CZ304030B6 - Anorganický materiál s absorbátory neutronu a zpusob jeho prípravy - Google Patents
Anorganický materiál s absorbátory neutronu a zpusob jeho prípravy Download PDFInfo
- Publication number
- CZ304030B6 CZ304030B6 CZ20110730A CZ2011730A CZ304030B6 CZ 304030 B6 CZ304030 B6 CZ 304030B6 CZ 20110730 A CZ20110730 A CZ 20110730A CZ 2011730 A CZ2011730 A CZ 2011730A CZ 304030 B6 CZ304030 B6 CZ 304030B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- weight
- boron
- mixture
- percent
- inorganic
- Prior art date
Links
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 title claims abstract description 12
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 9
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 title claims abstract description 9
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 title description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 33
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 33
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims abstract description 18
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000005995 Aluminium silicate Substances 0.000 claims abstract description 10
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 235000012211 aluminium silicate Nutrition 0.000 claims abstract description 10
- NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N kaolin Chemical compound O.O.O=[Al]O[Si](=O)O[Si](=O)O[Al]=O NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- JKWMSGQKBLHBQQ-UHFFFAOYSA-N diboron trioxide Chemical compound O=BOB=O JKWMSGQKBLHBQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- WNROFYMDJYEPJX-UHFFFAOYSA-K aluminium hydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[OH-].[Al+3] WNROFYMDJYEPJX-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims abstract description 8
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims abstract description 8
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 239000004327 boric acid Substances 0.000 claims abstract description 7
- KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N boric acid Chemical compound OB(O)O KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 125000005619 boric acid group Chemical group 0.000 claims abstract description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 3
- 229910011255 B2O3 Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 23
- 229910021502 aluminium hydroxide Inorganic materials 0.000 abstract 2
- 229910052810 boron oxide Inorganic materials 0.000 abstract 2
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 9
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 9
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 6
- -1 polyethylene Polymers 0.000 description 5
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 5
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 4
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 3
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N cadmium atom Chemical group [Cd] BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 2
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 229920000620 organic polymer Polymers 0.000 description 2
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 description 1
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 1
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 1
- 238000012216 screening Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
Anorganický materiál s absorbátory neutronu je tvoren z 25 az 45 % hmotn. 85% kyseliny fosforecné, 1 az 15 % hmotn. anorganické slozky a 40 az 70 % hmotn. slozky s obsahem boru, pricemz anorganickou slozkou je kaolin, mletý kremen, hydroxid hlinitý nebo pálený lupek, ci jejich jakákoli smes v libovolném vzájemném pomeru, a slozkou s obsahem boru je kyselina boritá nebo oxid boritý, ci jejich smes v libovolném pomeru. Zpusob prípravy tohoto anorganického materiálu s absorbátory neutronu probíhá tak, ze se smísí 25 az 45 % hmotn. 85% kyseliny fosforecné, 1 az 15 % hmotn. anorganické slozky a 40 az 70 % hmotn. slozky s obsahem boru, pricemz anorganickou slozkou je kaolin, mletý kremen, hydroxid hlinitý nebo pálený lupek, ci jejich jakákoli smes v libovolném vzájemném pomeru, a slozkou s obsahem boru je kyselina boritá nebo oxid boritý, ci jejich smes v libovolném pomeru, vzniklá suspenze se 5 az 10 minut míchá pri teplote 23 az 35 .degree.C, poté se prevede do formy a susí se pri teplote 90 .degree.C do zatvrdnutí, následne se vzniklý materiál odformuje a vysusí se do konstantní hmotnosti pri teplote do 150 .degree.C.
Description
Oblast techniky
Vynález se týká nového nehořlavého anorganického materiálu s obsahem absorbátorů neutronů. Vzniklý materiál je vhodný pro přípravu prvků pro výstavbu konstrukcí stínících ionizující neutronové záření.
