CZ2001618A3 - Ochranný beton proti záření a ochranný pláą» proti záření - Google Patents

Description

Ochranný beton a ochranný plást proti zářeni

Oblast techniky

Vynález se týká ochranného betonu a ochranného pláště proti záření pro odstínění vyzařování zdroje záření, zejména odstínění neutronového záření a záření gama.

Dosavadní stav techniky

Pro odstínění vyzařovacího zdroje, emitujícího ionizující záření a/nebo neutronové záření, například záření v oblasti paprskového kanálu reaktorového zařízení, štěpného neutronového zdroje nebo záření vycházejícího z lékařských přístrojů, se obvykle používá jako stínící materiál ocel, litinové materiály, polyetylénové vrstvy, olovo, slitiny olova a také kombinace těchto materiálů. Dotováním těchto materiálů tak zvanými neutronovými jedy, například borem, zejména izotopem boru 10, nebo kadmiem se tyto materiály stávají zvláště výhodnými pro odstínění neutronů. Neutrony jsou v takovém případě ve větší nebo menší míře absorbovány v závislosti na koncentraci těchto přidávaných látek, například na koncentraci boru, a na energii neutronů.

Druh, velikost a výkon zdroje záření určují v rozhodující míře konstrukci, volbu materiálu a rozmístění materiálu stínícího krytu. Obvykle bývá potřebná celková tlouštka stínícího krytu určována intenzitou záření na vstupu do stínícího krytu a požadovaným snížením intenzity záření po průchodu celou tloušťkou stínícího krytu a také specifickou stínící aktivitou zvoleného stínícího materiálu.

Aby u zvláště silného zdroje záření, například v paprskovém kanálu reaktorového zařízení, bylo možno vytvořit účinný ochranný plášť proti vznikajícímu teplu, vyzařování neutronů a paprsků gama, má stínící kryt v důsledku své potřebné ♦ · · · · · celkové tloušťky obvykle značnou hmotnost. Kromě toho je u reaktorových zařízení nebo štěpných neutronových zdrojů ochranný plášť nebo ochranná bariéra rozdělena na několik oblastí nebo vrstev z různého materiálu. Například reaktory jsou například průběžně chlazeny a odstíněny stále ochlazovanou vodou, tvořící první vrstvu. Na tuto, první vrstvu navazuje obvykle druhá vrstva z pevných materiálů, zejména z betonu s vysokou měrnou hmotností. Proto musí být jednotlivé vrstvy ochranného pláště z tuhých materiálů odolné proti korozi vyvolávané vodou ve formě vodních par. Proto se stínící materiál, vybraný z vhodných tuhých látek, opatřuje obvykle pláštěm nebo pouzdrem ze zušlechtěných kovů. Tato opatření jsou kvůli konstrukční náročnosti a montážní obtížnosti zvláště drahá.

Kromě toho je nevýhodné, že dutiny nutné pro komplexní konstrukci zdrojů záření nemohou být kvůli tuhým stínícím materiálům plně nebo v celém rozsahu využity pro stínící kryt. To vede k tomu, že rozměry konstrukce jsou kvůli požadovaným a předpisy nařízeným stínícím účinkům značně velké a ochranný plášť tohoto druhu je zvláště nákladný.

Z odborného článku v časopisu Beton 10/78, str. 368 až 371 s názvem Strahlenschtzbetone - Merkblatt fůr Entwerfen, Herstellen und Průfen von Betonen des bautechnischen Strahlenschutzes (Ochranné betony - poznámky pro projektování, výrobu a zkoušení betonů ochranných stavebních konstrukcí proti záření) je známo přidávání látek obsahujících bor jako přísad do betonové směsi. Takovými látkami s obsahem boru jsou například kolemanit, borkalcinit, frita boru a karbid boru. Kromě toho jsou v tomto článku zmíněny kovové těžké přísady jako například granulované železo nebo ocelový písek.

Dosud se vycházelo z toho, že se jednak přísady s obsahem boru a jednak kovové těžké přísady mohou přidávat do • · · betonu jen ve velmi malých podílech, aby se například napříznivě neovlivnilo tuhnutí betonu. Z ochranných betonů proti záření popsaných ve zmíněném článku bylo možno podle dosavadního stavu znalostí v odborném světě vyrobit ochranný plášť rovněž jen se značně velkými rozměry.

Úkolem vynálezu je proto vyřešit složení ochranného betonu pro zajišťování ochrany proti záření, ze kterého by bylo možno vyrobit ochranný plášť se zvláště malým objemem při zachování co nejvyšší možné absorbce pronikajících paprsků. Řešení by mělo být spojeno při zvláště vysoké stavební flexibilitě s velmi nízkými pořizovacími a výrobními náklady. Pro tento účel má být vyřešeno také vytvoření ochranného pláště.

Podstata vynálezu

Tento úkol je vyřešen ochranným betonem proti záření podle prvního provedení vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že tento ochranný beton obsahuje v hmotnostním množství nejméně 5.0 %, zejména nejméně 7,8 % první přísady s obsahem boru, mající zrna s velikostí do 1 mm, a druhou kovovou přísadu se zrny s velikostí do 7 mm.

