Выбор компонентов

Сущность выбора компонентов для композитных материалов, в том числе радиационно-защитных, заключается в научно-обоснованном сокращении альтернатив, сформулированных посредством анализа технологий традиционных материалов, фундаментальных наук и практического опыта.

Выбор эффективных химических элементов, составов и основные принципы создания радиационно-защитных материалов

Выбор химических элементов.

Практика эксплуатации особо тяжелых и гидратных бетонов показывает, что эффективность таких материалов определяется сочетанием легких, средних и тяжелых элементов [2|. При выборе таких элементов необходимо учитывать как их защитные характеристики, так и доступность (объем добычи). Одним из возможных обобщенных критериев выбора химических элементов для радиационно-защитных материалов является:

где ру — коэффициент ослабления гамма-излучения; Хб — коэффициент выведения быстрых нейтронов; Хт — коэффициент выведения тепловых нейтронов; Кд — объем добычи элемента; а, — коэффициенты весомости; индексы «/'» и «э», соответственно, относятся к выбираемому и эталонному элементам.

Базами данных могут служить геологические сведения и физические свойства элементов, например приведенные в источниках [119; 120|. Для расчета по выражению (1) эталонными элементами выбраны; плутоний (при энергии гамма-излучения 0,5 МэВ — р? = 82,2 см-1; при энергии 1,0 МэВ — рг = 32,4 см-1; при энергии 2,0 МэВ — ру = 19,6 см-1), гадолиний (?,. = 49000 барн) и водород (Хб = 0,344 см-1). Анализ расчетных данных (рис. 10) показывает, что значения критерия эффективности имеют существенный разброс: большинство элементов имеют значение к^< 0,0001. Только 20 элементов обладают достаточно высокими значениями к^ (табл. 8).

Значения к^ дня некоторых элементов

Таблица 8

Значения к^

1,0-0,1

О

Т

р

о

0,01-0,001

0,001-0.0001

Н

С, N3, С1, Мп, Ре

N. О, А1, Б, К, Са. РЬ

В, Р Си, Сг, Тп, Ва. Б1

Также следует отметить, что распределение элементов по атомной массе соответствует основным положениям космохимии: наибольшее количество химических элементов относится к легким и средним элементам [ 1211.

Распределение элементов по эффективности

Рис. 10. Распределение элементов по эффективности

Анализ справочных данных (рис. 11) показывает, что радиационно-защитные свойства химических элементов для каждого вида излучения (кроме тепловых нейтронов) изменяются в зависимости от заряда ядра атома: с его увеличением эффективность зашиты от гамма-излучения возрастает, а коэффициент выведения быстрых нейтронов уменьшается.

Это вызывает естественные сложности при определении химического состава защитного композита. При использовании критерия вида Ц22]

эффективными элементами для зашиты от ионизирующего излучения являются: водород, свинец и кремний. При использовании критерия вида

эффективные элементы — кремний, хлор и марганец.

Зависимость эффективности защиты от порядкового номера

Рис. 11. Зависимость эффективности защиты от порядкового номера

элемента

Очевидно, что на основе только указанных элементов синтезировать защитный композит с высокими показателями эксплуатационных свойств затруднительно.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >