Магнезиально-баритовые строительные материалы
Наиболее простым и технологичным способом защиты от излучений является применение минеральных растворных смесей для устройства экранирующих полов и штукатурной отделки стен и потолков.
При выборе строительного материала для защиты от излучений должны быть тщательно взвешены все технико-экономические показатели имеющихся на строительном рынке материалов.
К материалам, применяемым для устройства защиты, предъявляются определенные требования:
- высокая плотность материала для устройства защитных покрытий возможно меньшей толщины с сохранением эффективной защиты от гамма-излучений;
- высокое содержание водорода в составе материала для замедления нейтронов, например, в виде химически связанной воды;
- минимальная усадка материала для исключения появления усадочных трещин;
- высокая огнестойкость;
- водонепроницаемость и газонепроницаемость.
Кроме того, защитные материалы должны быть безвредными для здоровья людей, экономичными и удобоукладываемыми. Универсального материала, отвечающего всем этим требованиям, не существует.
В СанПиН 2.6.1.1192-03 « Радиационная безопасность. Гигиенические требования к устройству и эксплуатации рентгеновских кабинетов, аппаратов и проведению рентгенологических исследований» рекомендуется для помещений, в которых находятся источники радиоактивных излучений, использовать для отделки стен, полов и потолков кроме стали, обычный бетон, баритобетон, пенобетон и т.д., то есть материалы, приготовленные на портландцементе. Наибольшее распространение для целей защиты от излучений получили баритовые бетоны.
Соответствующие свинцовые эквиваленты для баритобетона приведены в таблице 3.
Свинцовые эквиваленты строительных материалов, используемых для защиты от рентгеновского излучения (СанПиН таблица № 3)
Материал |
Плотность, г/см3 |
Толщина свинца, мм |
Эквивалентная толщина материала (мм) при напряжении на рентгеновской трубке (кВ) |
50 |
60 |
75 |
100 |
125 |
150 |
180 |
200 |
220 |
250 |
Баритобетон, штукатурка |
2,7 |
0,5 |
18 |
— |
10 |
5 |
— |
8,5 |
— |
11 |
— |
12 |
1 |
36 |
— |
20 |
11 |
— |
22 |
— |
25 |
— |
23 |
2 |
— |
— |
30 |
20 |
— |
38 |
— |
46 |
— |
45 |
3 |
— |
— |
59 |
29 |
— |
62 |
— |
68 |
— |
64 |
4 |
— |
— |
65 |
36 |
— |
90 |
— |
90 |
— |
75 |
6 |
— |
— |
— |
55 |
— |
20 |
— |
26 |
— |
116 |
8 |
— |
— |
— |
68 |
— |
156 |
— |
165 |
— |
140 |
10 |
— |
— |
— |
84 |
— |
188 |
— |
205 |
— |
165 |
Баритовый бетон имеет в среднем в полтора раза больший удельный вес, чем обычный бетон, и поэтому более эффективен для защиты от гамма-излучений. Высокое эффективное сечение захвата тепловых нейтронов обеспечивает большую эффективность баритового бетона и для защиты от нейтронного потока.
Как показывают исследования, приведенные в специальной отечественной и зарубежной литературе, например: «Л.Н. Комаровский. Строительные материалы для защиты от излучений ядерных реакторов и ускорителей. М. Атомиздат.1958 г.» баритовый бетон защищает эффективнее, чем обычный бетон, при использовании его от нейтронного потока средних и низких энергий. Однако, при высоких энергиях (более 90 Мэв) применение баритового бетона не дает преимуществ перед обычным бетоном.
Реальной альтернативой баритовому и обычному бетонам на цементном вяжущем, являются магнезиальные баритовые строительные материалы, разработанные ООО «АЛЬФАПОЛ», которые выпускаются в виде сухих строительных смесей (АЛЬФАПОЛ М – БАРИТ, АЛЬФАПОЛ ШТ – БАРИТ) и успешно применяются в отечественном строительстве. Использование защитных материалов на магнезиальном вяжущем позволяет значительно расширить спектр полезных характеристик. Эти материалы производятся из отечественного сырья – баритового концентрата и каустического магнезита. Магнезиальное вяжущее (более известное, как цемент Сореля) содержит в своем составе свыше 40% химически связанной воды (источника водорода) и является превосходным материалом для бетонной защиты реакторов (см. «Л.Н. Комаровский. Строительные материалы для защиты от излучений ядерных реакторов и ускорителей. М. Атомиздат.1958 г.», с. 71, рис. 10, с.72).