Ochranný beton v prvním provedení vynálezu je zvláště vhodný pro odstínění silnějšího neutronového záření.

Stanovené úkoly jsou vyřešeny také druhým provedením vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že ochranný beton obsahuje první přísadu s obsahem boru se zrny s velikostí do 1 mm a druhou kovovou přísadu s velikostí zrn do 7 mm v hmotnostním množství 80 až 90 %.

V ochranném betonu podle druhého provedení vynálezu je výhodný podíl nebo obsah první přísady s obsahem boru v hmotnostním množství mezi 1,0 a 1,5 %. Podíl druhé kovové přísady • · · · · ···* • · · f · ··· ·· • · · ·* «I • · · · · · · · · · · · · · · · «· · se pohybuje výhodně v intervalu mezi 85 a 89 % hmotnostními.

Ochranný beton podle druhého provedení vynálezu je zvláště vhodný pro odstínění silnějšího záření gama.

Zkouškami se proti očekávání a k všeobecnému překvapení odborníků ukázalo, že ochranný beton v obou základních provedeních podle vynálezu je i přes vysoký obsah prvních přísad s obsahem boru a popřípadě vysoký obsah druhých kovových přísad vyrobítelný a technicky využitelný.

Beton zajištující ochranu proti pronikání záření je zvláště vhodný pro výrobu ochranných pláštů, u kterých je stěnová oblast vytvořena z ochranného betonu pro ochranu proti záření, majícího nejméně jedno z materiálových složení podle vynálezu.

Vynález vychází z přesvědčení, že pro dosažení zvláště velkého stínícího účinku při minimálním objemu by měl být využit stínící materiál nebo materiál poskytující ochranu proti pronikání záření, který je možno vpravovat také do komplikovaně vytvořených dutin a tím dosáhnout stínícího účinku v bezprostřední blízkosti zdroje záření. Materiálové složení stínícího materiálu by přitom měl být takové, aby bylo možné přímé ozařování zářením zdroje. Jinými slovy, odstínění by mělo být odolné proti vysokým teplotám a záření, aby tak bylo možné jejich umístění v bezprostřední blízkosti zdroje záření a tedy v extrémních okolních podmínkách. Kromě toho je složením stínícího materiálu dosažení určitého potenciálu pro vlastní aktivaci, to znamená, že silným zářením gama se mohou složky přísad po dostatečně dlouhých časových intervalech, ve kterých působí ozařování, aktivovat a samy se mohou přeměnit na vyzařující složky. To znamená, že při působení silného gama záření se mohou složky přísad při dostatečně dlouhém ozařování aktivovat a samy se tak stát vyzařující látkou.

• · ······ ·· · ··· ·♦· ···· • · · ····· · · · ··«···· · ··· · · • · ·· · · · · • · · ♦ · · β · · « · · · «

Na základě těchto poznatků je ochranný plášů proti záření vytvořen z betonu, u kterého se dosahuje v důsledku jeho chemického složení a navržených velikostí zrn používaných chemikálií potřebného účinného odstínění a nízkého výskytu vlastní aktivace složek betonu. Pro požadovaný stínící účinek je rozhodující poměr podílů záření gama a neutronového záření na celkové intenzitě záření. Čím je větší podíl záření gama, tím je třeba zvolit větší měrnou hmotnost betonu ve vytvrzeném stavu podle DIN 1045. Toho je dosaženo v druhém provedení vynálezu vysokým podílem druhé kovové přísady, ovlivňující měrnou hmotnost betonu použitého ve funkci stínícího materiálu. Naproti tomu je pro vysoký podíl neutronového záření u prvního provedení vynálezu obsah první přísady s obsahem boru, působící jako likvidátor neutronů, volen zvláště vysoký. Přitom je možno nastavit minimální měrnou hmotnost betonu kolem 3000 k/m³, protože jinak by při absorpci neutronového záření mohlo vznikat sekundární záření gama.

Ochranné betony proti záření v prvním a druhém provedení jsou výhodně tvořeny betonovými směsemi, obsahujícími jako základní složku cement s vysokým obsahem krystalické vody a vody (tak zvané záměsové vody), a kromě toho první přísadu s obsahem boru jako tak zvaný neutronový jed a druhou kovovou přísadu pro dosažení požadované hustoty.

Pro další zvýšení hustoty nebo pro zvýšení obsahu krystalické vody slouží u ochranných betonů podle vynálezu zejména třetí kovové přísady, popřípadě čtvrté minerální přísady. Kromě toho je výhodné používat pomocných látek jako jsou ztekucovadla a/nebo zpomalovače tuhnutí a tvrdnutí. Přidáním ztekucovacích a zpomalovacích přísad se zlepšuje zpracovatelnost betonové směsi, zejména při vyšších měrných hmotnostech od asi 4000 kg/m³.

