку, содержащую хлорид трехвалентного металла, смесь триглицеридов жирных кислот и метилцеллюлозу. Вышеуказанные компоненты материала находятся в следующем соотношении, мас.%: порошок магнезиальный акустический 9-11; водный раствор хлористого магния 4,3-5,5; хлорид трехвалентного металла 0,1-0,5; смесь триглицеридов жирных кислот 0.1-0,3; метилцеллюлозу 0,015-0,020; наполнитель (чугунная дробь с диаметром 1,0-1,5) 5-10; заполнитель остальное. Запатентованное вещество повышает коэффициент линейного ослабления гамма-излучения на 8,2-10%, прочность при сжатии – на 20-30% при сохранении высоких показателей по водо- и морозостойкости. 1 табл.

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано для изготовления строительных деталей, изделий и конструкций, предназначенных для защиты от ионизирующих излучений.

Известен радиационно-защитный материал, в котором в качестве заполнителя используют марганцевые ферросплавы, а в качестве связующего вещества – цемент и тетраборат натрия при заданных соотношениях компонентов. Способ получения его заключается в смешении заполнителя и связующего, формировании полученной смеси с последующим полусухим прессованием, термообработкой (105-110°С) и обжигом (700-800°С) в течение 12-36 часов (Патент РФ 2285303 по кл. МПК G21F 1/06 от 24.11.2004, БИ №28).

Известный материал обладает высокими прочностными характеристиками: предельная прочность при сжатии – до 54 МПа, предельная прочность при изгибе – до 13 МПа. Существенным недостатком этого изобретения является низкий коэффициент линейного ослабления γ-лучей (0.163-0.169 см -1 ). Кроме того, технология получения материала, включающая этапы прессования, термообработки, длительного обжига, достаточно сложна: ее нельзя использовать для получения изделий сложных конфигураций и массогабаритных конструкций.

Наиболее близким к изобретению является особо тяжелый бетон для защиты от воздействия ионизирующих излучений, имеющий следующий состав, мас.%:

В качестве связующего вещества используют серу, а в качестве модифицирующей добавки – сажу и парафин (Патент РФ 2294029 по кл. МПК G21F 1/00, С04В 28/36 от 02.06.2003, БИ №5 (прототип)).

Изготовление бетона включает операции:

– плавление серы при температуре 150-160°С;

– отдельное нагревание наполнителя при 140-150°С;

– перемешивание смеси наполнителя с расплавленной серой;

– нагревание заполнителя до 140-150°С и перемешивание его с приготовленной смесью;

– выдержку полученной смеси при 150-160°С в течение 15 минут;

– укладывание смеси в формы и вибрирование 10-15 с.

Этот материал имеет коэффициент линейного ослабления γ-излучения, равный 0.490-0.495 см -1 , коэффициент влагостойкости равен 1, а морозостойкости – F 200.

Однако материал обладает низким пределом прочности при изгибе из-за наличия в нем серы и низкой трещиностойкостью. Технология получения материала сложна, она включает этапы раздельного нагревания компонентов и приготовление смеси в расплавленной сере, работы с расплавами серы – химически вредное производство.

Кроме того, известны связующие вещества, в качестве основных ингредиентов которых используют порошок магнезиальный каустический и водный раствор хлористого магния, а также модифицирующие добавки (Каминскас А.Ю. Технология строительных материалов на магнезиальном сырье. Вильнюс, 1987, с.344).

Однако применение магнезиальных связующих веществ ограничено ввиду их низкой водостойкости, что не позволяет использовать их и при создании радиационно-защитных материалов.

Задачей изобретения является повышение коэффициента линейного ослабления γ-излучения, прочности материала при сохранении его водо- и морозостойкости.

Это достигается тем, что в радиационно-защитном материале, содержащем заполнитель в виде свинцовой дроби, наполнитель, связующее вещество, включающее основные ингредиенты и модифицирующую добавку, в нем модифицирующая добавка состоит из хлорида трехвалентного металла, смеси триглицеридов жирных кислот и метилцеллюлозы при следующем соотношении компонентов материала, мас.%:

при этом наполнитель выполнен в виде чугунной дроби с диаметром 1.0-1.5 мм.

Хлорид трехвалентного металла и смесь триглицеридов жирных кислот препятствуют проникновению воды в магнезиальную массу вещества, обеспечивая высокую водо- и морозостойкость материала.

При введении модифицирующей добавки в эту магнезиальную вяжущую массу протекает реакция гидролиза хлорида трехвалентного металла с образованием труднорастворимых основных солей, а триглицериды жирных кислот создают вокруг их гидрофобную оболочку. Эти ассоциированные образования закупоривают капилляры и поры магнезиальной массы, препятствуя проникновению в нее воды.

Метилцеллюлоза выполняет в веществе стабилизирующую и водоудерживающую функцию.

Радиационно-защитный свинцовый заполнитель в виде свинцовой дроби с диаметром 3 мм и чугунный наполнитель, выполненный в виде дроби с диаметром 1.0-1.5 мм, позволили создать массу со средней плотностью от 8000 до 11000 кг·м -3 , обеспечивающей высокий коэффициент линейного ослабления ионизирующего излучения. Кроме того, чугунный наполнитель выполняет армирующую функцию, повышая прочность материала. Это обусловлено тем, что магнезиальное вяжущее вещество имеет более высокую адгезию к чугуну по сравнению с адгезией к свинцу.