Исследованию и разработке материалов на магнезиальном вяжущем технологическая служба ООО «АЛЬФАПОЛ» посвятила более 17 лет. В 2005-2006 годах была проделана серьёзная исследовательская работа по объяснению и количественному описанию свойств магнезиальных материалов с точки зрения современных энергетических подходов («В.В. Зуев, Л.Н. Поцелуева, Ю.Д. Гончаров. Кристаллоэнергетика, как основа оценки свойств твердотельных материалов, включая магнезиальные цементы,. СПб,2006»). В этой работе был дан сравнительный анализ магнезиального и кальциево-силикатного цементов, рассчитаны для них энергетические характеристики и свойства, которые доказывают явное преимущество магнезиального цемента по сравнению с портландцементом по удельным массовым энергетическим параметрам Em и Wm (см. там же)
При сопоставимых плотностях бетонов (магнезиального и на портландцементе), магнезиальный бетон обладает заметными преимуществами по защите от гамма-излучений и по ослаблению потока нейтронов по сравнению с обычным бетоном. Необходимо также отметить, что при сравнимой конструкционной прочности, магнезиально-баритовый бетон имеет минимальную усадку, низкую водопроницаемость и газопроницаемость, является огнестойким и экологически безопасным. Неоспоримым достоинством магнезиальных материалов является быстрый темп набора прочности. Обычно в возрасте одних суток прочность бетона достигает 30-50 %, а в возрасте 7 суток 60-90 % от нормативного значения. К незаменимым качествам магнезиального баритового бетона и баритовой штукатурки следует отнести возможность уменьшения толщины слоя материала, с сохранением защитных (экранирующих) функций.
По результатам испытаний материалов, выпускаемых производственным предприятием АЛЬФАПОЛ для защиты от рентгеновского излучения, были определены свинцовые эквиваленты баритовой магнезиальной штукатурки и магнезиального баритобетона. В таблицах 1 и 2 приведены численные значения свинцовых эквивалентов этих материалов.
Табл. 1
Свинцовые эквиваленты АЛЬФАПОЛ ШТ-БАРИТ баритовой радиационно-защитной штукатурки
Свинцовый экв. |
Толщина штукатурки при напряжении на рентгеновской трубке (кВ |
75 кВ |
100 кВ |
125 кВ |
150 кВ |
1,0 мм. Pb |
9,11 |
8,01 |
12,6 |
17,5 |
2,0 мм. Pb |
15,5 |
17,5 |
27,5 |
39,0 |
3,0 мм. Pb |
25,3 |
26,8 |
42,7 |
61,5 |
4,0 мм. Pb |
28,7 |
36,1 |
58,5 |
85,3 |
Табл.2
Свинцовые эквиваленты АЛЬФАПОЛ М -БАРИТ барито-бетонный радиационно — защитный пол
Свинцовый экв. |
Толщина защитного пола при напряжении на рентгеновской трубке ( кВ ) |
75 кВ |
100 кВ |
125 кВ |
150 кВ |
1,0 мм. Pb |
9,63 |
8,29 |
12,5 |
17,4 |
2,0 мм. Pb |
15,0 |
17,3 |
27,3 |
38,9 |
3,0 мм. Pb |
24,0 |
26,5 |
42,6 |
61,4 |
4,0 мм. Pb |
27,5 |
36,0 |
58,4 |
85,2 |
Сравнение свинцовых эквивалентов баритобетона и магнезиальных баритовых материалов показывает значительные преимущества (двукратное уменьшение толщины защиты) магнезиальных баритовых материалов по сравнению с традиционным баритобетоном при использовании этих материалов для защиты от нейтронного потока средних и низких энергий (75 кВ). При высоких энергиях (более 100 кВ) применение магнезиально-баритового бетона по толщине защитного слоя не дает ощутимых преимуществ по сравнению с обычным бетоном, также, как и в случае с баритобетоном. Однако в этом случае строители получают существенные преимущества по расходу строительного материала. Например, расход сухой смеси для магнезиальной баритовой штукатурки приблизительно на 20% меньше по сравнению с барито-бетонной штукатуркой. Соответственно, уменьшается и стоимость материала.
Таким образом, уменьшение толщины защитного слоя и расхода сухой смеси с учетом других положительных качеств магнезиальных материалов является неоспоримым преимуществом применения магнезиальных баритовых материалов для защиты от радиоактивных излучений.