Dosavadní stav techniky
Ochrana před ionizujícím zářením neutronů zahrnuje stínění rychlých a tepelných neutronů. Při procesu stínění lze rozlišit dva typy interakcí neutronů se stínícím materiálem, a to moderace neutronů, tedy zpomalování rychlých neutronů, a absorpce pomalých neutronů. Nejběžnějšími moderačními materiály jsou látky s vysokým obsahem lehkých prvků, z nichž nejúčinnějším moderátorem je vodík. Nejúčinnějšími absorbátory neutronového záření jsou atomy lithia, boru nebo kadmia, z nichž bor je většinou použit ve formě oceli nebo kadmium většinou ve formě plechů. Konstrukce stínící neutronové záření jsou obvykle složeny současně z materiálů s obsahem moderátorů i absorbátorů.
V současné praxi se používá ke stínění rychlých neutronů polyethylenových tvarovek nebo polyethylenových tvarovek s obsahem absorbátorů tepelných neutronů, nejčastěji s obsahem 3 až 5 % hmotn. boru. Koncentrace vodíku v těchto tvarovkách je vysoká a jejich povrch lze snadno dekontaminovat. Jako optimální řešení se často kombinují oba typy materiálů, tj. tvarovky z polyetylénu s tvarovkami s obsahem boru.
Nevýhodou výše uvedeného řešení je negativní účinek sekundárního záření, které se uvolňuje při záchytu neutronu borem. Sekundární záření působí negativně na životnost organické polymemí matrice, neboť dochází k radiační degradaci organického materiálu. Zásadní nevýhodou uvedeného řešení je však hořlavost organického polymeru a proto je toto řešení v některých případech z hlediska bezpečnostního zcela nevyhovující.
Jiná řešení pro stínění tepelných neutronů, například použití keramiky na bázi boru, tj. nitridy nebo karbidy boru, jsou extrémně drahá. Použití skel, resp. soustav Na2O-B2O3-SÍO2, přináší technické problémy při přípravě skel s vyšším obsahem B2O3, a například skelné systémy s obsahem B2O3 10 % hmotn. obsahují v přepočtu pouze 1,5 % hmotn. boru.
Podstata vynálezu
Uvedené nedostatky lze výrazně omezit tím, že se ke stínění pomalých neutronů použije anorganická matrice s vysokým obsahem absorbátorů. Tento materiál jev porovnání s organickou matricí odolnější k radiační degradaci a je ze své podstaty anorganického materiálu nehořlavý a tepelně resistentní nad 1000 °C.
Předmětem tohoto vynálezu je anorganický materiál s absorbátory neutronů, který sestává z 25 až 45 % hmotn. 85% kyseliny fosforečné, s výhodou 30 až 40 % hmotn., z 1 až 15 % hmotn. anorganické složky, s výhodou 2 až 10% hmotn., a z 40 až 70% hmotn. složky s obsahem boru, s výhodou 50 až 66 % hmotn., přičemž anorganickou složkou je kaolin, mletý křemen, hydroxid hlinitý nebo pálený lupek, či jejich jakákoli směs v libovolném vzájemném poměru, a složkou s obsahem horuje kyselina boritá nebo oxid boritý, či jejich směs v libovolném poměru.
Dalším předmětem tohoto vynálezu je způsob přípravy anorganického materiálu s absorbátoiy neutronů, který je založen na tom že se smísí 25 až 45 % hmotn. 85% kyseliny fosforečné,
-1 CZ 304030 Β6 s výhodou 30 až 40 % hmotn, z 1 až 15 % hmotn. anorganické složky, s výhodou 2 až 10 % hmotn., a z 40 až 70 % hmotn. složky s obsahem boru, s výhodou 50 až 66 % hmotn., přičemž anorganickou složkou je kaolin, mletý křemen, hydroxid hlinitý nebo pálený lupek, či jejich jakákoli směs v libovolném vzájemném poměru, a složkou s obsahem boru je kyselina boritá nebo oxid boritý, či jejich směs v libovolném poměru, a vzniklá suspenze se před převedením do formy s výhodou 5 až 10 minut míchá při teplotě 23 až 35 °C a pak se převede do formy a suší se při teplotě 90 °C do zatvrdnutí, následně se vzniklý materiál odformuje a vysuší se do konstantní hmotnosti při teplotě do 150 °C.
