Композиционный материал для защиты от радиоактивного излучения


 


Владельцы патента RU 2491667:

Общество с ограниченной ответственностью "АполлО" (RU)

Изобретение относится к средствам защиты от радиоактивного излучения и может применяться в производстве контейнеров для хранения радиоактивных материалов, а также изоляции помещений. Композиционный материал для защиты от радиоактивного излучения содержит компоненты полиуретана, частицы металлов, огнезащитные компоненты и вспомогательные вещества. При этом он дополнительно содержит борную кислоту при следующем соотношении компонентов, мас.%: полиуретан 10,0-80,0; частицы металлов 10,0-60,0; борная кислота 3,0-20,0; огнезащитные компоненты 2,0-8,0; вспомогательные вещества 0,1-3,0. Указанный материал может дополнительно содержать маркирующие компоненты 0.2-1.0 мас.%. Изобретение позволяет создать композиционный материал для защиты от радиоактивного излучения, имеющий огнестойкость более 1000°C и поглощающий излучение нейтронов наряду с поглощением γ-излучения и рентгеновских лучей. 1 з.п. ф-лы.

 

Заявляемое изобретение относится к средствам защиты от радиоактивного излучения и может применяться в производстве контейнеров для хранения радиоактивных материалов, а также изоляции помещений.

Защита от радиоактивного излучения имеет большое техническое и экономическое значение. При этом любой материал поглощает радиоактивное излучение до определенной степени. В частности, α-излучение, как правило, поглощается полностью без особых проблем. Для защиты от β-излучения часто также не требуется дополнительных мер безопасности. Проблему представляет собой защита от излучения нейтронов, γ-излучения и рентгеновских лучей. Она включает в себя, с одной стороны, эффективную изоляцию от долговременных источников излучения, например, при хранении радиоактивных отходов и, с другой стороны, защиту от временных или непостоянных радиоактивных выбросов, происходящих при работе рентгеновской аппаратуры или проведении различных научных и технических экспериментов.

Известна полимерная композиция для биологической защиты от радиоактивных излучений, состава мас.%:

Порошковый вольфрам дисперсностью 0,5-160 мкм 49,7-72,2

Порошковое железо 6,8-10,0

Полипропилен остальное,

при этом содержание фракции вольфрама до 30 мкм не превышает 7 мас.% (патент РФ №2326905, 2006 г.).

Недостатком указанной композиции является отсутствие защиты от излучения нейтронов и низкая химическая устойчивость.

Также известен эластичный материал для защиты от рентгеновского и γ-излучений, содержащий связующее и наполнитель - порошкообразный вольфрам или оксиды тяжелых металлов, при этом связующее выполнено из термопластичного полиуретана при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Термопластичный полиуретан 10,0-80,0

Порошкообразный вольфрам или оксиды тяжелых металлов остальное

(патент РФ №2364963, 2007 г.).

Недостатком указанного эластичного материала является отсутствие защиты от излучения нейтронов и невозможность его применения для упаковки радиоактивных отходов.

Также известен материал, являющийся продуктом реакции по крайней мере одного полиизоцианата; подпол-компонента; добавок для защиты от излучения, содержащих около 26 мас.% гадолиния, от 10 до 74 мас.% бария, индия, олова, молибдена, ниобия, тантала, циркония или вольфрама и от 0 до 64 мас.% висмута, лантана, церия, празеодимия, неодимия, прометея, самария, европия, тербия, диспрозия, гольмия, эрбия, тулия, иттербия или лютеция; вспомогательных веществ и огнезащитных компонентов (патент EP 1621719, 2005 г.). Данный материал принят за ближайший аналог.

Недостатком указанного материала является отсутствие защиты от излучения нейтронов и низкая огнестойкость.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в создании композиционного материала для защиты от радиоактивного излучения, имеющего огнестойкость более 1000°C и поглощающего излучение нейтронов наряду с поглощением γ-излучения и рентгеновских лучей. Дополнительной задачей является возможность определения класса опасности радиоактивных отходов в случае использования заявленного композиционного материала для их упаковки.

Поставленная задача решается за счет того, что композиционный материал для защиты от радиоактивного излучения, содержащий компоненты полиуретана, частицы металлов, огнезащитные компоненты и вспомогательные вещества, дополнительно содержит борную кислоту при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Полиуретан 10,0-80,0

Частицы металлов 10,0-60,0

Борная кислота 3,0-20,0

Огнезащитные компоненты 2,0-8,0

Вспомогательные вещества 0,1-3,0.

Указанный материал может дополнительно содержать маркирующие компоненты 0,2-1,0 мас.%.

Заявленный композиционный материал для защиты от радиоактивного излучения представляет собой твердую форму с пористой структурой.

Использование компонентов в заявляемых пределах соотношений обеспечивает требуемую совместимость компонентов и однородность готового материала.

Использование компонентов вне заявляемых пределов соотношений приводит к снижению огнестойкости и защитных свойств от радиоактивного излучения (в случае недостаточного количества компонентов) или к ухудшению физических свойств (в случае избыточного количества компонентов)

Полиуретан, применяемый в заявляемом изобретении, является смесью гидроксилсодержащего компонента, например, полиэфира-полиола или полиэстера или полиамина или гликоля или нескольких этих веществ, с изоцианатным компонентом, например, толуолдиизоцианатом или дифенилметандиизоцианатом. Полиуретан обеспечивает такие свойства заявляемого композиционного материала, как высокая прочность и стойкость к кислотам, щелочам, химикатам, влаге и прочим воздействиям окружающей среды, а также расширенный температурный диапазон использования (от -50°C до +100°C).

В качестве частиц металлов, используемых в заявляемом изобретении, могут быть частицы свинца, вольфрама, висмута, тантала, бария, индия, олова, молибдена, ниобия, тантала, циркония, либо их оксидов, сульфидов, фторидов, либо смесей нескольких из этих веществ. За счет частиц металлов обеспечивается поглощение заявляемым материалом γ-излучения и рентгеновских лучей.

Борная кислота, применяемая в заявляемом изобретении, обеспечивает поглощение заявляемым материалом излучения нейтронов. Кроме того, сочетание полиуретана с борной кислотой повышает огнестойкость заявляемого композиционного материала.

В качестве огнезащитных компонентов, используемых в заявляемом изобретении, могут быть силикаты, фосфаты, сульфиды, гидраты, графиты, амиды, амины и оксиды металлов, например, диоксид титана или диоксид олова. За счет огнезащитных компонентов повышается огнестойкость заявляемого композитного материала.

Вспомогательными веществами, применяемыми в заявляемом изобретении, являются катализаторы, например, триэтилендиамин (DABCO); стабилизаторы, например, силиконовые поверхностно-активные вещества; вспенивающие вещества, например, пентан; а также замедлители реакции полиуретана, например, кетоны. Указанные вещества необходимы для процесса смешивания компонентов заявляемого композиционного материала. Кроме того, вспенивающие вещества улучшают огнестойкость заявляемого материала.

Маркирующими компонентами, используемыми в заявляемом изобретении, могут быть лантан, церий, празеодим, неодим, прометий, самарий, европий, гадолиний, тербий, диспрозий, гольмий, эрбий, тулий, иттербий, лютеций, либо их оксиды, сульфиды, фториды, либо оксидсульфиды. Эти компоненты устойчивы к воздействиям любых явлений окружающей среды, включая радиоактивное облучение, высокие температуры и химикаты всех видов, и позволяют определить класс опасности радиоактивных отходов в случае использования заявляемого композиционного материала для их упаковки.

Композиционный материал получают следующим способом.

Вначале смешивают гидроксилсодержащий компонент полиуретана с частицами металлов, борной кислотой и огнезащитными компонентами при добавлении катализаторов, стабилизаторов и вспенивающих веществ. К смеси может быть добавлен маркирующий компонент. Полученную смесь перемешивают с изоцианатным компонентом полиуретана. Процесс смешивания осуществляют вручную или при помощи смесителей. При смешивании вручную используют замедлители реакции полиуретана.

