CS260515B1

CS260515B1 - Moderating and absorptive plate for neutrons

Info

Publication number: CS260515B1
Application number: CS868215A
Authority: CS
Inventors: Jan Broulik; Jiri Pipota
Original assignee: Jan Broulik; Jiri Pipota
Priority date: 1986-11-13
Filing date: 1986-11-13
Publication date: 1988-12-15
Also published as: CS821586A1

Abstract

Vrstvená deska pro zpomaleni a záchyt neutronů je vytvořena laminací pryskyřice, naplněné absorbátorem neutronů a skleněnou či kovovou tkaninou. Pro zvýšení odolnosti je možné ji pláštovat korozivzdornou fólií, pro zvýšení zpomalujícího účinku ji lze potahovat neutrony zpomalujícími materiály. Deska má stejný účinek jako ocelové desky s příměsí boru při zmenšené tlouštce a několikrát nižší měrné hmotnosti.Laminated plate for deceleration and capture neutrons is formed by resin lamination, filled with neutron absorber and glass or a metal fabric. For increased durability it can be covered with corrosion-resistant foil, it can be used to increase the retarding effect coating with neutrons retarding materials. The plate has the same effect as steel plates with boron admixture at reduced thickness and several times lower specific gravity.

Description

Vynález se týká desky tvořící rozhraní mezi 2 prostředími, ve kterých se vyskytují neutrony, přičemž deska zamezuje nebo snižuje průchod neutronů tímto rozhraním.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a plate forming an interface between 2 environments in which neutrons occur, wherein the plate prevents or reduces the passage of neutrons through this interface.

V dosud známých a používaných typech těchto desek je využito faktu, že neutrony jsou po'zpomalení siáikfcmi s jádry lehkých prvků, jako např. H nebo C, absorbovány jádry některých prvků (napi. B nebo Cd). Na tomto principu jsou založeny stínící bloky z polyetylénu s příměsí B, široce využívané ke stínění neutronového záření. Takovéto desky však nemohou být použity např. v prostředí se zvýšenou teplotou.In the known and used types of these plates, it is utilized that the neutrons are absorbed by the nuclei of some elements (e.g., B or Cd) by slowing down with the nuclei of light elements, such as H or C. Based on this principle, shielding blocks made of polyethylene with an admixture B are widely used to shield neutron radiation. However, such boards cannot be used, for example, in an elevated temperature environment.

Známé jsou i způsoby, kdy neutrony absorbující prvek, např. B, je obsažen jako příměs v oceli, ze které se válcují desky. Výroba takovýchto desek je však technologicky náročná a finančně nákladná, navíc jejich účinnost je relativně nízká, neboř množství B, které může ocel obsahovat, se pohybuje maximálně okolo 1 % hmotnostního.Methods are also known in which the neutron absorbing element, e.g. B, is contained as an additive in the steel from which the plates are rolled. However, the production of such plates is technologically demanding and expensive, and their efficiency is relatively low, since the amount of B which the steel can contain is at most about 1% by weight.

V jiných typech absorpčních desek je absorbátor neutronů nanesen na povroh ocelových desek např. difuzním boridováním v zásypu nebo galvanicky. Nevýhodou těchto desek je rovněž relativně nízký podíl absorbátoru a obtížnost zajistit homogenitu povrchové absorpční vrstvy. Další nevýhodou může být nestálost této povrchové vrstvy při použití desky v korozním prostředí.In other types of absorbent panels, the neutron absorber is deposited on the surface of the steel panels, for example by diffusion boriding in a backfill or galvanically. A disadvantage of these plates is also the relatively low absorber content and the difficulty of ensuring the homogeneity of the surface absorbent layer. Another disadvantage may be the instability of this surface layer when using the plate in a corrosive environment.

»»

Je známo i řešení, kdy je absdrbátor neutronů aplikován jako příměs adheziv (na bázi tepelně tvrzených pryskyřic), které slepují dvě ocelové desky. Nevýhodou tohoto řešení je to, že po destrukci adhezní vrstvy zářením (ke které nutně dochází velmi brzo při vysokých dávkových příkonech) se silně naruší homogenita rozložení absorbátoru v ploše.It is also known that a neutron absorber is applied as an admixture of adhesives (based on thermally hardened resins) that adhere two steel plates. The disadvantage of this solution is that after the destruction of the adhesive layer by radiation (which necessarily occurs very soon at high dose rates), the homogeneity of the distribution of the absorber in the surface is greatly impaired.

