27 июля 2020

Свойства и применение радиационно-защитных материалов серии Абрис®

Завод герметизирующих материалов

В настоящее время источники ионизирующих излучений широко используются в различных сферах деятельности человека. В АЭС источниками ионизирующих излучений являются ядерный реактор, трубопроводы  и технологическое оборудование системы охлаждения реактора, отработавшее ядерное топливо, радиоактивные отходы, образующиеся при эксплуатации АЭС. Значительными по размерам источниками ионизирующих излучений являются хранилища отработанного ядерного топлива. В оборудовании атомных электростанций, ядерных энергетических установок, термоядерных реакторов и ускорителей заряженных частиц полимерные материалы широко используются в качестве изоляционных и защитных материалов проводов и кабелей, а резины – в качестве уплотнителей. Потенциальную угрозу жизни и здоровью людей создает не только ядерное оружие и объекты атомной энергетики, но и медицинские, научные, промышленные и другие источники ионизирующих излучений. На территории России в организациях, использующих источники ионизирующих излучений, работают более 220 тысяч человек персонала категорий «А» и «Б» [Онищенко Г.Г., 2008].

Среди всех источников ионизирующего излучения, влияющих на человека, медицинские занимают лидирующее положение.  В годовой коллективной дозе облучения населения Российской Федерации на долю медицинского облучения приходится около 30%. Медицинское облучение имеет целый ряд особенностей, усугубляющих его действие: оно характеризуется высокой мощностью дозы излучения, на несколько порядков превышающей природное облучение; направлено на больной или ослабленный организм [1].  Защита от воздействия излучений  является одной из наиболее значимых и актуальных  проблем гигиены и экологии.

Для того чтобы избежать или свести к минимуму вредное воздействие излучения на человека  в настоящее время в медицинской практике для устройства защиты используется  главным образом  листовой свинец, баритовая штукатурка, рентгенозащитная резина на основе свинца,  смеси концентратов оксидов редкоземельных элементов или вольфрама и т.д. Ограничения на возможность и целесообразность применения для защиты от рентгеновского излучения листового свинца накладывают такие его свойства, как мягкость, текучесть, сложность обработки, токсичность.

Для эффективной защиты баритовой штукатуркой требуется нанесение толстого (до 60-120мм) слоя в несколько этапов, при этом каждый слой требует времени для его просушки, а также все нанесенные слои должны закрываться от сквозняков и холода и выдерживаться в таком состоянии не менее 7 дней, что приводит к существенному увеличению материалоемкости и стоимости работ.

Специалистами ООО “ЗГМ” разработан  материал радиационно-защитный Абрис РЗ ТУ6990-012-52471462-2009, предназначенный для применения в качестве средства радиационной защиты конструкций зданий и сооружений от ионизирующих излучений; защиты радиационной техники медицинского и промышленного назначения от жесткого излучения. Материал радиационно-защитный Абрис® РЗ  представляет собой композицию на основе полимерного связующего, наполнителя, пластификатора и технологических добавок. [2].   В качестве наполнителя используется барит или  вольфрам. Технические характеристики радиационно-защитного материала Абрис®РЗ представлены в таблице  1, 2, 3.

 

Таблица 1. Марки радиационно-защитного материала Абрис®РЗ

п/п

Наименование продукции

                  Внешний вид

Назначение продукции

1

Абрис®РЗск -ЛБ

самоклеящаяся лента, покрытая с двух сторон антиадгезионным материалом

изоляции потолков и стен

2

Абрис®РЗНК -ДБ

несамоклеящаяся деталь,покрытая с двух сторон прокладочным материалом

Изоляция поверхности

3

Абрис®РЗск-нк-ДБ

самоклеящаяся комбинированная деталь,состоящая из двух и более слоев самоклеящегося и несамоклеящегося материалов Абрис РЗСК и Абрис РЗНК,   покрытой с клеевой стороны  антиадгезионным материалом, с неклеевой — прокладочным материалом

Изоляция поверхности

4

Абрис®РЗск/Pb-ДБ

самоклеящаяся комбинированная деталь,  с внутренним армированием свинцовой пластиной, покрытая с двух сторон антиадгезионным материалом

Изоляция поверхности

5

Абрис®РЗск-нк/Pb-ДБ

несамоклеящаяся комбинированная деталь,  состоящая из свинцовой пластины самоклеящегося слоя и несамоклеящегося слоя

Изоляция поверхности

6

Абрис®РЗск-Ш

самоклеящийся шнур, покрытый с двух сторон антиадгезионным материалом

Используется как вспомогательный материал для прокладки стыков деталей и при изоляции углов.

                         

Таблица 2. Типоразмеры выпускаемой продукции

Геометрические размеры

      Абрис®РЗск -ЛБ

Абрис®РЗск - Ш

Абрис®РЗнк  – ДБ, Абрис®РЗск-нк - ДБ, Абрис®РЗск/Pb - ДБ

1

Ширина, мм

10,0 - 250

-

до 500

2

Длина, мм

3-60

           0,5-60

По требованию заказчика

3

Толщина, мм

1,5 - 12

-

2-12

4

Диаметр, мм

-

1,7- 40

-

 

Материал  Абрис®РЗ  может поставляться заказчику в виде комплекта деталей требуемой толщины, ширины и длины. В этом случае нанесение материала происходит без резки его по длине и ширине, что приводит к безотходному и быстрому нанесению покрытия.