При получении радиационно-защитного материала в качестве связующего вещества используют порошок каустического магнезита, ГОСТ 1216-87 «Порошки магнезиальные каустические», с долей активного оксида магния в нем от 0.80 до 0.95, солевой ингредиент в виде водного раствора технического хлористого магния, ГОСТ 7759-73 «Магний хлористый технический», с плотностью 1.19-1.3 г·см -3 и модифицирующую добавку, состоящую из хлорида трехвалентного металла, смеси триглицеридов жирных кислот и метилцеллюлозы. Модифицирующую добавку получают путем смешения хлорида трехвалентного металла в количестве 0.1-0.5, смеси триглицеридов жирных кислот в количестве 0.1-0.3, в качестве которых используют, например, триглицериды рицинолевой, пальметиновой и стеариновой кислот, и метилцеллюлозы в количестве 0.015-0.020 от общей массы материала.

При этом количества триглицеридов указанных кислот находятся в соотношении:

от общей массы триглицеридов. Эти триглицериды являются основными ингредиентами многих растительных масел, что позволяет использовать их в модифицирующей добавке. Наполнитель и заполнитель выполнены в виде дроби соответственно из чугуна и свинца с диаметрами 1.0-1.5 мм и 3 мм.

Вначале перемешивают порошок магнезиальный каустический с долей активного магния 0.80-0.95 с водным раствором хлористого магния плотностью 1.19-1.30 г·см -3 до образования вяжущей массы. Затем в эту массу вводят модифицирующую добавку и перемешивают до ее равномерного распределения в массе. После чего в массу вводят наполнитель в виде чугунной дроби и заполнитель в виде свинцовой дроби заданных диаметров и перемешивают в смесителе в течение 10-15 минут. Далее из смесителя массу переносят в подготовленную форму для изготовления изделия той или иной конфигурации. Полученную массу отверждают в естественных условиях при комнатной температуре. За 1 сутки масса набирает прочность от 30 до 50% от максимального значения, а полный набор прочности происходит за 28 суток.

Настоящее изобретение поясняется конкретными примерами 1-3, которые не являются единственно возможными, но подтверждают получение заявленного технического результата.

Пример 1. Для изготовления радиационно-защитного материала массой 1000 кг берут 90 кг порошка каустического магнезита с долей активного магния 0.83, 43 кг водного раствора хлористого магния плотностью 1.19 г·см -3 , 1 кг хлорида трехвалентного металла, 1 кг смеси триглицеридов жирных кислот, 0.15 кг метилцеллюлозы, 50 кг чугунной дроби диаметром 1 мм и 815,85 кг свинцовой дроби диаметром 3 мм.

Вначале перемешивают порошок магнезиальный каустический с водным раствором хлористого магния до образования вяжущей сметанообразной массы. После чего в эту массу вводят модифицирующую добавку, полученную путем смешения 1 кг хлорида трехвалентного металла, 1 кг смеси триглицеридов жирных кислот, в качестве которой использовано растительное масло, и 0.15 кг метилцеллюлозы, и перемешивают в течение 5-10 минут. Далее в полученную массу вводят чугунный наполнитель и свинцовый заполнитель и перемешивают в смесителе в течение 10-15 минут. После чего эту массу переносят в форму для отверждения при комнатной температуре.

Технические характеристики радиационно-защитного материала представлены в таблице. Измерения коэффициента линейного ослабления γ-излучения проводились, как и в прототипе, при энергии квантов 1 МэВ.

Пример 2. Для изготовления радиационно-защитного материала массой 1000 кг берут 100 кг порошка каустического магнезита с долей активного магния 0.83, 49 кг водного раствора хлористого магния плотностью 1.24 г·см -3 , 2,5 кг хлорида трехвалентного металла, 2 кг смеси триглицеридов жирных кислот, 0.17 кг метилцеллюлозы, 100 кг чугунной дроби диаметром 1.30 мм и 746.33 кг свинцовой дроби диаметром 3 мм. Далее изготавливают радиационно-защитный материал по вышеописанной в примере 1 технологии.

Пример 3. Для изготовления радиационно-защитного материала массой 1000 кг берут 110 кг порошка каустического магнезита, 55 кг водного раствора хлористого магния плотностью 1.30 г·см -3 , 5 кг хлорида трехвалентного металла, 3 кг смеси триглицеридов жирных кислот, 0.2 кг метилцеллюлозы, 150 кг чугунной дроби диаметром 1.5 мм и 676.8 кг свинцовой дроби диаметром 3 мм. Далее изготовление материала осуществляют аналогично вышеописанной технологии.

Сопоставление описанного технического решения и прототипа показывает, что созданный материал по величине коэффициента линейного ослабления γ-излучения превосходит прототип на 8.2-10.1%, а по прочности при сжатии – на 20-30%, материал трещиноустойчив, нехрупок и сохраняет высокие показатели по водо- и морозостойкости. Технология получения материала проста и является экологически чистой.

Радиационно-защитный материал, содержащий заполнитель в виде свинцовой дроби, наполнитель, связующее вещество, включающее основные ингредиенты и модифицирующую добавку, отличающийся тем, что модифицирующая добавка состоит из хлорида трехвалентного металла, смеси триглицеридов жирных кислот и метилцеллюлозы при следующем соотношении компонентов материала, мас.%: