Оценка прироста радиационно-защитных свойств композитов на основе полидисперсных наполнителей

Проанализировано влияние дисперсных наполнителей на радиационно-защитные свойства композиционных материалов. Произведена количественная оценка прироста защитных свойств композиционных материалов при использовании полидисперсных наполнителей, содержащих ультрадисперсную фракцию. Применение полидиспер...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2007
Автори:	Андрианов, А.Ю., Джур, Е.А., Крикун, Ю.А.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України 2007
Назва видання:	Вопросы атомной науки и техники
Теми:	Физика радиационных и ионно-плазменных технологий
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/110660
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Оценка прироста радиационно-защитных свойств композитов на основе полидисперсных наполнителей / А.Ю. Андрианов, Е.А. Джур, Ю.А. Крикун // Вопросы атомной науки и техники. — 2007. — № 2. — С. 220-225. — Бібліогр.: 14 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-110660
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1106602025-02-23T17:45:39Z Оценка прироста радиационно-защитных свойств композитов на основе полидисперсных наполнителей Оцінка приросту радіаційно-захисних властивостей композитів на основі полідисперсних наповнювачів Estimation of radiation-protective properties’ increment of composites based on polydisperse fillers Андрианов, А.Ю. Джур, Е.А. Крикун, Ю.А. Физика радиационных и ионно-плазменных технологий Проанализировано влияние дисперсных наполнителей на радиационно-защитные свойства композиционных материалов. Произведена количественная оценка прироста защитных свойств композиционных материалов при использовании полидисперсных наполнителей, содержащих ультрадисперсную фракцию. Применение полидисперсных наполнителей позволяет получить высокоэффективные материалы для защиты от рентгеновского и гамма-излучений в различных областях использования радиоактивных материалов и источников. Проаналізовано вплив дисперсних наповнювачів на радіаційно-захисні властивості композиційних матеріалів. Зроблено кількісну оцінку приросту захисних властивостей композиційних матеріалів при використанні полідисперсних наповнювачів, що містять ультрадисперсну фракцію. Застосування полідисперсних наповнювачів дозволяє одержати високоефективні матеріали для захисту від рентгенівського і гамма-випромінювання в різних галузях використання радіоактивних матеріалів і джерел. Filler’s dispersity effect on radiation-protective properties of composite materials is analyzed. Quantitative estimation of radiation-protective properties’ increment of composites based on polydisperse fillers with superdisperse fraction is given. Development of high-performance materials for shielding against X-rays and gamma-radiation in different fields of radioactive materials/sources’ application is ensured by use of polydisperse fillers. 2007 Article Оценка прироста радиационно-защитных свойств композитов на основе полидисперсных наполнителей / А.Ю. Андрианов, Е.А. Джур, Ю.А. Крикун // Вопросы атомной науки и техники. — 2007. — № 2. — С. 220-225. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/110660 621.039-78 ru Вопросы атомной науки и техники application/pdf Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Физика радиационных и ионно-плазменных технологий Физика радиационных и ионно-плазменных технологий
spellingShingle	Физика радиационных и ионно-плазменных технологий Физика радиационных и ионно-плазменных технологий Андрианов, А.Ю. Джур, Е.А. Крикун, Ю.А. Оценка прироста радиационно-защитных свойств композитов на основе полидисперсных наполнителей Вопросы атомной науки и техники
description	Проанализировано влияние дисперсных наполнителей на радиационно-защитные свойства композиционных материалов. Произведена количественная оценка прироста защитных свойств композиционных материалов при использовании полидисперсных наполнителей, содержащих ультрадисперсную фракцию. Применение полидисперсных наполнителей позволяет получить высокоэффективные материалы для защиты от рентгеновского и гамма-излучений в различных областях использования радиоактивных материалов и источников.
format	Article
author	Андрианов, А.Ю. Джур, Е.А. Крикун, Ю.А.
author_facet	Андрианов, А.Ю. Джур, Е.А. Крикун, Ю.А.
author_sort	Андрианов, А.Ю.