Изобретение может быть проиллюстрировано следующими примерами его конкретного осуществления.

Пример 1.

1. Полиуретан:

Полиэфир-полиол 21,5%

Моноэтиленгликоль 1,5%

Дифенилметандиизоцианат 28,5%

2. Частицы металлов:

Свинец 38,3%

3. Борная кислота 5,2%

4. Огнезащитный компонент:

Графит 4,3%

5. Вспомогательные вещества:

Катализатор DABCO 0,15%

Силиконовый стабилизатор 0,15%

Пентан 0,2%

6. Маркирующий компонент:

Лантан 0,2%

Пример 2.

1. Полиуретан:

Полиэфир-полиол 16,8%

Моноэтиленгликоль 0,8%

Дифенилметандиизоцианат 16,7%

2. Частицы металлов:

Вольфрам 58%

3. Борная кислота 4,8%

4. Огнезащитный компонент:

Графит 2,4%

5. Вспомогательные вещества:

Катализатор DABCO 0,1%

Силиконовый стабилизатор 0,1%

Пентан 0,1%

6. Маркирующий компонент:

Лантан 0,2%

Пример 3.

1. Полиуретан:

Полиэфир-полиол 33,2%

Моноэтиленгликоль 3,5%

Дифенилметандиизоцианат 40,7%

2. Частицы металлов:

Свинец 15,4%

3. Борная кислота 3,2%

4. Огнезащитный компонент:

Графит 3,1%

5. Вспомогательные вещества:

Катализатор DABCO 0,2%

Силиконовый стабилизатор 0,2%

Пентан 0,3%

6. Маркирующий компонент:

Лантан 0,2%

Процесс смешивания компонентов в Примере 1 и Примере 2 осуществляют при комнатной температуре. Процесс смешивания компонентов в Примере 3 осуществляют при температуре более 40°C.

Композиционные материалы, полученные в Примерах 1-3 могут быть обработаны в подходящих формах для массивных пластин с плотностью до 3 г/см3.

Заявленный композиционный материал для защиты от радиоактивного излучения обладает огнестойкостью более 1000°C, поглощает излучение нейтронов наряду с поглощением γ-излучения и рентгеновских лучей, а также позволяет определить класс опасности радиоактивных отходов в случае использования для их упаковки.

1. Композиционный материал для защиты от радиоактивного излучения, содержащий компоненты полиуретана, частицы металлов, огнезащитные компоненты и вспомогательные вещества, отличающийся тем, что дополнительно содержит борную кислоту при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Полиуретан 10,0-80,0
Частицы металлов 10,0-60,0
Борная кислота 3,0-20,0
Огнезащитные компоненты 2,0-8,0
Вспомогательные вещества 0,1-3,0

2. Композиционный материал для защиты от радиоактивного излучения по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит маркирующие компоненты 0,2-1,0 мас.%.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области космического материаловедения и может быть использовано в качестве терморегулирующих покрытий на внешней стороне космического аппарата в области низких земных орбит.
Изобретение относится к области разработки материалов, обладающих нейтронопоглощающими свойствами, и может быть использовано в качестве защитного слоя при изготовлении транспортно-упаковочных конструкций (ТУК) для транспортировки и хранения отработанного ядерного топлива, а также для биологической защиты от других случаев нейтронных излучений.

