Введение к работе
/
Актуальность темы. Интенсивное применение радионуклидов в различных ограслях народного хозяйства, науке, технике и медицине неразрывно связано с решением проблемы обеспечения радиационной и эколо! ической безопасности и ограничения воздействия радиационных полей на человека и окружающую среду. Современное рснтгснодиагностическое и радиоизотоішое оборудование и соответствующие приборы радиоизотоппого контроля испытывают острый дефицит в эффективных радиационно- защитных материалах с повышенной радиационной стойкостью.
В связи с этим значительно возрос теоретический и практический интерес к проектированию и разработке новых видов высокооднородных полимерных радиационно- защитных композиционных материалов и конструкционных изделий на их основе.
Традиционные радиационно- защитные полимерные материалы и композиты имеют комплекс технологических, физико-технических и эксплуатационных недостатков. Высокоэнергетическое у- излучение прежде, чем его энергия перейдет в гегаю, конверсируется в электронное, но до последнего времени этому промежуї очному процессу бомбардировки структуры аморфно- кристаллических матриц уделялось не достаточное внимание исследователей с точки зрения радиационной стойкости полимерных композигов. Повышение радиационной стойкости полимерных композитов является важнейшей задачей при разработке и проектировании современных конструкционных радиационно- защитных изделий на их основе.
Следовательно, необходим новый научно- технологический подход к разработке новых видов высокооднородных полимерных радиационно-защитных композитов с высокой радиационной стойкостью и исследование процессов взаимодействия высокоэнергешческою у- излучения и потоков быстрых электронов с аморфно-кристаллическими матрицами данных материалов.
Работа выполнялась в соответствии с нршраммой НИР по единому заказ-наряду "Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники" Минобразования РФ и Федеральной целевой программе '"Обращение с РАО, облученными ядерными материалами, их утилизация и захоронение на 1996-2005 г.г".
Цель и задачи исследования. Разработка технологии получения однородного термопласгачного защитного композиционного материала с повышенной радиационной стойкостью на основе полистирольной матрицы, наполненной высокодисперсным модифицированным оксидом свинца и исследование радиационно- химических процессов, протекающих при взаимодействии у- излучения и потоков быстрых электронов с данными материалами.
Для достижения цели в работе решались следующие задачи:
- теоретическое и экспериментальное обоснование модификации поверхности высокодисперсного оксида свинца олигомерным органосиликонатом свинца:
разработка технологии получения nojші№ШМ U ШЩКІйШйУЯого
композиционного материала (ПК) на основе reps опласаэдщэд^^^стиАла
STTSbt
4 (ПС) с высоким наполнением высоколисперсным модифицированным оксидом свинца;
-исследование физических и радиационно- химических процессов, протекающих при взаимодействии высокоэнергетического у- излучения ( 0,! -1,25 МэВ) и быстрых электронов (0,5-6,2 МэВ) при различных поглощенных дозах и мощностях доз с ГТК;
-изучение радиационной стойкости ПК в широком температурном диапазоне и поглощенных радиационных доз до 10 МГр;
-моделирование физических процессов при взаимодействии у- излучения и быстрых электронов с ПК;
-изучение радиационно- защитных характеристик ПК различной геометрии и составление справочных таблиц международного стандарта для проектирования радиационно- защитных экранов на основе ПК;
-исследование физико-технических характеристик ПК и конструкционных изделий на его основе.
Научная новизна работы.
Разработаны физико - химические основы синтеза композиционного материала нового класса на основе механоактивированных высокодисперсных порошков ПС и модифицированного оксида свинца.
Определены механизмы модификации поверхности высокодисперсного оксида свинца из водных растворов полиэгилсиликоната свинца (ПЭСС), что позволило придать поверхности наполнителя гидрофобных свойств и химической совместимости с неполярной ПС- матрицей. Определено строение ПЭСС- оболочки на поверхности оксида свинца.
Установлено интенсивное протекание физико-химических процессов при механо- и термо- активации компонентов в системе: ПС - модифицированный оксид свинца, приводящие к образованию на их поверхноста микродефектных структур, парамагнитных центров (ГГМЦ) и значительному увеличению внутренней энергии, что способе івовзло сіруктурно- фазовым превращениям компонентов и протеканию между ними физико - химического взаимодействия.
Предложены механизмы радиационной сшивки ПС с
модифицированным оксидом свинца. Показано, чго природа образующих макрорадикалов типа R* и ROj* при радиационном у- облучении на ПК тесно связана с кинетикой радикальных реакций, структурно-механическими и диффузионными характеристиками ПК.