title	Оценка прироста радиационно-защитных свойств композитов на основе полидисперсных наполнителей
title_short	Оценка прироста радиационно-защитных свойств композитов на основе полидисперсных наполнителей
title_full	Оценка прироста радиационно-защитных свойств композитов на основе полидисперсных наполнителей
title_fullStr	Оценка прироста радиационно-защитных свойств композитов на основе полидисперсных наполнителей
title_full_unstemmed	Оценка прироста радиационно-защитных свойств композитов на основе полидисперсных наполнителей
title_sort	оценка прироста радиационно-защитных свойств композитов на основе полидисперсных наполнителей
publisher	Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
publishDate	2007
topic_facet	Физика радиационных и ионно-плазменных технологий
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/110660
citation_txt	Оценка прироста радиационно-защитных свойств композитов на основе полидисперсных наполнителей / А.Ю. Андрианов, Е.А. Джур, Ю.А. Крикун // Вопросы атомной науки и техники. — 2007. — № 2. — С. 220-225. — Бібліогр.: 14 назв. — рос.
series	Вопросы атомной науки и техники
work_keys_str_mv	AT andrianovaû ocenkaprirostaradiacionnozaŝitnyhsvojstvkompozitovnaosnovepolidispersnyhnapolnitelej AT džurea ocenkaprirostaradiacionnozaŝitnyhsvojstvkompozitovnaosnovepolidispersnyhnapolnitelej AT krikunûa ocenkaprirostaradiacionnozaŝitnyhsvojstvkompozitovnaosnovepolidispersnyhnapolnitelej AT andrianovaû ocínkaprirosturadíacíjnozahisnihvlastivostejkompozitívnaosnovípolídispersnihnapovnûvačív AT džurea ocínkaprirosturadíacíjnozahisnihvlastivostejkompozitívnaosnovípolídispersnihnapovnûvačív AT krikunûa ocínkaprirosturadíacíjnozahisnihvlastivostejkompozitívnaosnovípolídispersnihnapovnûvačív AT andrianovaû estimationofradiationprotectivepropertiesincrementofcompositesbasedonpolydispersefillers AT džurea estimationofradiationprotectivepropertiesincrementofcompositesbasedonpolydispersefillers AT krikunûa estimationofradiationprotectivepropertiesincrementofcompositesbasedonpolydispersefillers
first_indexed	2025-11-24T04:13:24Z
last_indexed	2025-11-24T04:13:24Z
_version_	1849643609522962432
fulltext	УДК 621.039-78 ОЦЕНКА ПРИРОСТА РАДИАЦИОННО-ЗАЩИТНЫХ СВОЙСТВ КОМПОЗИТОВ НА ОСНОВЕ ПОЛИДИСПЕРСНЫХ НАПОЛНИТЕЛЕЙ А.Ю. Андрианов, Е.А. Джур, Ю.А. Крикун Днепропетровский национальный университет, г. Днепропетровск, Украина; E-mail:arean@inbox.ru Проанализировано влияние дисперсных наполнителей на радиационно-защитные свойства композицион- ных материалов. Произведена количественная оценка прироста защитных свойств композиционных матери- алов при использовании полидисперсных наполнителей, содержащих ультрадисперсную фракцию. При- менение полидисперсных наполнителей позволяет получить высокоэффективные материалы для защиты от рентгеновского и гамма-излучений в различных областях использования радиоактивных материалов и ис- точников. Радиоактивные материалы находят применение в разных отраслях человеческой деятельности: в про- мышленности, медицине, науке, энергетики и даже в сельском хозяйстве [1]. В Украине около 8000 предприятий и учреждений используют радиоактив- ные материалы и приблизительно 5500 продолжают генерировать радиоактивные отходы [2]. Увеличе- ние спроса на использование радиоактивных мате- риалов в различных технологиях, а также выработка опасных отходов порождает ужесточение требова- ний к радиационной безопасности, что приводит к необходимости создания и внедрения новых мето- дов защиты человека от воздействия вредных радиа- ционных излучений. Одним из таких методов яв- ляется разработка новых высокоэффективных ра- диационно-защитных композиционных материалов (КМ), в состав которых не входит токсичный сви- нец, требующий особой утилизации после эксплуа- тации. В результате поиска новых материалов в области радиационной защиты, дефектоскопии и рентгено- диагностики экспериментальным путем было уста- новлено два взаимоисключающих эффекта взаимо- действия электромагнитного ионизирующего излу- чения (ЭИИ) с дисперсными средами: с одной