Изобретение относится к лантаноидсодержащим соединениям, состоящим из сополимера этилметакрилата и 3-аллилпентандиона-2,4 (100:1), связанного через -дикетонатную группу с ионом лантаноида (+3), который, в свою очередь, связан с молекулами лиганда, представляющего собой -дикетон, общей формулы где Ln - ион лантаноида (+3) (La 3+, Pr3+, Nd3+ Sm3+, Eu 3+, Gd3+, Tb3+, Dy3+, Ho3+, Er3+, Tm3+, Yb3+ ), n - количество звеньев этилметакрилата в цепи сополимера; m - количество лантаноидсодержащих звеньев в цепи сополимера; R1, R2, R3, R4 - органические радикалы (СН3-метил, С6Н 5-фенил): R1=R2=R3=R 4=СН3 - ион лантаноида (+3), связанный с полимерной частью соединения через фрагмент пентандион-2,4 (ацетилацетона) и лигандом, представляющим собой ацетилацетон; R1=R 3=СН3, R2=R4=С6 Н5 - ион лантаноида (+3), связанный с полимерной частью соединения через фрагмент бензоилацетона и лигандом, представляющим собой бензоилацетон; R1=R2=R3 =R4=С6Н5 - ион лантаноида (+3), связанный с полимерной частью соединения через фрагмент дибензоилметана и лигандом, представляющим собой дибензоилметан; R1 =R3=R4=СН3, R2=С 6Н5 - ион лантаноида (+3), связанный с полимерной частью соединения через фрагмент бензоилацетона и лигандом, представляющим собой ацетилацетон; R1=R2=С6 Н5, R3=R4=СН3 - ион лантаноида (+3), связанный с полимерной частью соединения через фрагмент дибензоилметана и лигандом, представляющим собой ацетилацетон; R1=R2=R3=С6Н 5, R4=СН3 - ион лантаноида (+3), связанный с полимерной частью соединения через фрагмент дибензоилметана и лигандом, представляющим собой бензоилацетон.
Изобретение относится к области композиционных пленкообразующих материалов и предназначено для создания тонкослойных полимерных рентгенозащитных покрытий. .
Изобретение относится к материалам для защиты от радиационных излучений, которые могут быть использованы для создания защитной одежды, экранов, облицовки и других изделий.
Изобретение относится к полимерным композициям на основе порошковых вольфрама, железа и полипропилена, которые могут применяться для изготовления конструкционных изделий для биологической защиты от радиоактивных излучений.
Изобретение относится к изготовлению крупногабаритных толстостенных деталей диаметром до 1500 мм толщиной до 500 мм из композиции на основе порошковых вольфрама, железа и полипропилена и предназначено для защиты от радиоактивных излучений при эксплуатации атомных энергетических установок.

Изобретение относится к радиационно-защитным материалам. .

Изобретение относится к изделиям, включающим в себя полотна (ткани), компаунды и пленки (пленочные слои), которые могут обеспечить защиту от вредных воздействий, представляющих угрозу жизни (радиация, химические вещества, биологические агенты, огонь, металлические метательные снаряды).
Изобретение относится к области защиты от ионизирующего излучения и может применяться в качестве защиты электронных приборов космического аппарата (КА), работающего на геостационарной орбите, от воздействия поражающего фактора магнитных бурь. Целью изобретения является повышение защитных характеристик по отношению к γ-излучению и потоку высокоэнергетических электронов с сохранением возможности вывода накопленного объемного заряда, расширение температурного диапазона использования, а также повышение прочностных характеристик композита. Композит для защиты от космической радиации, включающий кремнийорганическую жидкость, порошок оксида тяжелого металла, отличающийся тем, что в качестве составляющих компонентов содержит политетрафторэтилен (матрица), а используемую кремнийорганическую жидкость «Пента-808» применяют в качестве модификатора поверхности оксида висмута Bi2O3 при следующем соотношении компонентов, мас.%: политетрафторэтилен 37-45, модифицированный оксид висмута Bi2O3 55-63, кремнийорганическая жидкость «Пента-808», взятая по отношению к массе чистого Bi2O3 0,8-1,0. 2 табл.

