Systems. Methods. Technologies 1 (37) 2018

Системы Методы Технологии. В.А Соколова и др. Использование железо-водных … 2018 № 1 (37) с. 94-99 95 tron-protective materials. To date, most studies have been tasked to assess the change in the properties of wood under the influence of ionizing radiation. One of the directions of the present work is to consider the inverse problem: not the evaluation of changes in wood, but the study of the attenuation of neutron and gamma radiation when encountering protection from wood, both natural and modified by compaction and (or) impregnation. The investigated wood-iron mixture can be used as an alternative material for the hydrogen- containing component of the biological protection of the nuclear power plant. Key words: protective material; neutron radiation; iron-water mixtures; wood-iron mixtures. Введение Основное назначение защиты от излучений ядерной энергетической установки (ЯЭУ) заключается в ослаб- лении потоков нейтронного и гамма-излучения, обра- зующихся в активной зоне реактора и других элемен- тах оборудования установки, до уровней, безопасных для здоровья человека [1]. Чтобы эффективно выпол- нять эти функции, защитный материал должен удовле- творять определенным ядерно-физическим требовани- ям, а именно: быть хорошим замедлителем быстрых нейтронов, иметь большое сечение поглощения тепло- вых нейтронов (при этом захват нейтронов не должен сопровождаться образованием жесткого гамма- излучения) и, наконец, быть хорошим поглотителем гамма-излучений [2]. Таблица 1 Преимущества и недостатки воды и древесины как элементов биологической защиты от нейтронов Вода Древесина Преимущества Недостатки Преимущества Недостатки Дешевизна Текучесть Дешевизна Пожаро- безопас- ность Доступность Доступность Высокая концентрация H Высокая концентрация H Пожаробезо- пасность Нетекучесть Совокупности этих требований не удовлетворяет ни одно из известных веществ. Если элементы с большим атомным весом (A˃50) являются хорошими поглотите- лями гамма-излучения и замедлителями быстрых ней- тронов энергии выше порога неупругого рассеяния (E~ 0,5–0,8 МэВ), то в области ниже этого порога процесс замедления более эффективен на ядрах легких элемен- тов, особенно на водороде. Захват тепловых нейтронов ядрами большинства элементов сопровождается обра- зованием высокоэнергетичных гамма-квантов, что соз- дает дополнительные трудности при создании защиты от излучений ЯЭУ. Из сказанного следует, что защита от излучений должна состоять из материалов, включающих легкие и тяжелые элементы. Кроме того, в состав защиты часто вводят вещества, поглощающие тепловые нейтроны при малом выходе жестокого гамма-излучения (бор, литий). Помимо вышеперечисленных требований материа- лы защиты должны: – допускать простой монтаж, легко поддаваться ре- монту и замене; – быть огнестойкими и не выделять ядовитых газов при повышении температуры; – не оказывать коррозийного действия на металли- ческие конструкции, быть химически инертными к среде, в которой находятся. Кроме того, материалы, используемые в первичной защите (вблизи активной зоны реактора), должны об- ладать высокой радиационной стойкостью, т. е. их свойства не должны изменяться в течение времени эксплуатации установки. Древесина является водосодержащими материалом, допускающим введение в ее объем бора или веществ, содержащих бор. При этом конструкционные свойства, высокая технологичность производства и дешевизна изготовления элементов практически любых форм и размеров позволяет рассматривать древесину как воз- можный материал биологической защиты. Однако, анализируя литературные источники, мож- но сделать вывод о том, что древесина и древесные материалы не только не используются, но и не рас- сматриваются как защитные [3–10]. До настоящего времени большинство исследований имели задачу оценки изменения свойств древесины под воздействием ионизирующих излучений. Целью настоящих исследований является не оценка изменений в древесине, а исследование ослабления ней- тронного и гамма-излучения при встрече с защитой из древесины — как натуральной, так и модифицированной уплотнением и (или) пропиткой [10–20]. Методика исследований. Объектами исследований стали образцы защитного материала, собранного из двух пластин — железной и деревянной. Толщина об- разцов в направлении ионизирующего излучения со- ставляла от 30 до 100 нм, энергия излучения — от 0,4 эВ до 10 МэВ. В ряде опытов исследовалась как натуральная, так и уплотненная борированная древеси- на с плотностью 1,2 г/см 3 . Результаты исследования. В табл. 1 приведены результаты анализа воды и древесины как элементов биологической защиты. Анализ рис. 1 и 2 показывает, что зависимость из- менения плотности потоков нейтронов разных групп (разных энергий) от толщины материала защиты ана- логична для воды и древесины. Вследствие этого, по аналогии с железо-водными защитами, были проведены расчеты дерево-железных защитных смесей, результаты которых представлены на рис. 3 и 4.