Смотровое радиационно-защитное окно

Изобретение относится к области защиты человека и окружающей среды от ионизирующих излучений, а именно к устройствам наблюдения с защитой наблюдателей. Смотровое радиационно-защитное окно включает металлический корпус стеклопакета. Внутри него расположен стеклопакет. Последний состоит из нескольких блоков стеклопластин. Каждый из блоков состоит из корпуса. В корпусе расположена как минимум одна стеклопластина. Она выполнена из стекла, содержащего SiO₂, K₂O, PbO и CeO₂. Радиационно-защитное окно дополнительно содержит жидкостной блок. Последний снабжен смотровыми стеклами, заполнен иммерсионно-защитной жидкостью и соединен с корпусом стеклопакета. Стекло стеклопластин дополнительно содержит P₂O₅,

В₂O₃, Al₂О₃, ВаО, Sb₂O₃ и Nb₂О₅. Иммерсионно-защитная жидкость представляет собой композицию из диметилсульфоксида, нитрата свинца, воды и формамида. Изобретение позволяет повысить радиационно-оптическую устойчивость, пропускающую способность в видимой области спектра, радиационно-защитные свойства и снизить общий вес. 1 ил.

 

Заявляемое смотровое радиационно-защитное окно относится к области защиты человека и окружающей среды от ионизирующих излучений, а точнее к устройствам наблюдения с защитой наблюдателей.

Наиболее эффективно оно может быть использовано в качестве смотрового радиационно-защитного окна, предназначенного для защиты от ионизирующих излучений при дистанционном проведении работ в радиационно-защитных камерах. Кроме того, указанное смотровое радиационно-защитное окно может быть использовано для наблюдений за объектами в облучательных установках технического и медицинского назначения, в машинах радиационно-химической разведки и т.п.

Известны окна рентгенозащитные смотровые (OOO «Рентген-Комплект», м. Автозаводская, 2-ой Кожуховский проезд, д. 29, корпус 5, «Окна защитные смотровые OPC», http://www.r-k.m/product/11_2.shtml), включающие металлический корпус, внутри которого расположен стеклопакет, состоящий из одной или двух стеклянных пластин толщиной 10 мм, выполненных из стекла ТФ-5 (свинецсодержащего силикатного «тяжелого флинта» ТФ5) со степенью защиты, эквивалентной защите слоя свинца толщиной в 2,5 и 5,0 мм, соответственно.

Недостатком известных рентгенозащитных смотровых окон является то, что они предназначены для использования только в рентгенозащитной технике и не пригодны для защиты от гамма-излучения или смешанного гамма-нейтронного излучения высокоактивных источников.

Известны смотровые радиационно-защитные окна (ОАО «Лыткаринский Завод Оптического Стекла», ОАО "ЛЗОС" 140080, г.Лыткарино, Мос. обл., Россия, ул.Парковая, д.1, «Смотровые окна радиационной защиты», http://www.lzos.ru/biorad_radwin.htm), включающие корпус окна, внутри которого расположен стеклопакет, состоящий из нескольких блоков из стекла ТФ-5 и стекол К-108 и К-208 (бессвинцовых «кроновых» радиационно-стойких стекол серии К), причем стеклопакет может состоять из одной или более пластин из стекла ТФ-5, одной или более пластин из стекла К-108 и одной или более пластин из стекла К-208. Пропускающая способность в видимой области спектра у известных радиационно-защитных окон составляет не более 80%.

Недостатками известных смотровых радиационно-защитных окон являются:

- пониженная радиационно-оптическая устойчивость, определяемая повышенным приращением оптической плотности стекол ТФ-5, К-10 8 и К-208 под воздействием ионизирующего излучения;

- пониженные радиационно-защитные свойства, обусловленные тем, что стекло ТФ-5 обладает пониженным уровнем защиты от ионизирующего излучения, а также то, что в стеклопакете известных смотровых радиационно-защитных окон стекло ТФ-5 используется в комбинации со стеклами К-108 и К-208, уступающими по уровню защиты от ионизирующего излучения стеклу ТФ-5, т.е. стеклопакет, состоящий, например, из одной пластины стекла ТФ-5, одной пластины стекла К-108 и одной пластины стекла К-208, по уровню защиты от ионизирующего излучения будет уступать стеклопакету, состоящему из трех пластин стекла ТФ-5;

- пониженная пропускающая способность в видимой области спектра (коэффициент светопропускания пластин стекла - не более 80%).