Tento beton nepřijímá téměř žádnou vodu, takže nedochází

- 6 k téměř žádné korozi kovových přísad. Přimícháním čtvrté minerální přísady, zejména serpentinu, se kromě toho dosahuje toho, že voda přiváděná při výrobě betonu se.ani při vyšších teplotách neuvolňuje. Kromě toho je větší část vody vázána v betonu ve formě krystalické vody. Serpentin se vyznačuje zvláště velkou schopností vázat značné množství vody ve formě krystalické vody, tím se zlepšuje odolnost proti korozi kovových přísad v porovnání se standardními betony při současných zvláště dobrých vlastnostech zlepšujících zpracovatelnost a vyrobitelnost. To zase umožňuje vytvářet stínící těleso v libovolném tvaru. Tato stínící tělesa nebo betonové bloky tvoří v požadovaném počtu a vrstvení ochranný plášt proti záření.

Bor slouží díky svému vysokému zachycovacímu průřezu pro neutrony (zejména termické neutrony) především jako absorber neutronů a v závislosti na tom se zahřívá. Bor je však velmi lehký, méně tepelně vodivý a méně pohltivý pro záření gama než mnohé jiné materiály. Jako druhá přísada se však používají kovy, které mají často odrazivé vlastnosti na neutronové záření. Proto je možno volbou hmotnostních poměrů přísad nastavit absorpci, moderaci a odrazy neutronového záření podle konkrétních požadavků, přičemž současně je možno dosáhnout potřebné měrné hmotnosti, odvádění tepla a absorpce gama záření.

Dosažení vhodné měrné hmotnosti se zajistí kombinací zvolených přísad a vhodnou volbou jejich zrnitostí. Příslušné velikosti přísad mohou být přitom voleny tak, že betonová směs má z hlediska zpracovatelnosti a dosahovaných vlastností, například moderace a absorpce, co největší výrobní flexibilitu, popřípadě co nejefektivnější stínící účinek. K tomu obsahují přísady zejména jak jemnozrnné, tak i hrubozrnné podíly. Jako zvláště výhodné se ukazuje, že první přísada s obsahem boru má menší velikosti zrn než druhá kovová přísa4» · · ·

- 7 • * ·· *· da, přičemž jemnozrnná první přísada má střední průměr zrn kolem 1 mm a hrubozrnná druhá přísada má střední průměr zrn asi 7 mm.

Pro různé případy použití ochranného pláště proti záření podle vynálezu je možné pozorovat dva mezní případy s ohledem na druh záření:

a) převážně neutronové záření se zbytkovým podílem záření gama a s přihlédnutím na vznikající sekundární gama záření a

b) převážně gama záření se zbytkovým podílem neutronového záření.

Pro případ a) se dosáhne požadovaného odstínění zejména co největším podílem stínícího betonu s látkami ničícími neutrony, přičemž beton má mít určitou minimální měrnou hmotnost pro odstínění sekundárního gama záření. Pro případ a) je zvláště vhodný ochranný beton proti záření podle prvního provedení vynálezu.

U případě b) se dosahuje požadovaného odstínění gama paprsků především co nejvyšší měrnou hmotností betonu (stínícího betonu), přičemž tento stínící beton by měl obsahovat určitý minimální podíl látky likvidující neutrony pro odstínění zbytkového neutronového záření. Pro tento účel je vhodný zejména ochranný beton podle druhého provedení vynálezu.

Odpovídající oblast stěny vytvořené z betonu se může kombinovat při hotovení vrstvených konstrukcí s jinými stínícími vrstvami ochranného pláště proti záření, majícími jiné složení betonu. Přitom se jednotlivé stínící vrstvy od sebe odlišují podle svého složení jinými dosahovanými stínícími účinky. Například mohou být vytvořeny stínící vrstvy mající oproti jiné oblasti stěny nižší měrnou hmotnost a zvýšený podíl obsahu boru, aby se získala větší tloušřka ochrany pro- 8 -

4 ·	• ·	99 9 9	4 4 ·
• 4	•	• ·	•	4 «	4 4
•	9 ·	• 4	• · *
•	99 44	4 4 9	• ·	• i
4	•	• 9	•	4 9
4 4 4	•	9 ·	•44	4 4	4 4

ti pronikání neutronů.

Pro odstínění, zejména pro záření vycházejícího ze zdroje, absorbování neutronového je ve výhodném provedení vynálezu bor obsažen v první přísadě ve formě minerálů obsahujících bor, zejména kolemanitu obsahujícího oxid boru.

Podíl boru v první přísadě činí nejméně 20 % hmot., zejména mezi 30 a 50 % hmot, (vztaženo na oxid boru). Přimícháním kolemanitu, který je minerálem nacházejícím se v přírodě a obsahujícím bor do hmotnostního množství 41 %, se docílí zvláště dobrých absorpčních vlastností pro termické neutrony ochranného pláště proti záření.