Выявлены общие закономерности в изменении энергетических и числовых констант физических процессов (поглощения, пропускания и отражения), протекающих при взаимодействии высокоэнергетического у-излучения и быстрых электронов с аморфно-кристаллической матрицей ПК в зависимости от энергии излучения и толщины защитного экрана.
Практическая ценность.
Разработаны составы и технология получения нового вида термопластичного радиационно- защитного ПК с повышенной радиационной и термической устойчивостью, что позволило расширить номенклатуру радиационно-зашитных материалов.
- (V 1
Определены оптимальные технологические режимы механо- термо- и радиационной обработки ПК, включая энергию излучения, поглощенную дозу и мощность дозы при облучении ПК в пучках быстрых электронов и у- полях.
Установлены физико - технические, эксплуатационные характеристики параметры радиационной стойкости ПК.
Рассчитаны физические коэффициенты ослабления для точечных и
объемных у- источников при обличении ПК с различной геометрией защигных
экранов. Системные фшические данные по радиационной защите оформлены
по международному стандарту, что обеспечивало выполнение инженерных
г расчетов при проектировании радиационной защиты
Разработана конструкция защитного транспортного контейнера серии "КТ", изготовленного из ПК для хранения радиоизотопной продукции медицинского назначения.
Материалы и изделия на основе ПК прошли промышленные испытания на Курской АЭС, С. Петербурском институте ядерной физики РАН, институте "ОргстройНИИпроект" Минатома РФ (г. Москва). Разработан іехнологический регламент и конструкторская документация на производство ПК и ищелий на его основе. Получен сертификат № 19 ГСЭН (МЦ.06.515.П0407.В6, г Москва).
Результаты работы использованы в учебном процессе по курсу "Материаловедение и технологии новых материалов"" для студентов специальности "Материалы современной энергетики".
Положения работы, выносимые на зашигу:
-Научные основы синтеза высокооднородных ПК на основе термопластичной полистирольной матрицы, наполненной высокодисперсньш модифицированным оксидом свинца.
-Физико-химические основы модифицирования поверхности высокодисперсного оксида свинца иолнэтилсиликонаюм свинца.
-Механизм физико-химических процессов, протекающих в ПК при воздействии радиационных полей различной природы.
-Способ повышения радиационной стойкости ПК при воздействии высокоэнергетических потоков быстрых электронов и у-чзлучения..
-Результаты физического моделирования процессов, протекающих при
взаимодействии быстрых электронов и у-излучения с ПК различной
t геометрией защитной стенки и радиационно-защитные характеристики ПК.
-Обоснование составов и технологии получения конструкционного ПК изделий на его основе, их физико-химические и технические характеристики.
Личный вклад соискателя. Все результаты, представленные в
' диссертации, получены самим автором. При выполнении работы по теме
диссертации автор принимал участие в постановке задач и непосредственно осуществлял их решение.
Апробация результатов работы. Основные результаты работы доложены на : 1-ой Всероссийской научной конф. "Молекулярная физика неравновесных систем" (г.Иваново. 1999г.): межи, конф "Радиационная безопасность" (г. С.Петербург. 2000г.); !6-ой научно- іехяической конф. "Конструкции и технологии получения изделий из неметаллических материалов" (г. Обнинск, 2001г.); 3-ей межд. научно- технической конф. "Безопасность, эффективность и экономика атомной энергетики" (г. Москва,
6 ВНИИАЭС, 2002г.); межд. научно- технической конф. "Новые технологии в промышленности" (г. Минск, 2002г.); межд. научно- практической конф. "Строительство" (г. Ростов-на-Дону, 2002г.); межд. конгрессе "Современные технологии в промышленности строительных материалов" (г. Белгород, 2003г.); 13-ом межд. совещании "Радиационная физика твердого тела'" (г. Севастополь, 2003г.); 4-ой региональной научно- практической конф. "Проблемы и пути создания композиционных материалов" (г. Новокузнецк, 2001г.); 3-я межд. научно- технической конф. "Надежность и долговечность материалов и конструкций" (г. Волгоград, 2003г.); Уральская научно-практической конф. "Строительство и образование" (г. Екатеринбург, 2003г.).
Публикации. Основные положения и результаты диссертации отражены в 10 публикациях.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов, списка литературы из 162 наименований, приложений Диссертация изложена на 183 страницах, содержит 67 рисунков и 34 таблиц.