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является смотровое радиационно-защитное окно (МЕЖДУНАРОДНЫЙ ИННОВАЦИОННЫЙ ЦЕНТР ООО «МИЦ «Архимед» Россия, 105187, Москва, ул.Щербаковская, 53, корп.В, Каталог 2006 г. Химическая промышленность, №29, http://www.archimedes.ru/catalog06r.php?RUB=07&YR=06 ФГУП «ГНЦ РФ НИИАР» (Федеральное государственное унитарное предприятие «Государственный научный центр Российской Федерации научно-исследовательский институт атомных реакторов»), Ледовских Н.М., Курунов Ю.И., Гордеев Я.Н., «Смотровое окно радиационно-защитной камеры»), предназначенное для установки в радиационно-защитной камере, включающее металлический (чугунный) корпус окна (фактически являющийся корпусом стеклопакета), внутри которого расположен стеклопакет, состоящий из нескольких блоков стеклопластин. Каждый блок стеклопластин состоит из корпуса блока (его наличие в блоках обязательно в соответствии с требованиями ГОСТ 23410-78 «Окна защитных боксов»), в котором расположена как минимум одна пластина из стекла ТФ («тяжелый флинт»), причем одна пластина стекла при толщине в 100 мм поглощает до 80% дозы излучения.

Стекла ТФ представляют собой стекла на основе SiO₂, K₂O; PbO и CeO₂ с содержанием PbO до 40 мол.%, причем SiO₂ и K₂O являются стеклообразующими и модифицирующими сетку стекла компонентами, PbO - основным поглощающим ионизирующее излучение компонентом, а добавки CeO₂ предназначены для предотвращения окрашивания стекла под воздействием ионизирующего излучения, ухудшающего его пропускающую способность в видимой области спектра. К стеклам ТФ относятся стекла марок ТФ1-ТФ8, ТФ10-ТФ13, ТФ101-ТФ108, ТФ110, причем минимальный коэффициент преломления для указанных стекол составляет 1.652, а максимальный - 1.814. Недостатками известного смотрового радиационно-защитного окна являются:

- пониженная радиационно-оптическая устойчивость, определяемая повышенным приращением оптической плотности стекол ТФ под воздействием ионизирующего излучения;

- пониженная пропускающая способность в видимой области спектра из-за наличия исходной желтой окраски у стекол типа ТФ, обусловленной интенсивным поглощением света ионами свинца в синей и ближней ультрафиолетовой областях спектра;

- пониженные радиационно-защитные свойства стекол ТФ;

- повышенный общий вес, обусловленный повышенной плотностью стекол ТФ;

- ограниченная область применения, обусловленная тем, что известное смотровое радиационно-защитное окно не обеспечивает защиты от нейтронного излучения. Техническим результатом заявляемого смотрового радиационно-защитного окна является устранение недостатков прототипа, заключающееся в:

- повышении его радиационно-оптической устойчивости;

- повышении его общей пропускающей способности в видимой области спектра;

- повышении его радиационно-защитных свойств;

- снижении его общего веса;

- расширении области его применения.

Указанный технический результат обеспечивается за счет того, что заявляемое смотровое радиационно-защитное окно включает:

- металлический корпус стеклопакета;

- стеклопакет, состоящий из нескольких блоков стеклопластин, каждый из которых состоит из корпуса блока, в котором расположена как минимум одна пластина стекла;

- жидкостной блок, снабженный смотровыми стеклами и заполненный иммерсионно-защитной жидкостью, причем

- стеклопакет расположен внутри корпуса стеклопакета;

- жидкостной блок соединен с корпусом стеклопакета;

- каждая из стеклопластин выполнена из стекла состава (мас.%):

Р2O5	40-42
В2O3	0.1-0.2
PbO	49.0-51.0
Al2O3	0.1-3.0
K2O	1.0-2.0
BaO	0.5-2.0
CeO2	0.1-0.8
Sb2O3	0.1-1.5
Nb2O5	0.1-0.5,

- а иммерсионно-защитная жидкость представляет собой композицию состава (мас.%):

диметилсульфоксид	42-46
нитрат свинца	36-38
вода	7-10
формамид	8-12

Отличительными признаками заявляемого смотрового радиационно-защитного окна являются:

- то, что радиационно-защитное окно дополнительно содержит жидкостной блок, снабженный смотровыми стеклами, заполненный иммерсионно-защитной жидкостью и соединенный с корпусом стеклопакета;

- то, что стекло, из которого выполнены стеклопластины, дополнительно содержит Р₂O₅, В₂О₃, Al₂О₃, ВаО, Sb₂O₃ и Nb₂O₅, при следующем содержании компонентов (мас.%):

Р2O5	40-42
В2O3	0.1-0.2
PbO	49.0-51.0
Al2О3	0.1-3.0
K2O	1.0-2.0
BaO	0.5-2.0
CeO2	0.1-0.8
Sb2O3	0.1-1.5
Nb2O5	0.1-0.5,

- а иммерсионно-защитная жидкость представляет собой композицию состава (мас.%):

диметилсульфоксид	42-46
нитрат свинца	36-38
вода	7-10
формамид	8-12

Заявляемое смотровое радиационно-защитное окно (в варианте с 6 блоками стеклопластин, каждый из которых содержит одну пластину) иллюстрируется чертежом.

Заявляемое смотровое радиационно-защитное окно состоит из металлического корпуса стеклопакета 1, блоков стеклопластин 2, каждый их которых состоит из корпуса блока 3 и стеклопластины 4, жидкостного блока 5, снабженного смотровыми стеклами 6 и заполненного иммерсионно-защитной жидкостью 7.