сто- роны, возможно аномальное пропускание квантов ЭИИ сквозь ультрадисперсные среды, с другой сто- роны, – их аномальное поглощение [3]. Данное взаи- модействие обусловлено специфическими свойства- ми ультрадисперсных частиц – фракции, которая в незначительных количествах содержится в полидис- персных порошках, широко используемых в разных областях промышленности. С точки зрения радиационной защиты интерес представляет прежде всего эффект аномального ослабления ЭИИ ультрадисперсными средами. Для обеспечения максимального увеличения защитных свойств КМ на основе полидисперсных порошков с ультрадисперсной фракцией необходимо обеспечить как гранулометрический состав наполнителя, так и его характерную структуру, исключающую возник- новение неоднородностей в результате коагуляции частиц и их скоплений [4]. В выполненных экспери- ментальных исследованиях проводился лишь каче- ственный анализ аномального ослабления ЭИИ ультрадисперсными средами, который основывался на фиксировании отклонений в экспоненциальной кривой Бугера. Целью работы является количественный анализ влияния дисперсных наполнителей на защитные свойства КМ. Основной задачей анализа является оценка прироста защитных свойств КМ при исполь- зовании полидисперсных наполнителей, включаю- щих ультрадисперсную фракцию. Для оценки прироста защитных свойств КМ раз- работана специальная методика, которая исключает ряд проблем, возникших при качественном анализе ослабления ЭИИ ультрадисперсными средами: ис- пользование матрицы с неустойчивой структурой (воды); необходимость высокой точности дозировки наполнителя; использование критериев эквивалент- ных толщин для оценки радиационно-защитных свойств, которые являются малоинформативными для бессвинцовых КМ [5]. Кроме того, в основу ме- тодики исследования заложен принцип практиче- ской приемлемости, который состоит в максималь- ном приближении исследовательских условий к условиям практической эксплуатации полученных результатов. Данный подход включает использова- ние технологий, материалов и методов, используе- мых на производстве при изготовлении готовой про- дукции. Методика исследования носит расчетно-экспери- ментальный характер и основана на сравнительном анализе радиационно-защитных характеристик композиционного материала и его составляющих компонентов. Полученные экспериментальным пу- тем значения радиационно-защитных характеристик изготовленных образцов КМ с определенным объемным содержанием наполнителя сравнивались с расчетными значениями, полученными на основе экспериментальных значений радиационно-защит- ных характеристик компонентов КМ, взятых в соот- ветствующих экспериментальным образцам пропор- _________________________________________________________________________________ 220 ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2007. № 2. Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (90), с. 220-225. циях. Если не учитывать обнаруженный эффект влияния дисперсности вещества на прохождение ЭИИ [6], защитные свойства КМ и его составляю- щих компонентов должны совпадать с точностью до ошибки измерения и изготовления композита. По- скольку один из компонентов композита в экспери- менте представляет собой дисперсный порошок, то в результате сравнения ожидается получить расхо- ждения в защитных свойствах. Такая схема сравне- ния позволяет оценить дисперсную систему в мат- рице и вне матрицы (в виде насыпки). В качестве критерия для оценки защитных свойств композиционного материала и его компо- нентов выбран линейный коэффициент ослабления. Коэффициент линейного ослабления представляет собой характеристику защитных свойств материала, количественно характеризующую относительную долю энергии квантов излучения, потерянную в ве- ществе вследствие поглощения и рассеяния на еди- ницу их пробега. В отличие от кратности ослабле- ния или от эквивалентной толщины эта величина ха- рактеризует сам материал, независимо от его толщи- ны и представляет научный интерес. Условно методика исследования состоит из нескольких этапов, первый из которых несет