Pro dosažení zvláště vysoké hustoty betonu je podle dalšího výhodného provedení vynálezu druhá kovová přísada tvořena železným nebo ocelovým granulátem. Použitím ocelového granulátu s měrnou hmotností až 7850 kg/m^ jako hrubě zrnitého materiálu s velikostí zrn od 0,3 do 7 mm je v rozhodující míře určena měrná hmotnost vyrobeného betonu. Kromě toho je zvolenou velikostí zrn možno zvláště jednoduše vyrobit a zpracovat beton i pro menší rozměry ochranného pláště.

Aby se dosáhlo zvláště dobré vazby železného a ocelového granulátu v betonu a navíc se také docílilo zvláště velké pevnosti v tlaku a tahu, je podle jiného výhodného provedení přidána třetí přísada, zejména barytový písek, mající zrna o velikosti zejména do 1 mm a v důsledku toho je jemně zrnitá. Přimíšením barytového písku je možno nastavit požadovanou pevnost v tlaku a v tahu, která umožní používat beton jak v nosných částech betonových konstrukcí a také ve staticky zatížených betonových blocích.

Pro mezní případ a), to znamená pro zvláště účinné odstínění neutronového záření, je stěnová část ochranného pláště proti záření vytvořena zejména z ochranného betonu podle • · · ·

- 9 prvního provedení vynálezu. Tento ochranný beton poskytující ochranu proti záření je tvořen prvním betonem, majícím v hmotnostních množstvích minimální obsah cementu mezi 8 a 9 %, minimální obsah vody (záměsové vody) mezi 4,5 a 6,5 %, minimální obsah pevní přísady (kolemanitu) od nejméně 7,8 % až do stejného podílu jako zvolený podíl cementu, minimální obsah druhé přísady (granulát železa nebo oceli) mezi 30 a 35 % a minimální obsah druhé přísady s obsahem minerálů (serpentin) mezi 40 a 50 %. U tohoto prvního betonu nejsou pomocné látky nutné. Množství uváděná v hmotnostních procentech se vztahují na navážené dávky zbavené při 80°C vody.

Zvláště vysoký podíl vody v první betonové směsi způsobuje v důsledku toho, že záměsová voda se váže ve formě krystalické vody, velmi vysoké zbrzďování neutronového záření. Jinými slovy, čím jsou vyšší podíly kolemanitu a vody, tím lépe plní první tento beton díky lepším vlastnostem své stínící úkoly a brání tak účinně pronikání neutronového záření.

V dalším výhodném provedení vynálezu má tento první beton nebo ochranný beton proti záření měrnou hmotnost kolem 3000 kg/m³. Zejména při použití železného nebo ocelového granulátu s určitou velikostí zrn jako druhé přísady se snadno dosáhne požadované měrné hmotnosti. Dosažená měrná hmotnost přispívá také k výraznému odstínění záření gama. Přidáním čtvrté přísady, tvořené serpentinem, se podstatně zvýší obsah krystalické vody v betonové směsi a vazba uvnitř betonu se zlepší natolik, že zatvrdlý beton má zvláště vysokou pevnost v tlaku a v tahu. Na základě zvláště vysokého podílu serpentinu se tento první beton označuje pojmem serpentinový beton.

Pro udržení vodního součinitele přísad pro serpentinový beton na co nejnižší hodnotě, má třetí přísada zrna zejména do velikosti 7 mm. Přitom se jako zvláště výhodné ukázalo ·

- 10 takové konkrétní provedení, při kterém se do betonové směsi přidává třetí přísada, která má dvě vzájemně rozdílné velikosti zrn. Minimální obsah třetí přísady s první velikostí zrn do 3 mm se výhodně pohybuje mezi 12 a 16 % hmot, a minimální obsah přísady s druhou velikostí zrn mezi 3 a 7 mm se pohybuje mezi 28 a 34 % hmot. Údaje o velikostech se týkají geometrické střední hodnoty, která byla nastavena při drcení minerálů nebo při odpovídajícím výrobním postupu při výrobě drtě. Určená horní hranice velikosti zrn však může být nastavena velikostí ok příslušných sít.

Pro mezní případ b), to znamená pro vysokou absorpci záření gama v ochranném plášti, je stěnová část vytvořena z ochranného betonu pro ochranu proti záření podle druhého provedení vynálezu. Tento ochranný beton proti záření je tvořen druhou betonovou směsí, obsahující v hmotnostních množstvích minimální obsah cementu mezi 4a 4,5 %, minimální obsah vody (záměsové vody) mezi 1,5 a 2,5 %, minimální obsah první přísady (kolemanitu) mezi 1 a 1,4 %, minimální obsah druhé přísady (granulátu železa nebo oceli) mezi 85 a 89 %, minimální obsah třetí přísady (barytového písku) mezi 4,5 a 5 %. a minimální obsah pomocné látky od 0,1 do 0,15 %. Množství uváděná v hmotnostních procentech se vztahují na navážené dávky zbavené při 80°C vody.

Tento druhý beton nebo ochranný beton proti pronikání záření má výhodně v jednom z obou provedení měrnou hmotnost kolem 6000 k/m³. Zejména při použití železného nebo ocelového granulátu s určenou velikostí zrn jako druhé přísady se dosáhne zvláště vysoké měrné hmotnosti. Vysoká měrná hmotnost zajišťuje zase vysoce účinné odstínění vznikajícího záření gama. Vázáním vody, tvořené záměsovou vodou, ve formě například krystalické vody a také přítomností krystalické vody v použitých surovinách, například v serpentinu se dosáhne také v tomto případě účinného zbrzďování a moderace neutrono* ««··«· ·· • · · · · · · • · · 9 ···· · ·» ·»····« · · · · · • · · · · « · vého záření. Beton má v důsledku obsahu kolemanitu také dobré vlastnosti potřebné pro pohlcování neutronového záření. Přidáním třetí přísady tvořené barytovým pískem se zlepšuje vazba betonu a tím také jeho pevnost v tlaku i tahu. Pro zvláště rychlé a jednoduché zpracování betonové směsi se výhodně používá pomocné látky tvořené ztekucovací přísadou nebo zpomalovačem tuhnutí. Množství přidávané pomocné látky je závislé na množství přidávaného kolemanitu, které má zvláště velký vliv na zpracovatelnost druhé betonové směsi. Tento druhý beton, u kterého je pro mezní případ b) základní složkou železný nebo ocelový granulát, se označuje jako granulátový beton s ocelovými granulemi.

Při volbě betonu s ohledem na minimální obsahy složek je třeba brát ohled na množství různých požadovaných vlastností, projevujících se při různých vlivech představovaných například druhem stíněného záření, dávkové intenzitě před a za stínící clonou nebo ochranným pláštěm, na podílu elektronového záření a také na jeho energetické úrovni, dlouhodobé korozi v poměrech zvláště silného zdroje zářeni a tak dále. Aby se například zkombinovala zvláště vysoká ochrana proti neutronovému záření s ochranou proti záření gama, mohou se kombinovat různá složení betonové směsi a zejména se může vytvářet řada oblastí a stínících vrstev, které se od sebe liší množstvími a druhy přidávaných přísad do betonové směsi.

Ve zvláště výhodném provedení vynálezu obsahuje alespoň jedna část ochranného pláště proti záření první vrstvu, vytvořenou z první betonové směsi pro vytvoření serpentinového betonu a z druhé vrstvy vytvořené z druhého betonu, kterým je granulátový beton s ocelovými granulemi. Tímto dvouvrstvým ochranným pláštěm tohoto druhu je zajištěno, že správně volenou tloušťkou příslušné vrstvy ochranného pláště nebo určitým počtem vrstev jsou zajištěny nejnižší nebo nejvyšší hranice pro hodnoty pronikajícího záření, projevující se za těmito

- 12 vrstvami. To umožňuje zachovat bezpečnostní požadavky týkající zatížení osob a strojů zářením.

Takto vytvořený ochranný plášť proti záření, vytvořený z ochranného betonu uvedeného složení, je zvláště vhodný pro přímé a/nebo nepřímé odstínění zdroje nebezpečného záření, rentgenového zařízení, prostoru, ve kterém se vyskytuje zdroj záření nebo paprskových kanálů reaktorového zařízení. Ochranný plášť podle vynálezu je například vhodný pro vytvoření ochranného pláště jak pro bezprostřední odstínění zdroje záření ve formě bedněni, zapažení nebo obkladu, tak také pro zprostředkované odstínění zdroje záření, umístěného v prostoru, konstrukcí vytvořenou ve formě stěny nebo podlahy.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude blíže objasněn pomocí příkladu provedení, zobrazeného na výkresu, na kterém je schematicky znázorněno vytvoření ochranného pláště pro bezprostřední odstínění zdroje nebezpečného záření.

Příklad provedení vynálezu

Ochranný plášť 2 zajišťující ochranu proti záření, zobrazený na výkresu a obklopující dva paprskové kanály 1 pro vyzařované paprsky, je částí blíže neznázorněného zdroje záření, například aktivní zóny reaktoru jaderné elektrárny. Oba paprskové kanály 1 jsou například součástí měřicí soustavy v kontrolní oblasti reaktorového zařízení nebo jaderné elektrárny. Pro odstínění neznázorněné aktivní zóny reaktoru, představující zdroj záření, je tato aktivní zóna umístěna v nádrži 4. Konstrukce nádrže 4 je přitom závislá na konstrukci celého zařízení. Na nádrž 4. navazuje po obvodu reaktorová nádrž 6. U některých druhů zařízení může nádrž 4 a také reaktorová nádrž 6 tvořit jednu jednotku. Reaktorová nádrž 6 je po obvodu ohraničena obvodovou stěnou 8 reaktorové nádrže 6.

