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 РЗexternal link, opens in a new tab 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»