Hustota takovýchto nových materiálů se v závislosti na obsahu atomů bóru pohybuje v rozmezí 1,02 až 1,15 g/cm3 pro obsahy boru 23 až 5 % hmotn. Například v rozmezí 1,1 až 1,15 g/cm3 pro obsahy boru 10 až 5 % hmotn. a 1,02 až 1,05 g/cm3 pro obsah boru 23 až 15 % hmotn. Anorganické materiály s obsahem boru 5 až 10 % hmotn. vykazují o 10 až 15 % větší stínicí účinky s porovnání se standardem tvořeným polyethylenovou matricí s obsahem ~5 % hmotn. boru. Materiály s 15 až 23 % hmotn. obsahu boru vykazují o 70 až 80% vyšší stínicí účinnost v porovnání s uvedeným standardem.
Materiál je vhodný pro stínění tepelných neutronů.
Příklady provedení vynálezu
Příklad 1
Ve 34 g 85 % kyseliny fosforečné (31 % hmotnostních výchozí suspenze) bylo postupně suspendováno 3 g kaolinu (2,6 % hmotnostních výchozí suspenze), 33 g kyseliny borité (30 % hmotnostních výchozí suspenze) a 40 g oxidu boritého (36,4 % hmotnostních výchozí suspenze). Suspenze byla míchána při 35 °C po dobu 5 minut a následně byla převedena do formy a sušena při 90 °C do zatvrdnutí materiálu. Materiál byl odformován a následně sušen do konstantní hmotnosti při 145 °C.
Výsledkem byl stínicí prvek s obsahem 23 % hmotn. elementárního boru, stanoveno na sušinu materiálu při 145 °C, hustotou 1,02 g/cm3 a účinností stínění o 80 % vyšší v porovnání se standardem PE s obsahem boru 5 % hmotn.
Příklad 2
Ve 34 g 85 % hmotn. kyseliny fosforečné (31,5 % hmotnostních výchozí suspenze) bylo postupně suspendováno 6 g kaolinu (5,5 % hmotnostních výchozí suspenze) a mícháno 4 minuty, posléze přidáno 68 g kyseliny borité (63 % hmotnostních výchozí suspenze), výsledná suspenze byla míchána při laboratorní teplotě místnosti 23 °C po dobu 10 minut. Suspenze byla převedena do formy a sušena při 90 °C do zatvrdnutí materiálu. Materiál byl odformován a následně sušen do konstantní hmotnosti při 145 °C.
Výsledkem byl stínicí prvek s obsahem 17 % hmotn. elementárního boru, stanoveno na sušinu materiálu při 145 °C, hustotou 1,05 g/cm3 a účinností stínění o 70 % vyšší v porovnání se standardem PE s obsahem boru 5 % hmotn.
Příklad 3
Ve 28 g 85 %0 hmotn. kyseliny fosforečné (40 % hmotnostních výchozí suspenze) bylo postupně suspendováno 2 g kaolinu (2,9 % hmotnostních výchozí suspenze) a mícháno 4 minuty, posléze
-2CZ 304030 B6 přidáno 1 g mletého křemene (1,4 % hmotnostních výchozí suspenze), 1 g páleného lupku (1,4 % hmotnostních výchozí suspenze), 35 g oxidu boritého (50 % hmotnostních výchozí suspenze) a 3 g hydroxidu hlinitého (4,3 % hmotnostních výchozí suspenze). Výsledná suspenze byla míchána při laboratorní teplotě místnosti 23 °C po dobu 5 minut. Suspenze byla převedena do formy a sušena při 90 °C do zatvrdnutí materiálu. Materiál byl odformován a následně sušen do konstantní hmotnosti při 145 °C.