Изобретение относится к технологии изготовления материалов для защиты от нейтронного излучения. Пастообразный материал для защиты от нейтронного излучения включает консистентную смазку ВНИИНП-293 и порошкообразный бор аморфный в качестве наполнителя при массовом соотношении компонентов (%) 91-97 и 3-9 соответственно, при этом удельная поверхность порошка бора аморфного составляет не менее 15 м2/г. Способ приготовления заявленного материала включает перемешивание консистентной смазки ВНИИНП-293 и наполнителя - порошкообразного бора аморфного в массовом соотношении (%) соответственно 91-97 и 3-9. Техническим результатом является обеспечение сечения поглощения тепловых электронов от 7 до 21 см-1 в зависимости от массового содержания бора (3-9% соответственно); температуры каплепадения не ниже 170°C; вязкости, определяемой капиллярным вискозиметром при плюс 50°C и среднем градиенте скорости деформации 1000 с-1, в пределах 0,3-1,4 Па·с, а при минус 50°C и среднем градиенте скорости деформации 100 с-1 - не более 19 Па·с; коллоидной стабильности при нагрузке 3H (процент выделенного масла) не более 25%; содержания воды менее 0,01%; а также обеспечение возможности с помощью данной композиции заполнять объемы различной конфигурации, в том числе длинные каналы малого сечения (диаметром менее 4 мм), в диапазоне температур от минус 50°C до плюс 50°C. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 4 ил., 2 табл.
Изобретение относится к полимерной композиции для радиационной защиты электронных приборов, содержащей полимерное связующее, литий и бор в качестве экранирующих наполнителей (агентов), которая может быть использована для изготовления защитных материалов для биологической защиты, в качестве теневой защиты ядерных энергетических установок, аппаратуры ядерно-опасных объектов. Заявленная композиция содержит в качестве связующего полипропилен и/или полиэтилен, а литий и бор в составе соединения тетрагидридобората лития (ТГБЛ) капсулированного при следующем соотношении ингредиентов, % мас.: порошкообразный экранирующий наполнитель -   тетрагидридоборат лития не более 5 полиэтилен и/или полипропилен остальное Предлагаемая композиция обеспечивает повышение эффективности радиационно-защитных свойств и уменьшение образования гамма-квантов. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 пр.

Изобретение относится к сельскому хозяйству и защите окружающей среды, в частности к средствам для дезактивации почв, зараженных радиоактивными элементами. Средство для дезактивации почв, зараженных радиоактивными элементами, содержит в своем составе поли-N,N-диалкил-3,4-диметиленпирролидиний галогенид общей формулы в которой R1 и R2 означают независимо друг от друга линейный или разветвленный алкил с 1-6 атомами углерода и X означает фтор, хлор, бром, йод или тетрафторборат, причем средняя молекулярная масса полимера составляет от 75000 до 100000 г/моль. Заявлен также способ дезактивации почв, зараженных радиоактивными элементами, с применением указанных средств. Технический результат - заявленное вещество связывает радиоактивные элементы, снижает содержание их водорастворимых форм, продолжительно действует на структуру почв и урожайность, упрощает процесс дезактивации земель, зараженных радиоактивными элементами. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 8 табл., 6 пр.

Изобретение относится к ядерной технике, а именно к материалам для защиты от ионизирующего излучения, и предназначено для использования при изготовлении элементов радиационно-защитных экранов. Радиационно-защитный материал на полимерной основе содержит сверхвысокомолекулярный полиэтилен с наночастицами вольфрама и карбида бора. Изобретение обеспечивает увеличение поглощения ионизирующего излучения. 1 ил., 3 табл., 1 пр.

Изобретение относится к способу получения радиационно-защитного материала на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена для изготовления конструкционных изделий радиационной защиты. Способ включает предварительную сушку при температуре 100-130°C порошков сверхвысокомолекулярного полиэтилена, вольфрама и карбида бора. Затем порошки сверхвысокомолекулярного полиэтилена в количестве 32 мас.%, вольфрама - 60 мас.% и карбида бора - 8 мас.% смешивают и подвергают обработке в высокоэнергетичной планетарной мельнице с металлическими мелящими телами, с последующим термопрессованием смеси порошков при температуре 180-200°C и давлении 35-40 МПа. 1 ил., 1 пр.
Наверх