подго- товительный характер. На первом этапе осуще- ствляется подготовка исходных компонентов компо- зиционного материала – матрицы и наполнителя с характерным гранулометрическим составом. В каче- стве матрицы используется эпоксидная композиция холодного отверждения марки УП-4-282. Согласно предварительному анализу эпоксидная смола обла- дает наилучшей радиационной стойкостью среди полимеров, которая составляет около 10 МГр и бо- лее [7, 8]. Существуют рекомендации по использо- ванию изделий из эпоксидной смолы для кон- файмента радиоактивных отходов низкой и средней активности [9]. В качестве наполнителя использует- ся модификатор по ТУ У 24.6-20255452-009-2002, состоящий из вольфрама и силикатной массы. Гра- нулометрический состав вольфрама приведен на рис. 1. Рис. 1. Гранулометрический состав вольфрама, ис- пользуемого для изготовления модификатора На основе выбранных компонентов изготавлива- ется партия образцов композита с различным объем- ным содержанием наполнителя. Для изготовленной партии образцов композита и его компонентов опре- деляются основные параметры для измерения ли- нейного коэффициента ослабления: для матрицы и образцов композиционного материала – объемная плотность (композиция УП-4-282 – 1,20 г/см3) и тол- щина, для наполнителя – насыпная плотность (мо- дификатор – 5,43 г/см3) и насыпная толщина. Композиционный материал готовился смешени- ем в металлической емкости при комнатной темпе- ратуре расчетных количеств компонентов связую- щего с погрешностью взвешивания не более 0,5%. Компоненты перемешивали деревянным шпателем в течение 2...3 мин до получения однородной равно- мерно окрашенной массы. Затем в данный состав вводили расчетное количество модификатора и перемешивали состав в течение 3...5 мин, пока струя полученной смеси, стекающая со шпателя, не стано- вилась однотонной и однородной, без комков и сгустков. Полученную смесь выдерживали в тече- ние 5...10 мин для удаления пузырьков воздуха, по- сле чего в нее вводили расчетное количество отвердителя и производили перемешивание компо- зиции в течение 5...10 мин, пока ее струя, стекающая со шпателя, не становилась однотонной и однород- ной. Свежеприготовленные наполненные композиции заливали в установленные по уровню металлические формы и производили их отверждение при комнат- ной температуре в течение 5 сут (заливочные компо- зиции для обеспечения запаса по толщине отливки готовили с 10% избытком по массе). Перед заливкой на поверхность форм наносили антиадгезионное по- крытие. Затем отвержденные отливки извлекали из форм, разрезали на заготовки и обрабатывали в за- данный размер фрезерованием и шлифованием. Та- ким образом, было получено 13 образцов с объем- ным содержанием наполнителя от 0,8 до 55,1%. На втором этапе проводится экспериментальное определение линейного коэффициента ослабления образцов композита и его компонентов на энергиях источников гамма излучения 241Am (0,06 МэВ), 137Cs (0,66 МэВ), 60Co (1,33 и 1,17 МэВ). Для измерения линейного коэффициента ослабления использова- лась гамма-спектрометрическая установка на базе сцинтилляционного детектора в защите СГС-200 и амплитудного анализатора типа LP4900В. Измере- ния выполняли методом регистрации импульсов в фотопике полного поглощения моноэнергетической линии на основе полученного гамма-спектра. Гам- ма-источник в "открытой" геометрии располагается по оси спектрометрического блока детектирования на расстоянии 15 см от передней поверхности детек- тора. Исследуемый образец располагается между де- тектором блока детектирования и гамма-источником на расстоянии 2 см от гамма-источника. Ширину фотопика полного поглощения моноэнергетической линии выбирали на 1/10 его высоты. Для обработки результатов измерений разработа- на методика вычисления неопределенности измере- ния линейного коэффициента ослабления образцов _________________________________________________________________________________ 221 ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2007. № 2. Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (90), с. 220-225. композиционных материалов. Методика обработки результатов измерения выполнена в соответствии с «Руководством по выражению неопределенности измерений» [10]. Данное руководство является фак- тическим стандартом выражения качества измере- ний в международной практике и имеет некоторые терминологические и методологические различия [11] в сравнении с применяемыми до недавнего вре- мени нормативными документами в области обеспе- чения единства измерений в странах СНГ. Линейный коэффициент ослабления (μ, см-1) ис- следуемого образца для заданной энергии гамма-из- лучения определялся по формуле: L NN NN ôîíîáð ôîíèñò )( )(ln − − =µ , где ôîíèñòîáð NNN ,, – средние арифметические значения из n измерений скорости счета образца, гамма-источника и фона соответственно, имп/с. Результат измерения представлен в виде Uèçì ±= µµ , ,95,0=p где U – расширенная неопределенность измерения для заданного уровня доверия p , которая определя- ется согласно разработанной методике для косвен- ного измерения линейного коэффициента ослабле- ния при коррелированных входных аргументах. Ве- личина расширенной неопределенности измерения линейного коэффициента ослабления образцов КМ не превысила 5%. На третьем этапе производится теоретический расчет плотности и линейного коэффициента ослаб- ления для каждого образца композиционного мате- риала с выбранным объемным содержанием напол- нителя. Исходными данными для расчета являются плотность, определенный экспериментальным пу- тем на втором этапе линейный коэффициент ослаб- ления компонентов композита, а также объемное со- держание наполнителя в матрице композита. Расчетная плотность i-го образца композита, по- лученного из двух компонентов – матрицы и напол- нителя, определялась по формуле вычисления плот- ности сложного вещества: 100 )100( 100 Еi b Еi fci νρνρρ −⋅+⋅= , где ρf – насыпная плотность наполнителя, г/см3; ρb – объемная плотность матрицы, г/см3; νEi – объем- ное содержание наполнителя i-го образца, %. Расчетное значение линейного коэффициента ослабления i-го образца композита вычислялось по формуле определения линейного коэффициента ослабления многокомпонентного вещества: 100 )100( 100 Еi b Еi fci νµνµµ −⋅+⋅= , где µb – экспериментальный линейный коэффициент ослабления связующего, см-1; µf – эксперименталь- ный линейный коэффициент ослабления наполните- ля, см-1; νEi – объемное содержание наполнителя i-го образца, %. Четвертый этап включает сравнительный анализ расчетных и экспериментальных значений линейно- го коэффициента ослабления образцов композици- онного материала. Критерием соответствия расчет- ных значений с экспериментальными является зна- чение расхождения между расчетной плотностью, определенной на третьем этапе, и плотностью образ- ца композиционного материала, полученной экспе- риментальным путем на первом этапе. Под соответствием следует понимать равенство между расчетной плотностью Ciρ и эксперимен- тальной плотностью Eiρ i-го образца при относи- тельной ошибке, не превышающей q % в случае, когда за истинное значение принимается экспери- ментальное. Таким образом, критерий соответствия по плотности ρk можно выразить в виде относи- тельной ошибки и согласно неравенству эта величи- на не должна превышать q %: %q%100k Ei CiEi ≤⋅ − = ρ ρρ ρ , (1) где EiCi ρρ − – абсолютное расхождение между экспериментальным и расчетным значением плотно- сти для каждого i-го образца, г/см3; Eiρ – экспери- ментальное значение плотности i-го образца, приня- тое за истинное (среднее), г/см3. Значение q определяется исходя из точности определения экспериментальной плотности образ- цов и их компонентов по формуле: 2,5222 ≈++= ìíêìq ρρρ θθθ %, (2) где ,êìρθ ,íρθ ìρθ – суммарная погрешность определения экспериментальной плотности образ- цов и их компонентов – наполнителя и матрицы (каждый не более 3%). Использованные в выражении (2) суммарные по- грешности определения плотности включают как точность непосредственно измерения, так и точность изготовления образцов с установленным значением объемного содержания наполнителя. Следует