Výše uvedené nedostatky a nevýhody odstraňuje moderační a absorpční deska podle vynálezu, jehož podstatou je to, že absorpční vrstva je tvořena polymerní matricí s vysokým obsahem inertní sloučeniny absorbátoru, který je v ní homogenně rozptýlen. Absorpční vrstva je ztužena vrstvou nebo vrstvami skleněné tkaniny a celý systém je pláštóván např. tenkou nerezavějící fólií. Pryskyřice tvořící polymerní matrici je radiačně tvrditelná a po destrukci gama zářením během provozního užívání z ní zůstane v systému 60 až 65 % hmotnostních původní hmoty. Plášt chrání absorpční vrstvu před mechanickým poškozením a před rozpadem systému po rozkladu adhezní polymerní matrice. Plášt nesmí být hermeticky uzavřen, protože produkty destrukce pryskyřice jsou plynné a musí mít možnost úniku ze systému, jinak dojde k deformaci pláště. Skleněná tkanina pak zajistí nezměněné homogenní rozloženi zrn absorbátoru ve vrstvě. K nutnému zpomalování neutronů může docházet v jednom, popř. v obou prostředcích oddělovaných popisovanou deskou, navíc může být deska potažena z jedné nebo z obou stran materiálem, který účinně zpomaluje neutrony a dostatečně odolává gama zářeni.The aforementioned drawbacks and drawbacks are overcome by the moderation and absorbent board according to the invention, which is based on the fact that the absorbent layer is a polymer matrix with a high content of inert absorber compound, which is homogeneously dispersed therein. The absorbent layer is reinforced with a layer or layers of glass fabric and the entire system is sheathed with, for example, a thin stainless steel film. The resin forming the polymer matrix is radiation-curable and will remain in the system 60-65% by weight of the original mass after gamma radiation destruction during use. The sheath protects the absorbent layer from mechanical damage and system disintegration after decomposition of the adhesive polymer matrix. The sheath must not be hermetically sealed because the resin destruction products are gaseous and must be able to escape from the system, otherwise the sheath will deform. The glass fabric then ensures unchanged homogeneous distribution of the absorber grains in the layer. The necessary neutron deceleration can occur in one or two. in both the means separated by the described board, moreover, the board may be coated on one or both sides with a material that effectively retards neutrons and sufficiently resists gamma radiation.

Výhodou tohoto řešení je to, že moderační a absorpční deska podle vynálezu může při stejných nebo menších tlouštkáoh obsahovat větší množství absorbátoru neutronů než dosud známé desky, čímž se dosáhne vyšší účinnosti při současném snížení měrné hmotnosti. Další výhodou je to, že takovouto desku lze použít i v korozních prostředích i v prostředí s vysokou úrovní záření gama, neboř vhodnou volbou a počtem vrstev skleněné tkaniny se zamezí změnám prostorové koncentrace absorbujícího materiálu i při totální radiační destrukci základní pryskyřice.The advantage of this solution is that the moderation and absorbent plate according to the invention can contain a greater amount of neutron absorber than the known plates at the same or smaller thicknesses, thus achieving higher efficiency while reducing the density. A further advantage is that such a plate can be used in corrosive environments as well as in high gamma radiation environments, since the number of layers of glass fabric avoids changes in the spatial concentration of the absorbing material even with total radiation destruction of the base resin.

Moderační a absorpční deska podle vynálezu je ilustrována následujícími dvěma příklady:The moderation and absorbent plate according to the invention is illustrated by the following two examples:

Přiklad 1Example 1

Polymerní matrici tvoří ipoxyakrylát-novolaková pryskyřice A s obsahem 10 až 50 % hmotnostních novolaku, zředěná 10 až ·! % 2 -etylhexylakrylátu. Absorbátorem je karbid čtyřboru B^C o zrnění 0,05 až 0,21 ·. ·. Skleněná tkanina má tlouštku 0,05 mm a hustotu ,ia ran, její plošná hmotnost je 0,7 g/100 cm“'. Nerezavějící folii tvoří ocelový nerezový tažený plech o tlouštce 0,15 mra.The polymer matrix is ipoxyacrylate-novolak resin A containing 10 to 50% by weight of novolak, diluted to 10 to 50% by weight. % 2-ethylhexyl acrylate. The absorber is B 4 C carbide with a particle size of 0.05-0.21. ·. The glass fabric has a thickness of 0.05 mm and a density, including wounds, with a basis weight of 0.7 g / 100 cm -1. Stainless steel foil consists of steel drawn sheet steel with a thickness of 0.15 mra.