 

Таблица 3. Физико-механические свойства материала радиационно-защитного Абрис® РЗ

п/п

Наименование показателя

Модификация  материала радиационно-защитного

Абрис® РЗCК

(ЛБ, Ш)

Абрис® РЗНК

(ДБ)

Абрис® РЗСК-НК

(ДБ)

Абрис® РЗСК/Pb

(ДБ)

1

Прочность связи с металлом при отслаивании, Н/м, не менее

 

400

 

-

 

400

 

400

2

Прочность связи с бетоном при отрыве, МПа,  не менее

 

0,1

 

-

 

0,1

 

0,1

3

 

 

 

 

 

 

 

 

Свинцовый эквивалент,

 мм Pb (при  U=100 кВ)

в толщине материала:

- 2 мм

 - 4,7мм (армирование свинцовой пластиной h=0,7мм)

 

- 12мм

 

 

 

0,34

 

-

 

-

 

 

 

 

0,34

 

-

 

-

 

 

 

-

 

-

 

1,4

 

 

 

-

 

1,1

 

-

 

4

Свинцовый эквивалент (для гамма-излучения с энергией      0,661 МэВ), мм Pb,  в толщине образца:

- 6 мм

- 100 мм

 

 

0,76

11

 

 

 

Конкурентные преимущества материал Абрис® РЗ:

  • безопасность, полное отсутствие свинца и его соединений;
  • надежные защитные свойства (6 мм материала Абрис® РЗ эквивалентны 1 мм свинца при напряжении на анодной трубке 100 кВ);
  • надежность изоляции  поверхностей сложной конфигурации, криволинейных поверхностей и мест примыканий различных  конструктивных элементов помещения за счет пласто-эластичных свойств материала;
  • возможность регулирования толщины защитного покрытия путем послойного наложения материала;
  • возможность изготовления лент и деталей  требуемого размера по толщине, ширине и длине;
  • легкость механической обработки (резки в размер, крепления).

Специалистами ООО “ЗГМ” разработана «Технология устройства и ремонта защиты помещений от рентгеновского излучения» [3].   Типовая конструкция защитного покрытия представлена на рис.1

В зависимости от свинцового эквивалента защиты помещения, указанного в техническом задании, рассчитывается толщина изолирующего покрытия материалами Абрис® РЗ, учитывая его свинцовый эквивалент для данных условий эксплуатации. По результатам расчета выбирается вариант конструкции защитного покрытия.

Рис. 1. Схема типовой конструкции защитного покрытия.

                                  1-  существующая строительная конструкция;
                                  2 - праймер Абрис® Рп или  Абрис® ВРП;
                                  3 - материал Абрис® РЗ;
                                  4 - технический коридор;
                                  5 – фальш-стена.

Получена лицензия Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека на проектирование, конструирование, изготовление средств радиационной защиты источников ионизирующего излучения (лицензия  № 77.99.15.002.11.000026.02.10 от 05.02.2010).

Радиационная обстановка в помещении складывается из природного радиационного фона и излучения объектов, созданных человеком.  Источниками поступления радона в воздух помещений являются почва под зданием, материалы строительных изделий и конструкций, наружный воздух, вода и природный газ, используемые в хозяйственно-бытовых целях. Однако в большинстве случаев основными источниками поступления радона в воздух помещений являются грунты под зданием и материалы строительных конструкций [4]. Радон особенно активно выделяется в так называемых «зонах разломов», которые представляют глубокие трещины в верхней части земной коры.  Наиболее экономичными и эффективными мероприятиями по снижению радона в воздухе зданий считаются так называемые пассивные методы, направленные на изоляцию источника поступления радона в здания. Радонозащитные характеристики некоторых сред по данным [5] и герметизирующего материала Абрис С, прошедшего испытания в ФГУН НИИРГ имени профессора П.В. Рамзаева г. С-Петербург, представлены в таблице 3. Радонозащитные характеристики материалов серии Абрис представлена в табл.4

 

 Таблица 4. Радонозащитные характеристики  различных материалов.

