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.