Pro kontrolované odvádění a usměrňování záření z aktivní zóny reaktoru jsou oba paprskové kanály 1 umístěny v ochranném plášti 2. proti záření. Ochranný plášť 2 je uložen v obalové rouře 12., tvořené pažnicí 12A, bednící troubou 12B a kompenzační troubou 12C a umístěné mezi nádrží 4 a obvodovou stěnou 8. Dutý prostor, vyplněný ochranným pláštěm 2, je ohraničen příslušnou vnitřní stěnou pažnice 12A, bednící trouby 12B, kompenzační trouby 12C a také vnitřní stranou vystupujícího konce 10 trubky. Uvedené součásti a konstrukční díly jsou upevněny pomocí upevňovacích prvků 14 na příslušných hrdlech 16, například jsou přišroubovány.

Pro odstranění průchozích spár je obalová roura 12. v axiálním směru několikanásobně odstupňována. Proto mají jednotlivé části obalové roury 12, tvořené pažnicí 12A, bednící troubou 12B a kompenzační troubou 12C, postupně se zmenšující průměr. Obalová roura 12, nazývaná rovněž bednící rourou, může být v jiném příkladném provedení vytvořena z jednoho dílu, například odlitku, nebo z několika trub nebo jejich dílčích částí.

Po vsazení ochranného pláště 2 do obalové roury 12 se obalová roura 12 na straně pažnice 12A uzavře pomocí uzavírací desky 18.

Pro odstínění neutronového záření nebo gama záření, vystupující z obou paprskových kanálů 1 a rozptylovaného do stran jsou oba paprskové kanály 1 ve svém průřezu plně obklopeny kovovým pláštěm '19. Kovový plášť 19 je vytvořen zejména z nerezavějícího feritického materiálu a přispívá k co nejmenší vlastní aktivaci ochranného pláště 2, nacházejícího se v příčném řezu za kovovým pláštěm 19. Kromě toho je tloušťka kovového pláště 19 určena statickým a dynamickým zatížením ochranného pláště 2.

- 14 Aby se dosáhlo různých stínících vlastností ochranného pláště 2 proti pronikání záření, je ochranný plášť 2 rozdělen do řady stěnových oblastí 2a až 2z, které vždy obklopující oba paprskové kanály 1 po celém obvodu a které jsou vytvořeny vždy z jednoho druhu ochranného betonu nebo betonu 22a až 22z, lišícího se od sebe množstvím přidaných přísad a tím také různými hustotami.

Tloušťka stěnové oblasti 2a až 2z je přitom určena konkrétním průměrem jednotlivých částí obalové trouby 12. Jak počet a příslušná tloušťka, tak také příslušné chemické složení a příslušná měrná hmotnost stěnových oblastí 2a až 2z jsou určeny předběžným dimenzováním na základě daných požadavků. Proto se může složení betonu 22a až 22z u jednotlivých stěnových oblastí 2a až 2z měnit.

Beton 22a až 22z příslušející vždy jedné stěnové oblasti 2a až 2z obsahuje podle konkrétního požadavku odpovídající podíl první přísady s obsahem boru, mající zrna do velikosti 1 mm, a druhé kovové přísady se zrny s velikostí do 7 mm. První jemně zrnitou přísadou je minerál s obsahem boru, například kolemanit. Druhou přísadou, která je kvůli požadované velikosti zrn označována hrubozrnnou přísadou, je zejména granulát ze železa nebo granulát z oceli.

Podíly první a druhé přísady v betonu 22a až 22z jsou určovány v závislosti na požadovaných stínících vlastnostech, zejména na schopnosti pohlcování paprsků gama nebo absorbci a moderaci neutronů, ochranného pláště 2 proti pronikání záření v příslušné stěnové oblasti 2a až 2z. Pro zvláště vysokou absorpci a moderaci neutronů je vhodný beton 22a tvořící první stěnovou oblast 2a umístěnou nejblíže ke zdroji záření, tvořenému aktivní zónou reaktoru, mající vysoký obsah první přísady s obsahem minerálů, zejména kolemanitu, pro pohlcování neutronového záření.

* ·*···· ·» · ♦ ♦ · φ · » % · • ♦ * * * · · 4« φ ·♦··»♦ · ·«· · ·

První beton 22a má proto v hmotnostních množstvích minimální obsah cementu mezi 8 a 9 %, minimální obsah vody (záměsové vody) mezi 4,5 a 6,5 %, minimální obsah první přísady (kolemanitu) od 7,8 % až do celkového podílu cementu, minimální obsah druhé přísady (granulátu železa nebo oceli) mezi 30 a 35 % a minimální obsah čtvrté minerální přísady (serpentinu) mezi 40 a 50 %. V důsledku nízkého podílu druhé přísady, tvořené železným nebo ocelovým granulátem, je tento první beton 22a vhodný jen sekundárně pro pohlcování záření gama. První beton 22a má ve vytvrzeném stavu minimální měrnou hmotnost do 3000 kg/m³.

Pro zlepšení vazby uvnitř prvního betonu 22a a pro zvýšení obsahu krystalické vody se jako čtvrtá přísada s obsahem minerálů použije serpentin. Pro umožnění výhodného míchání betonové směsi pro první beton 22a se zjistilo, že minimální obsah serpentinu pro první velikost zrn do 3 mm by se měl pohybovat mezi 12 a 16 % hmotnostními. Pro druhou velikost zrn mezi 3 a 7 mm se minimální obsah pohybuje v hmotnostním množství mezi 28 a 34 %. Tento první beton 22a, obsahující jako základní složku serpentin, je označován jako serpentinový beton, který má dobrou pevnost v tlaku a v tahu, vyvolávajícím vznik trhlinek.