Výsledkem byl stínící prvek s obsahem 10% hmotn. elementárního boru, stanoveno na sušinu materiálu při 145 °C, hustotou 1,1 g/cm3 a účinností stínění o 15 % vyšší v porovnání se standardem PE s obsahem boru 5 % hmotn.
Příklad 4
Ve 28 g 85 % hmotn. kyseliny fosforečné (40 % hmotnostních výchozí suspenze) bylo postupně suspendováno 2 g kaolinu (2,9 % hmotnostních výchozí suspenze) a mícháno 4 minuty, posléze přidáno 2 g mletého křemene (2,8 % hmotnostních výchozí suspenze), 35 g oxidu boritého (50 % hmotnostních výchozí suspenze) a 3 g hydroxidu hlinitého (4,3 % hmotnostních výchozí suspenze). Výsledná suspenze byla míchána při laboratorní teplotě místnosti 23 °C po dobu 5 minut. Suspenze byla převedena do formy a sušena při 90 °C do zatvrdnutí materiálu. Materiál byl odformován a následně sušen do konstantní hmotnosti při 145 °C.
Výsledkem, byl stínící prvek s obsahem 10 % hmotn. elementárního boru, stanoveno na sušinu materiálu při 145 °C, hustotou 1,1 g/cm3 a účinností stínění o 15 % vyšší v porovnání se standardem PE s obsahem boru 5 % hmotn.
Průmyslová využitelnost
Materiál lze využít jako součást konstrukcí pro stínění neutronů a jako bezpečné náhrady stávajících stínících polyethylenových tvarovek s obsahem boru.
Claims (2)
- PATENTOVÉ NÁROKY1. Anorganický materiál s absorbátory neutronů, vyznačující se tím, že je tvořen z 25 až 45 % hmotn. 85% kyseliny fosforečné, 1 až 15 % hmotn. anorganické složky a 40 až 70 % hmotn. složky s obsahem boru, přičemž anorganickou složkou je kaolin, mletý křemen, hydroxid hlinitý nebo pálený lupek, či jejich jakákoli směs v libovolném vzájemném poměru, a složkou s obsahem horuje kyselina boritá nebo oxid boritý, či jejich směs v libovolném poměru.
- 2. Způsob přípravy anorganického materiálu s absorbátory neutronů podle nároku 1, vyznačující se tím, že se smísí 25 až 45 % hmotn. 85% kyseliny fosforečné, 1 až 15 % hmotn. anorganické složky a 40 až 70 % hmotn. složky s obsahem boru, přičemž anorganickou složkou je kaolin, mletý křemen, hydroxid hlinitý nebo pálený lupek, či jejich jakákoli směs v libovolném vzájemném poměru, a složkou s obsahem boru je kyselina boritá nebo oxid boritý, či jejich směs v libovolném poměru, vzniklá suspenze se 5 až 10 minut míchá při teplotě 23 až 35 °C, poté se převede do formy a suší se při teplotě 90 °C do zatvrdnutí, následně se vzniklý materiál odformuje a vysuší se do konstantní hmotnosti při teplotě do 150 °C.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ20110730A CZ2011730A3 (cs) | 2011-11-14 | 2011-11-14 | Anorganický materiál s absorbátory neutronu a zpusob jeho prípravy |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ20110730A CZ2011730A3 (cs) | 2011-11-14 | 2011-11-14 | Anorganický materiál s absorbátory neutronu a zpusob jeho prípravy |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ304030B6 true CZ304030B6 (cs) | 2013-08-28 |
| CZ2011730A3 CZ2011730A3 (cs) | 2013-08-28 |
Family
ID=49034397
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ20110730A CZ2011730A3 (cs) | 2011-11-14 | 2011-11-14 | Anorganický materiál s absorbátory neutronu a zpusob jeho prípravy |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ2011730A3 (cs) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0106759A2 (fr) * | 1982-10-15 | 1984-04-25 | Commissariat à l'Energie Atomique | Matériau neutrophage contenant du bore et son procédé de fabrication |