         Материал (среда)

   Коэффициент диффузии

   радона  D, см 2/с

  Длина диффузии

   радона  l , см

       Воздух

       Вода

       Бетоны тяжелые

       Бетоны легкие

       Кирпич

Герметик Абрис® С-ЛБ 250х2

             1,0  х  10-1

             1,0  х  10-5

             3,5  х  10-4

             1,4  х  10-3

             4,7  х  10-4

             0,42 х 10-6

               75,00

                0,75

                4,30

                8,60

                5,00

                0,15             

 

Эффективность снижения потока радона герметизирующим материалом Абрис® С в толщине 2мм значительно выше, чем для бетонов, кирпича и воды. Длина диффузии радона в материале Абрис® С в 30 раз меньше, чем длина диффузии радона в тяжелых бетонах и в 5 раз ниже, чем в воде. Свойства радонозащиты заключены в высокой газонепроницаемости герметизирующих материалов серии Абрис®, основой которых является бутилкаучук. Герметизирующий материал Абрис® С рекомендован для применения при выполнении противорадоновой защиты в качестве радоноизолирующей мембраны при устройстве фундаментных плит, стен и перекрытий подвалов зданий и в качестве уплотнения швов, стыков и технологических проемов строительных конструкций.

Для оценки возможности применения материала Абрис® РЗ в области атомной энергетики УрФУ им. Б.Н. Ельцина выполнялись тестовые исследования  радиационно-защитных характеристик материала Абрис® РЗ   для ряда крайних (низких и высоких) энергий излучения:. высокоэнергетического гамма-излучения ( источник Cs-137- 0,661 МэВ),  низкоэнергетического гамма-излучение (источник Am-241 – 60 кэВ), тепловых нейтронов (источник Pu-Be) и быстрых нейтронов (надкадмиевая область Pu-Be). Исследования проводились в условиях  широкого и узкого пучков гамма-излучения с использованием аттестованных приборов ДСК-96, ДРБП-03. Результаты тестовых исследований представлены в таблицах  5-10. [6]

 

Таблица 5. Высокоэнергетическое гамма излучение

(источник Cs-137- 0,661 МэВ),  прибор ДКС-96

Толщина защиты

Н,

мкЗв/ ч

Погрешность, d, мкЗв/ ч

Коэффициент линейного ослабления, 1/см

открытый

107,42

0,4714

 

L= 0.6 см

96,15

0,0816

0,18468

L= 0.85 см

96,717

0,0577

0,12345

L= 1.7 см

86,983

0,2055

0,12412

 

Таблица 6. Высокоэнергетическое гамма излучение

(источник Cs-137- 0,661 МэВ),  прибор ДРБП-03

Толщина защиты

Коэффициент линейного ослабления, (узкий пучок)

1/см

Коэффициент линейного ослабления, (широкий пучок)

1/см

L= 1.7 см

0,12704

0,11383

 

Материал Абрис РЗ толщиной 1,7 см соответствует слою свинца 1,8 мм

 

Таблица 7. Низкоэнергетическое гамма излучение (источник Am-241)- 60 кэВ.

Толщина защиты

Н, мкЗв/ ч

мкЗв/ ч

Коэффициент линейного ослабления, 1/см

открытый

21,793

0,471

 

L= 0.85 см

0,3433

0,0125

4,88313

L= 1.7 см

0,0367

0,00002

3,75735

 

Материал  Абрис РЗ толщиной 1,7 см соответствует слою свинца 1,3 мм.

 

Таблица 8. Тепловые нейтроны (источник Pu-Be).

Толщина защиты

Ф, н/см2 с

Погрешность

d, н/см2 с

Макроскопическое сечение  выведения, 1/см

Длина релаксации,

см

открытый

131,713

4,5134

 

 

L= 0.6 см

92,34

4,2992

0,59191

1,7

L= 1.7 см

74,967

5,9078

0,33151

3

 

Таблица 9.  Быстрые нейтроны (надкадмиевая область Pu-Be).

Измерения по ослаблению потока нейтронов. Фон   3,06   1/см2 с

Толщина защиты

Ф, н/см2 с

(пр+б)

н/см2 с

Макроскопическое сечение

 выведения, 1/см

Длина релаксации,

см

 открытый

214,19

9,8718

 

 

  L= 0.6 см

189,23

9,50626

0,2065

5,8

 L= 1.7 см

168,54

6,16421

0,14099

9

 

Таблица 10. Измерения по ослаблению мощности дозы.

Толщина защиты

Н, мкЗв/ч

(пр+быстр)

Погрешность,

d, мкЗв/ч

Макроскопическое сечение

 выведения, 1/см

 открытый

293,6

8,66429

 

  L= 0.6 см

264,74

10,9945

0,17245

 L= 1.7 см

243,378

10,2789

0,11035

Проведенные тестовые исследования для ряда крайних (низких и высоких) энергий излучения показали, что материал Абрис® РЗ обладает достаточно высокой степенью ослабления гамма-излучения, возрастающей с падением энергии гамма квантов, достаточно высокой степенью ослабления потоков быстрых и особенно тепловых нейтронов, соизмеримой с ослабляющей способностью наиболее распространенных защитных материалов (полиэтилен). Технологические особенности материала (эластичность, возможность разных способов нанесения, наличие клеящего слоя) являются предпосылками для возможностей использования его при ремонте и техническом обслуживании оборудования. Перспективным является возможность применения его в технологиях демонтажа радиоактивного оборудования, устройстве быстровозводимых противорадиационных укрытий.

Автор: Савченков Владимир Петрович — первый заместитель директора — главный специалист ООО «ЗГМ»