Смотровое радиационно-защитное окно устанавливают таким образом, чтобы металлический корпус стеклопакета 1 был расположен в оконном проеме стенки радиационно-защитной камеры, а жидкостной блок 5 выступал за пределы радиационно-защитной камеры со стороны операторской, затем жидкостной блок 5 заполняют иммерсионно-защитной жидкостью 7, после чего смотровое радиационно-защитное окно готово к работе.

Иммерсионно-защитная жидкость, с одной стороны, за счет наличия в ней нитрата свинца обеспечивает защиту от гамма-излучения, а за счет наличия в ее составе легких элементов (водород и углерод) защищает от нейтронного излучения, а с другой стороны - повышает светопропускную способность в видимой области спектра за счет снижения (по сравнению с прототипом) Френелевских потерь света на границах разделов оптических сред (пропорциональных разнице коэффициентов их преломлений). Если в прототипе разница между коэффициентами преломлений на границе «стекло ТФ стеклопакета - воздух» (коэффициент преломления воздуха - 1.00) будет находиться в интервале от 0.652 до 0.814, то у заявляемого смотрового радиационно-защитного окна разницы между коэффициентами преломлений на границах «стекло стеклопакета - иммерсионно-защитная жидкость жидкостного блока» и «иммерсионно-защитная жидкость жидкостного блока - воздух» (коэффициенты преломлений стекла стеклопакета и иммерсионно-защитной жидкости - 1.685 и 1.52 соответственно) будут составлять - 0.165 и 0.52.

Исследования показали (Арбузов В.И., Андреева Н.Э., Леко Н.А., Никитина С.И., Орлов Н.Ф., Федоров Ю.К. «Оптические, спектральные и защитные свойства многосвинцовых фосфатных стекол». Физика и химия стекла, 2005. Т.31, №5, с.797-808), что заявляемое смотровое радиационно-защитное окно обладает:

- более высокой радиационно-оптической устойчивостью, т.к. радиационно-стимулированное приращение оптической плотности в видимой области спектра у стекол, применяемых в заявляемом смотровом радиационно-защитном окне, в среднем в 5-10 раз ниже, чем у стекол ТФ;

- более высокой пропускающей способностью в видимой области спектра, т.к. коэффициент светопропускания у стекол, применяемых в заявляемом смотровом радиационно-защитном окне, составляет не менее 87% в то время, как у стекол ТФ коэффициент светопропускания не превышает 80%;

- более высокими радиационно-защитными свойствами, т.к., например, для гамма-квантов Cs¹³⁷ слою свинца в 1 см по защитным свойствам эквивалентен слой в 3.06 см стекла, применяемого в заявляемом смотровом радиационно-защитном окне, в то время как для стекол ТФ эти величины составляют порядка от 3.4 до 3.8 см. Для гамма-квантов Со⁶⁰ эти толщины равны 2.67 см у стекла, применяемого в заявляемом смотровом радиационно-защитном окне, и 3.15-3.48 см у стекол ТФ;

- более низким (при всех прочих равных условиях) общим весом, т.к. плотность стекла, применяемого в заявляемом смотровом радиационно-защитном окне, составляет 4.17 г/см³ по сравнению с плотностью стекол ТФ, которые в зависимости от концентрации оксида свинца лежат в диапазоне 4.46-5.19 г/см³;

- более широкой областью применения за счет обеспечения возможности его использования для работ с источниками, обладающими также и нейтронным излучением. Испытания, проведенные в аккредитованных испытательных центрах (Испытательный центр «ГОИ-ТЕСТ» ФГУП НПК «ГОИ им. С.И.Вавилова», ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЦЕНТР ИСПЫТАНИЙ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ ГУН "ВНИИМ им. Д.И.Менделеева"), подтвердили все вышеизложенное применительно к заявляемой конструкции смотрового радиационно-защитного окна и вышеуказанным составам стекол и иммерсионно-защитной жидкости.

Смотровое радиационно-защитное окно, включающее металлический корпус стеклопакета, внутри которого расположен стеклопакет, состоящий из нескольких блоков стеклопластин, каждый из которых состоит из корпуса блока, в котором расположена как минимум одна стеклопластина, выполненная из стекла, содержащего SiO₂, К₂О, PbO и CeO₂, отличающееся тем, что радиационно-защитное окно дополнительно содержит жидкостной блок, снабженный смотровыми стеклами, заполненный иммерсионно-защитной жидкостью и соединенный с корпусом стеклопакета, стекло, из которого выполнены стеклопластины дополнительно содержит P₂O₅, В₂О₃, Al₂O₃, BaO, Sb₂O₃ и Nb₂О₃ при следующем содержании компонентов, мас.%:

P2O5	40-42
В2O3	0,1-0,2
PbO	49,0-51,0
Al2О3	0,1-3,0
K2O	1,0-2,0
BaO	0,5-2,0
CeO2	0,1-0,8
Sb2O3	0,1-1,5
Nb2O5	0,1-0,5,

а иммерсионно-защитная жидкость представляет собой композицию состава, мас.%:

диметилсульфоксид	42-46
нитрат свинца	36-38
вода	7-10
формамид	8-12