Pro zvláště účinné odstínění značné části vznikajícího záření gama je ve směru od zdroje záření druhá stěnová oblast 2b, tvořící druhou vrstvu, vytvořena z druhého betonu 22b, majícího jiné chemické složení než první beton 22a.

Druhý beton 22b, ze kterého je vytvořena druhá stěnové oblast 2b, má výhodně minimální obsah cementu mezi 4 a 4,5 % hmot., minimální obsah vody (záměsové vody) mezi 1,5 a 2,5 %, minimální obsah první přísady (kolemanitu) mezi 1 a 1,5 % hmot., minimální obsah druhé přísady (granulátu železa nebo oceli) mezi 85 a 89 % hmot., minimální obsah třetí zejména

- 16 kovové přísady (barytového písku) mezi 4,5 a 5 % hmot a také minimální obsah nejméně jedné pomocné látky od 0,1 do 0,15 % hmot.. Díky tomuto složení je druhý beton 22b vhodný zejména pro zvláště účinné odstínění záření gama a předpokládá se u něj kvůli menšímu obsahu kolemaniu nižší pohlcování a moderace neutronového záření, vycházejícího z příslušného zdroje, oproti prvnímu betonu 22a.

S ohledem na zrnitou strukturu prvních a druhých přísad je pro dosažení zvláště dobré vazby mezi složkami druhého betonu 22b použit barytový písek s velikostí zrn do 1 mm jako třetí přísada. Pro zlepšení tuhnutí a tvrdnutí a tím také pro zlepšení a urychlení výroby druhého betonu 22b. je jako pomocná látka přidávána ztekucovací přísada a zpomalovač tuhnutí. Druhý beton 22b tohoto druhu, vytvořený z uvedených podílů cementu, vody přísad a pomocných látek, má ve vytvrzeném stavu měrnou hmotnost až 6000 k/m³. Tato měrná hmotnost zaručuje přitom dostatečně vysoké stínící schopnosti betonu proti pronikání záření gama.

Aby se dosáhlo v druhém betonu 22b zvláště vysokého vázání vodního podílu ve formě krystalické vody, používá se jako pojivo hlinitanový cement na bázi hlinitanu vápenatého. Krystalická voda působí zvláště dobře na zbrzdění neutronového záření. Přimícháním kolemanitu s podílem oxidu boru do 41 % hmot, se dosahuje rovněž zvláště vysokého pohlcování termických neutronů.

Ukazuje se, že dvouvrstvá konstrukce je zvláště výhodná, protože u tohoto provedení se dosahuje v první stěnové oblasti 2a ochranného pláště 2 zvláště dobré moderace a absorpce rychlých neutronů, vystupujících ze zdroje záření a probíhajících mimo oba paprskové kanály 1 díky vysokému obsahu kolemanitu v prvním betonu 22a. Kromě toho je docíleno díky měrné hmotnosti, charakteristické pro první beton 22a. také odstí17 • · ··♦ · • 9 není podstatného podílu záření gama. V druhé stěnové oblasti 2b se dociluje v důsledku většího podílu železného a ocelového granulátu odstínění převážně záření gama, přičemž neutrony vystupující při rozptylu záření z paprskových kanálů 1 se díky podílu první přísady (kolemanitu) moderují a pohlcují analogicky jako v prvním betonu 22a.

Podle typu a intenzity zdroje záření mohou další stěnové oblasti 2c až 2z obsahovat další vhodně zvolené plnivo. V závisosti na konkrétně

2a až 2z a účinky, ocelového zvolených podílů výchozích materiálů až 22z jednotlivých stěnových oblastí materiál zvláštní stínící vlastnosti je možno změnou nastavit měrnou podílu železného nebo hmotnost betonů 22a až kolemanitu je příslušného betonu 22a má betonový Například granulátu

22z. Změnou podílu podíl boru pro příslušný beton 22a až možno nastavit potřebný

22z.

Použití betonu 22a až 22z pro určité vrstvy nebo stěnové oblasti 2a až 2z ochranného pláště 2 proti záření umožňuje úplné obklopení zdroje záření a tím zvláště velký stínící účinek na zdroj záření i při obtížných a složitých geometrických tvarech zdroje a dalších konstrukcí. Beton 22a až 22z umožňuje zejména dokonalé vyplnění bednění například uvnitř obalové roury 12, takže je možno uzavřít všechny dutiny. Alternativně může být první stěnová oblast 2a ochranného pláště 2 proti záření vytvořena ve formě bednění, stěny nebo podlahy prostoru nebo budovy, ve které je například umístěno rentgenové zařízení nebo jiný zdroj záření.