| EP0773555A1 (en) * | 1995-11-13 | 1997-05-14 | Doryokuro Kakunenryo Kaihatsu Jigyodan | Neutron-shielding hydraulic hardening material and method of manufacturing neutron shields using the same |
| JP2001264488A (ja) * | 2000-03-22 | 2001-09-26 | Denki Kagaku Kogyo Kk | 高濃度ホウ酸水溶液の固化材及び中性子吸収体 |
| CN101973750A (zh) * | 2010-10-21 | 2011-02-16 | 童金荣 | 无机隔热保温材料及其制备方法 |
-
2011
- 2011-11-14 CZ CZ20110730A patent/CZ2011730A3/cs not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0106759A2 (fr) * | 1982-10-15 | 1984-04-25 | Commissariat à l'Energie Atomique | Matériau neutrophage contenant du bore et son procédé de fabrication |
| EP0773555A1 (en) * | 1995-11-13 | 1997-05-14 | Doryokuro Kakunenryo Kaihatsu Jigyodan | Neutron-shielding hydraulic hardening material and method of manufacturing neutron shields using the same |
| JP2001264488A (ja) * | 2000-03-22 | 2001-09-26 | Denki Kagaku Kogyo Kk | 高濃度ホウ酸水溶液の固化材及び中性子吸収体 |
| CN101973750A (zh) * | 2010-10-21 | 2011-02-16 | 童金荣 | 无机隔热保温材料及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ2011730A3 (cs) | 2013-08-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Lizcano et al. | Effects of water content and chemical composition on structural properties of alkaline activated metakaolin‐based geopolymers | |
| Fang et al. | Properties of a magnesium phosphate cement-based fire-retardant coating containing glass fiber or glass fiber powder | |
| Chidiac et al. | Mechanical and radiation shielding properties of concrete containing commercial boron carbide powder | |
| Luna-Galiano et al. | Properties of fly ash and metakaolín based geopolymer panels under fire resistance tests | |
| Chupin et al. | Water content and porosity effect on hydrogen radiolytic yields of geopolymers | |
| Jia et al. | Immobilization behavior of Sr in geopolymer and its ceramic product | |
| CA2742305A1 (en) | Waste storage vessels and compositions therefor | |
| Xiang et al. | Rapid transformation from Cs-geopolymers to Cs-defined ceramics by microwave sintering | |
| Öztürk et al. | Gamma and neutron attenuation properties of alkali-activated cement mortars | |
| CN104299668A (zh) | 放射性焚烧灰固化用的地质水泥及其固化方法 | |
| Vance et al. | Geopolymers for nuclear waste immobilisation | |
| Shao et al. | In-situ reduced graphene oxide/geopolymer composites for efficient Cs+ immobilization | |
| Williams et al. | Development of alkali activated borosilicate inorganic polymers (AABSIP) | |
| Han et al. | Using of borosilicate glass waste as a cement additive | |
| Lin et al. | Recycling solar panel waste glass sintered as glass‐ceramics | |
| CZ304030B6 (cs) | Anorganický materiál s absorbátory neutronu a zpusob jeho prípravy | |
| Kim et al. | Waste acceptance criteria testings of a phosphate-based geopolymer waste form to immobilize radioactive borate waste | |
| Jia et al. | B2O3‐modified geopolymer and its liquid‐phase sintered products for immobilization of strontium | |
| JP6664639B2 (ja) | 放射線遮蔽体 | |
| Xie et al. | Effect of alkali activation on coal fly ash and its role in microwave-sintered ceramic for radionuclide immobilization | |
| ES2395661B1 (es) | Material para la absorción y atenuacion de neutrones. | |
| Künzel | Metakaolin based geopolymers to encapsulate nuclear waste | |
| CN109574608A (zh) | 一种能减少二次辐射的防辐射混凝土及其制备方法 | |
| Feng et al. | Study on the interaction of package capacity simulated nuclide La and Ce in borosilicate glass and the chemical stability of solidified body | |
| CN114436619A (zh) | 一种高碳化硼含量磷酸镁基中子屏蔽胶凝材料 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20191114 |