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.