V následující tabulce jsou uvedeny zvláště výhodné nejnižší a nejvyšší meze složek, které jsou důležité pro mezní případy a) a b), popsané v předchozí části, a pro požadované stínící vlastnosti prvního betonu 22a (serpentinového betonu) a druhého betonu 22b (betonu s ocelovým granulátem). Přitom jsou také uvedeny velikosti zrn granulovbaných složek, které • · • · • ♦ < ···· * ·

jsou zvláště výhodné pro jednoduchou výrobu a zpracování betonových směsí pro oba betony 22a, 22b. Kromě toho jsou možné také další míchací poměry mezi oběma betonovými směsemi.

V důsledku vysoce účinného odstínění, daného příslušným složením betonů 22a, 22b až 22z má ochranný plášť: 2 proti záření zvláště dobré vlastnosti jak s ohledem na vlastní aktivaci a tepelné vlivy, tak také na absorpci a moderaci neutronů a odstínění záření gama.

Ochranný plášť 2 je proto vhodný jak pro přímé nasazení na zdrojích záření, například kolem paprskových kanálů výzkumných zařízení, v primárním okruhu reaktorového zařízení a podobně. Kromě toho může být ochranný plášť 2 vytvořen jednak ve formě velkoplošných a jednovrstvých konstrukcí, například stěn, podlah, stropů a podobně, a jednak může být sestaven z většího počtu vrstev nebo stěnových oblastí 2a, 2z, které mají vzájemně rozdílné stínící vlastnosti. Vytvořením ochranného pláště 2. proti záření, majícího značnou účinnost pro odstínění záření je dále vyloučeno větší zatížení obsluhujícího personálu zářením.

• · • · ·· ··

Tabulka

	První beton 22a (serpentinbeton)	Směšovací poměry	Druhý beton 22b (s ocelovými zrny)	Velikost zrn v mm
min. % hm.	max. % hm.	<->	min. % hm.	max. % hm.	min.	max.
cement	8	9	<->	4	4,5	-	-
voda (záměsová voda)	4,5	6,5	<->	1,5	2,5	-	-
první přísada (kolemanit)	7,8 c	jako cement	<->	1	1,5	0	1
druhá přísada (železný nebo ocelový granulát)	30	35	<->	85	89	0	7
třetí přísada (barytový písek)	-	-	<->	4,5	5	0	1
čtvrtá přísada (serpentin)	12 28 40	16 34 50	<->	““		0 3	3 7
pomocná látka	-	-	<->	0,1	0,15	-	-

/Z 'laa'}„Mg

Claims (12)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Ochranný beton (22a) proti záření, vyznačučující se tím, že obsahuje v hmotnostním množství nejméně 5,0 %, zejména nejméně 7,8 % první přísady s obsahem boru se zrny velikosti do 1 mm a druhou kovovou přísadu se zrny s velikostí do 7 mm.
2. 2. Ochranný beton (22b) proti záření, vyznačující se tím, že obsahuje první přísadu s obsahem boru, mající zrna s velikostí do 1 mm a v hmotnostním množství 80 až 90 % druhou kovovou přísadu se zrny majícími velikost do 7 mm.
3. 3. Ochranný beton (22b) proti záření podle nároku 2, vyznačující se tím, že obsahuje v hmotnostním množství 1,0 až 1,5 % první přísady s obsahem boru.
4. 4. Ochranný beton (22b) proti záření podle nároku 2 nebo 3,vyznačující se tím, že obsah druhé kovové přísady je mezi 85 a 89 % hmotnostními.
5. 5. Ochranný beton (22a, 22b) proti záření podle nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že první přísadou s obsahem boru je minerál obsahující bor, zejména kolemanit.
6. 6. Ochranný beton (22a, 22b) proti záření podle nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že druhou kovovou přísadou je železný nebo ocelový granulát.
7. 7. Ochranný beton (22a, 22b) proti záření podle nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že má minimální

   O měrnou hmotnost asi 3000 kg/m .

   ·· ····
8. 8. Ochranný beton (22a, 22b) proti záření podle nároků 1 až 7, vyznačuj ícísetím,žemá měrnou hmotnost hustotu kolem 6000 k/m³.
9. 9. Ochranný beton (22a, 22b) proti záření podle nároků 1 až 8, vyznačující se tím, že obsahuje třetí kovovou přísadu, zejména barytový písek s velikostí zrn do 1 mm.
10. 10. Ochranný beton (22a, 22b) proti záření podle nároků 1 až 9,vyznačující se tím, že obsahuje čtvrtou přísadu s obsahem minerálů, zejména serpentinu, s velikostí zrn do 7 mm.
11. 11. Ochranný plást (2) pro ochranu proti záření, vytvořený ze stěnových částí (2a až 2z) z ochranného betonu (22a, 22b, 22c až 22z) proti záření podle nároků 1 až 10.
12. 12. Použití ochranného pláště (2) proti záření podle nároku 11 pro odstínění zdroje záření, rentgenového zařízení, prostoru obsahujícího zdroj záření nebo paprskového kanálu (1) reaktorového zařízení.