отметить, что сравнение величин ρk и q согласно (1) есть условным, поскольку сама оценка ρk является относительной (в нашем случае за «ис- тинное» значение было принято экспериментальное значение плотности). Однако в первом приближе- нии данное неравенство можно использовать для оценки сравнения расчетных и экспериментальных значений линейного коэффициента ослабления. Учитывая, что неравенство (1) удовлетворяется, поскольку критерий соответствия для изготовленных _________________________________________________________________________________ 222 ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2007. № 2. Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (90), с. 220-225. образцов с содержанием наполнителя в диапазоне 0,8...32,8% не превысил 3,2%, а для образца с объем- ным содержанием наполнителя 55,1% составил 5,1%, можно утверждать о соответствии расчетных и экспе- риментальных значений линейного коэффициента ослабления. В этом случае дисперсность наполните- ля и его структура в матрице композита не влияет на сечение полного ослабления гамма-излучения опре- деленной энергии. Тем не менее в результате экспе- римента, проведенного согласно предложенной ме- тодике, возникли существенные расхождения между расчетными и экспериментальными значениями ли- нейного коэффициента ослабления. На рис. 2-4 приведены результаты расчетных и экспериментальных значений линейного коэффици- ента ослабления для разработанных образцов. Впол- не очевидно, что скачкообразных отклонений, полу- ченных при экспериментах, где в качестве матрицы использовалась вода, не обнаружено, и зависимость линейного коэффициента ослабления от относитель- ного содержания является линейной. Рис. 2. Зависимость линейного коэффициента ослабления на энергии источника 241Am от содер- жания наполнителя: 1 – экспериментальные значе- ния; 2 – линейная регрессия экспериментальных значе- ний; 3 – расчетные значения Рис. 3. Зависимость линейного коэффициента ослабления на энергии источника 137Cs от содержа- ния наполнителя: 1 – экспериментальные значения; 2 – линейная регрессия экспериментальных значений; 3 – расчетные значения Рис. 4. Зависимость линейного коэффициента ослабления на энергии источника 60Co от содержа- ния наполнителя: 1 – экспериментальные значения; 2 – линейная регрессия экспериментальных значе- ний; 3 – расчетные значения По полученным экспериментальным значениям построена функциональная зависимость с использо- ванием линейной регрессии в программной среде MathCAD 2000 Professional. Функции линейной ре- грессии экспериментальных значений для трех энер- гий источников приведены в табл. 1. Величина абсолютного и относительного расхо- ждения между полученными результатами оценива- лось по тому же методу, что и для плотности, где за истинное значение принималось эксперименталь- ное. Относительное расхождение между расчетны- ми и экспериментальными значениями оценивалось согласно выражению: %100k Еi CiEi ⋅ − = µ µµ µ , где EiCi µµ − – абсолютное расхождение между экспериментальным и расчетным значением линей- ного коэффициента ослабления для каждого i-го об- разца, см-1; Eiµ – экспериментальное значение ли- нейного коэффициента ослабления i-го образца, принятое за истинное, см-1. Результаты сравнения экспериментальных и рас- четных значений линейного коэффициента ослабле- ния свидетельствуют о значительных расхождениях на низких энергиях гамма излучения (табл. 2). Таблица 1 Функции линейной регрессии зависимости экспериментального линейного коэффициента ослабле- ния от объемного содержания наполнителя _________________________________________________________________________________ 223 ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2007. № 2. Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (90), с. 220-225. На энергии источника 241Am относительное рас- хождение расчетных и экспериментальных линей- ных коэффициентов ослабления составляет от 29,5 до 82,5%, на энергии 137Cs, 60Со – не превышает 10%. Значение относительного расхождения 10% являет- ся допустимой величиной, поскольку на нее влияет множество факторов: точность проведения измере- ния линейных коэффициентов ослабления; точность изготовления образцов; выбор значения в качестве истинного для определения относительного расхо- ждения и др. На энергии 241Am расхождение имеет значительную величину и превышает точность из- мерения и изготовления образцов (табл. 2). Таблица 2 Анализ расхождений между расчетными и экспериментальными значениями линейного коэффициента ослабления Объемное содержание модификатора, % Абсолютное расхождение, см-1 Относительное расхождение, % 241Am 137Cs 60Co 241Am 137Cs 60Co 0 0,000 0,000 0,000 0,0 0,0 0,0 0,8 0,087 0,001 0,001 29,5 1,3 1,6 2,2 0,271 0,003 0,002 53,1 3,5 3,2 3,2 0,432 0,001 0,005 62,3 1,1 6,9 5,6 0,785 0,002 0,003 71,5 2,1 4,0 7,3 1,095 0,004 0,002 75,8 3,7 2,6 9,8 1,444 0,004 0,003 78,1 3,4 3,6 11,4 1,744 0,001 0,001 79,9 0,8 1,2 13,5 2,014 0,003 0,001 80,6 2,4 1,1 16 2,116 0,000 0,010 79,7 0,0 9,7 18,5 2,858 0,000 0,004 82,8 0,0 3,9 22,3 3,302 0,007 0,002 83,0 4,4 1,9 32,8 5,433 0,018 0,001 85,7 9,3 0,8 55,1 6,575 0,025 0,013 82,5 8,9 7,1 Так, например, для объемного содержания на- полнителя в матрице Eν =55,1%, линейный коэффи- циент экспериментального образца больше расчет- ного в 5,7 раз или на 6,575 см-1. Величина абсолют- ного расхождения между экспериментальными и расчетными данными характеризуют величину при- роста защитных свойств композита, обусловленную специфическими свойствами полидисперсного на- полнителя, включающего ультрадисперсную фрак- цию в результате специфического взаимодействия ЭИИ с отдельными ультрадисперсными частицами, так и за счет их структуры. Данный эффект прояв- ляется только на низких энергиях гамма-излучения (241Am) в условиях указанной точности проведения эксперимента. В экспериментах, описанных в работах [3, 4, 6], где в качестве матрицы использовалась вода, части- цы мелкодисперсного наполнителя коагулировались в характерные скопления, что свойственно им в ре- зультате взаимодействия сил взаимного заряжения между отдельными частицами [12]. Это приводило к возникновению скачков ослабления излучения при изменении относительного содержания наполнителя в воде. В данном эксперименте композиционный материал изготавливался так, чтобы распределение наполнителя в матрице было равномерным и не со- здавалось условий для характерной коагуляции ча- стиц. Частицы наполнителя в данной структуре изо- лированы друг от друга веществом матрицы, и, сле- довательно, на величину прироста защитных свойств композита влияет характерное взаимодей- ствие квантов излучения с отдельными частицами наполнителя. Учитывая малый размер некоторых частиц, происходит интенсивное рассеяние квантов излучения на их поверхностных атомах, что приво- дит к увеличению оптической длины пробега кванта и соответственно вероятности возникновения до- полнительных актов фотоэлектрического поглоще- ния, что является, в свою очередь, причиной относи- тельного увеличения величины ослабления ЭИИ [13, 14]. Функцию, характеризующую величину прироста защитных свойств в рассматриваемом эксперименте в зависимости от величины объемного содержания наполнителя в композите, можно найти исходя из разности функции линейной регрессии эксперимен- тальных значений и линейной функции расчетных значений, приведенных в табл. 1: EEÓÄ× f ννµ ⋅+==∆ 130.0167.0)( , см-1 . (3) С помощью выражения (3) можно моделировать прирост защитных свойств композиционного мате- риала, учитывая расход дорогостоящего модифика- тора и весовые характеристики композита, выражая _________________________________________________________________________________ 224 ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2007. № 2. Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (90), с. 220-225. Источник излучения Функция линейной регрессии эксперимен- тальных значений Линейная функция расчетных значений 241Am eee 152.0358.0)(f ννµ ⋅+== eec 02183.0191.0)(f ννµ ⋅+== 137Cs e 3 ee 10695.3077.0)(f ννµ ⋅⋅+== − e 3 ec 1021.4073.0)(f ννµ ⋅⋅+== − 60Co e 3 ee 10159.2061.0)(f ννµ ⋅⋅+== − e 3 ec 100.2061.0)(f ννµ ⋅⋅+== − Eν как функцию стоимости или функцию удельно- го веса композиционного материала. Таким образом, практическим результатом проведенных исследова- ний является создание композиционных материалов с повышенными радиационно-защитными свойства- ми, регулирование которых может быть осуществле- но с помощью технико-экономических показателей. ЛИТЕРАТУРА 1. Radiation, People and the Environment. Vienna: IAEA, 2004, 82 p. 2. В. Отрощенко. Контейнер для „ядерного джин- на” //Еженедельник «2000». 2005, 16 декабря. 3. Г.К. Катращук, Ю.О. Крикун, В.І. Ткаченко. Нові ефекти взаємодії рентгенівського ви- промінювання з ультрадисперсними середовища- ми //УРЖ. 1995, №4, с. 366–367. 4. В.П. Алехин, В.А. Артемьев, Ю.А. Крикун, Н.И. Соколовский, В.И. Ткаченко, В.А. Юпен- ков. О прохождении рентгеновского излучения через мелкодисперсные среды //Сборник науч- ных трудов МАСИ. М.: МАСИ, 1995, с. 60–63. 5. В.М. Пишнів. Порівняльна оцінка рентгенозахисних матеріалів на основі свинцевмісних і безсвинцевих наповнювачів //УРЖ. 2002, №10, с. 24–28. 6. В.А. Артемьев, С.В. Чукляев, Ю.А. Крикун, В.И. Ткаченко, В.А. Юпенков, В.В. Чулков. Прохождение рентгеновского излучения сквозь ультрадисперсные системы //Атомная энергия. 1995, т. 78, в. 3, с. 186–191. 7. Энциклопедия полимеров /Под ред. В.А. Кабанова. Т. 3. М.: «Советская энциклопедия», 1977, 1152 с. 8. В.К. Милинчук. Радиационная химия //СОЖ. 2000, т. 6, №4, с. 24–29. 9. S. Baccaro, B. Bianchilli, C. Casadio, G. Rinaldi Radiation stabilization effects in an ethylene-propy- lene copolymer and in epoxy resin particulate com- posites //Stability and stabilization of polymers un- der irradiation. Vienna: IAEA, 1999, p. 65–77. 10. Guide to Expression of Uncertainty in Measure- ment /First edition – ISO/Switzerland: Руководство по выражению неопределенностей измерения /Русский перевод /Научный редактор В.А. Слаев. Санкт-Петербург: НПО ВНИИМ им. Менделее- ва, 1999, 134 с. 11. И.П. Захаров, В.Д. Кукуш. Теория неопределен- ности в измерения: Учебн. пособие. Харьков: Консум, 2002, 256 с. 12. Л.К. Григорьева, Э.Л. Нагаев, С.П. Чижик. Ма- лые металлические частицы в физике и химии //Природа. 1988, №6, с. 4–11. 13. В.А. Артемьев. Об ослаблении рентгеновского излучения ультрадисперсными средами //Письма в ЖТФ. 1997, т. 23, №6, с. 5–9. 14. В.А. Артемьев. Оценка ослабления гамма-излу- чения наноструктурными материалами //Атом- ная энергия. 2002, т. 93, №2, с. 120–128. ОЦІНКА ПРИРОСТУ РАДІАЦІЙНО-ЗАХИСНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ КОМПОЗИТІВ НА ОСНОВІ ПОЛІДИСПЕРСНИХ НАПОВНЮВАЧІВ А.Ю. Андріанов, Е.А. Джур, Ю.А. Крикун Проаналізовано вплив дисперсних наповнювачів на радіаційно-захисні властивості композиційних матеріалів. Зроблено кількісну оцінку приросту захисних властивостей композиційних матеріалів при використанні полідисперсних наповнювачів, що містять ультрадисперсну фракцію. Застосування полідисперсних наповнювачів дозволяє одержати високоефективні матеріали для захисту від рентгенівського і гамма-випромінювання в різних галузях використання радіоактивних матеріалів і джерел. ESTIMATION OF RADIATION-PROTECTIVE PROPERTIES’ INCREMENT OF COMPOSITES BASED ON POLYDISPERSE FILLERS A.Yu. Andrianov, Ye.A. Dzhur, Yu.A. Krikun Filler’s dispersity effect on radiation-protective properties of composite materials is analyzed. Quantitative estimation of radi- ation-protective properties’ increment of composites based on polydisperse fillers with superdisperse fraction is given. Develop- ment of high-performance materials for shielding against X-rays and gamma-radiation in different fields of radioactive materials/sources’ application is ensured by use of polydisperse fillers. _________________________________________________________________________________ 225 ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2007. № 2. Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (90), с. 220-225.

Оценка прироста радиационно-защитных свойств композитов на основе полидисперсных наполнителей

Репозитарії

Схожі ресурси