Moderační a absorpční deska je vytvořena takto:The moderator and absorbent plate is formed as follows:

g pryskyřice A g karbidu čtyřboru se homogenně smíchá a postupně nanáší na skleněnou tkaninu (130 cm v jedné vrstvě), celkem na šest vrstev. Pak je surový laminát položen na ocelový plech a přikryt druhým kusem plechu a celek je slisován na tloušEku 2,2 mm. Po slisování je deska ozářena ionizujícím zářením dávkou 50 kGy, čímž je polymemí matrice vytvrzena a vytvořena adhezní síla k plášEujícím plechům. Poté jsou okraje pláště zbodovány elektrickým obloukem a tak zajištěny proti deformaci, přičemž mezi místy spojů jsou štěrbiny pro únik plynů z destruované pryskyřice. Takto je získána moderační a absorpční deka o tloušEce 2,25 mm, která je svou absorpční schopností ekvivalentní 8 mm ocelové desky s příměsí boru 1 % hmotnostní a její plošná hmotnost je 3,9 kg/m . Desku lze použít ve všech prostředích včetně vodných roztoků kyselin nebo zásad a její vlastnosti nezávisí na teplotě okolí.g of resin A g of quaternary carbide is mixed homogeneously and gradually applied to a glass cloth (130 cm in one layer), for a total of six layers. Then the raw laminate is laid on a steel sheet and covered with a second piece of sheet and the whole is pressed to a thickness of 2.2 mm. After compression, the plate is irradiated with ionizing radiation at a dose of 50 kGy, thereby curing the polymer matrix and creating an adhesive force to the sheathing sheets. Thereafter, the edges of the sheath are electrically arced and thus secured against deformation, with slots for leakage of gases from the destroyed resin between the joints. Thus, a moderate and absorbent blanket having a thickness of 2.25 mm is obtained which is equivalent in its absorbency to an 8 mm steel plate with a boron content of 1% by weight and has a basis weight of 3.9 kg / m. The board can be used in all environments including aqueous solutions of acids or bases and its properties do not depend on ambient temperature.

Příklad 2Example 2

Polymemí matrici tvoří epoxyakrylát-novolaková pryskyřice A jako v příkladě 1. Absorbátorem je jemně mletý oxid boritý B₂°3 ° ^zrn^^ní °»1 ^a^ °»² mm. Vyztužujicí skelná tkanina je stejná jako v příkladě 1. Moderační a absorpční deska je vytvořena takto:The polymeric matrix is an epoxy novolac resin A as in Example 1. The absorber is finely ground boron oxide B ₂ ° 3 ° ^the ^grain ^ ° »^ ° 1 ^and» ² mm. The reinforcing glass fabric is the same as in Example 1. The moderation and absorbent plate is formed as follows:

g pryskyřice A g BjOj se zhomogenizuje a laminováním se vytvoří devítivrstvý laminát o tloušEce 6,5 až 7 mm. Laminát se vytvrdí ozářením urychlenými elektrony o energii 4 MeV dávkou 80 kGy. Získaná vrstva je mírně plastická a odolává teplotám do 125 °C. Vrstva je poté potažena z obou stran parafinem o tloušEce 2 mm. Takto připravená deska je svou absorpční schopností ekvivalentní 3 mm qThe resin A g B0j was homogenized and laminated to form a nine-layer laminate having a thickness of 6.5 to 7 mm. The laminate is cured by irradiation with accelerated 4 MeV electrons at a dose of 80 kGy. The obtained layer is slightly plastic and withstands temperatures up to 125 ° C. The layer is then coated on both sides with 2 mm thick paraffin. The plate thus prepared is equivalent to 3 mm q with its absorbency

silné ocelové desce s příměsí boru 1 % hmotnostní, její měrná hmotnost je 2,05 g/cm . Může být použita v suchém prostředí do teploty 80 °C, nejlépe v tvarujícím obalu (např. jako vložka v kontejneru apod.).thick steel plate with a boron content of 1% by weight, its specific gravity is 2.05 g / cm. It can be used in a dry environment up to 80 ° C, preferably in a shaping container (eg as a liner in a container, etc.).

Moderační a absorpční desku podle vynálezu lze použít ke konstrukci obálek palivových kazet jaderných energetických nebo experimentálních reaktorů při jejich tzv. kompaktním skladování nebo k výrobě transportních kontejnerů těchto palivových kazet. Možné je i použití jako filtru k regůlaci intenzity neutronových zdrojů.The moderator and absorbent plate according to the invention can be used for the construction of fuel cartridge envelopes of nuclear power or experimental reactors during their so-called compact storage or for the manufacture of transport containers for these fuel cartridges. It is also possible to use it as a filter to regulate the intensity of neutron sources.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

What is claimed is: 1. A moderator and absorbent plate for retarding and capturing neutrons, characterized in that it is composed of a homogeneous mixture of synthetic resin and a neutron absorber and is reinforced with layers of glass or metal fabric or honeycomb elements.

2. Moderation and absorbent board according to claim 1, characterized in that its surface is protected by a corrosion-resistant foil or sheet.

3. The moderator and absorbent plate according to claim 1 or 2, wherein the surface thereof is provided with a layer of neutron retardant material.

4. The moderator and absorbent plate according to claim 1, wherein the resin is cured on ionizing radiation.