RU2470395C2 - Composite material for radiation shielding - Google Patents
Composite material for radiation shielding Download PDFInfo
- Publication number
- RU2470395C2 RU2470395C2 RU2010152157/07A RU2010152157A RU2470395C2 RU 2470395 C2 RU2470395 C2 RU 2470395C2 RU 2010152157/07 A RU2010152157/07 A RU 2010152157/07A RU 2010152157 A RU2010152157 A RU 2010152157A RU 2470395 C2 RU2470395 C2 RU 2470395C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- composite material
- components
- radiation shielding
- modified
- activated
- Prior art date
Links
Landscapes
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
- Compounds Of Iron (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к материалам для защиты от ионизирующих излучений в атомной, радиохимической промышленности, военно-морском флоте, авиакосмической промышленности, обслуживающего персонала и окружающей среды.The invention relates to materials for protection against ionizing radiation in the nuclear, radiochemical industry, navy, aerospace industry, maintenance personnel and the environment.
Известен композиционный материал, содержащий матрицу из металла, выбранного из группы, содержащей алюминий, магний или их сплавы и 20-80 об.% упрочнителя, выполненного в виде армирующих нановолокон оксида алюминия, покрытых пленкой аморфного углерода (Патент РФ №2374355, МПК7 С22С 49/14, В82В 1/00. Композиционный материал. / В.А.Жабрев, В.Н.Горбачев, М.Э.Лиснянски. - заявка №2008144225/02; заявл. 01.11.2008; опубл. 27.11.2009. БИПМ №33).Known composite material containing a matrix of a metal selected from the group consisting of aluminum, magnesium or their alloys and 20-80 vol.% Hardener made in the form of reinforcing nanowires of aluminum oxide coated with an amorphous carbon film (RF Patent No. 2374355, IPC 7 C22C 49/14, В82В 1/00. Composite material / V.A. Zhabrev, V. N. Gorbachev, M. E. Lisnyanski. - application No. 2008144225/02; application. 01.11.2008; published on 11.27.2009. BIPM No. 33).
Недостатком композиционного материала является его низкие радиационно-защитные характеристики по отношению к высокоэнергетическому гамма-излучению.The disadvantage of the composite material is its low radiation-protective characteristics with respect to high-energy gamma radiation.
Наиболее близким, принятым за прототип, по технической сущности к заявляемому изобретению является композиционный материал для радиационной защиты, включающий операцию по введению в армирующие матрицы тонкодисперсного железосодержащего наполнителя, отличающийся тем, что в качестве армирующего используют металлический алюминий, а наполнителя - механоактивированный высокодисперсный железосодержащий гематитовый концентрат с размером частиц до 5 мкм при следующем соотношении компонентов (мас.%): алюминий металлический 20-60, гематитовый концентрат 40-80 (Заявка на изобретение РФ №2001119709/06 (020835), МПК7 G21F 1/10. Композиционный материал для радиационной защиты. / О.А.Маракин, В.И.Павленко, И.И.Кирияк, А.А.Лысенко, П.В.Матюхин. - заявка №2001119709/06; заявл. 16.07.2001; опубл. 20.02.2002. БИПМ №5).The closest adopted as a prototype, in technical essence to the claimed invention is a composite material for radiation protection, including the operation of introducing finely dispersed iron-containing filler into reinforcing matrices, characterized in that metal aluminum is used as reinforcing, and mechanically activated finely dispersed iron-containing hematite concentrate is used as a filler with a particle size of up to 5 microns in the following ratio of components (wt.%): aluminum metal 20-60, hematite concentrate 40-80 (Application for invention of the Russian Federation No. 2001119709/06 (020835), IPC 7 G21F 1/10. Composite material for radiation protection. / OA Marakin, V. I. Pavlenko, I. I. Kiriyak, A .A. Lysenko, P.V. Matyukhin. - application No. 2001119709/06; application. 16.07.2001; publ. 02.20.2002. BIPM No. 5).
К недостаткам известного композиционного материала для радиационной защиты относятся его низкая механическая прочность, что определяет материал как неспособный нести конструкционные нагрузки. Это объясняется недостаточной совместимостью механоактивированного высокодисперсного железосодержащего гематитового концентрата с металлическим алюминием.The disadvantages of the known composite material for radiation protection include its low mechanical strength, which defines the material as incapable of bearing structural loads. This is explained by the insufficient compatibility of mechanically activated finely dispersed iron-containing hematite concentrate with aluminum metal.
Целью изобретения является повышение механической прочности композиционного материала для радиационной защиты.The aim of the invention is to increase the mechanical strength of the composite material for radiation protection.
Поставленная цель достигается тем, что композиционный материал для радиационной защиты содержит в качестве составляющих компонентов высокодисперсный активировано-модифицированный гематит (наполнитель) с размером частиц до 80 мкм и металлический алюминий (матрица) при следующем отношении компонентов, мас.%:This goal is achieved in that the composite material for radiation protection contains highly active activated-modified hematite (filler) with a particle size of up to 80 μm and metal aluminum (matrix) as components, in the following ratio of components, wt.%:
В качестве матрицы используется металлический алюминий плотностью 2700 кг/м3 с содержанием основного элемента А1 не менее 99,95%.As a matrix, metallic aluminum with a density of 2700 kg / m 3 with a content of the main element A1 of at least 99.95% is used.
В качестве наполнителя используется высокодисперсный гематитовый концентрат Яковлевского месторождения КМА с плотностью 4860 кг/м3 фракции до 80 мкм, в том числе фракции до 5 мкм в количестве до 25 мас.%, имеющий следующий химический (табл.1) и минеральный состав (табл.2):A highly dispersed hematite concentrate of the Yakovlevsky KMA deposit with a density of 4860 kg / m 3 fractions up to 80 microns, including fractions up to 5 microns in an amount up to 25 wt.%, Having the following chemical (table 1) and mineral composition (table .2):
Активирование наполнителя достигается путем гидроксилирования поверхности его частиц с помощью одноименных с дисперсной фазой ионов Fe3+ адсорбированных из водного раствора хлорида железа (FeCl3·6Н20). Модифицирование активированного наполнителя достигается адсорбцией ионов алюминия на поверхности его частиц из водного раствора хлорида алюминия (AlCl3·6Н20) за счет сил электростатического взаимодействия с заряженными активными центрами частиц и ион-дипольного взаимодействия с кислородом гидроксильных групп поверхности активированных частиц наполнителя. В результате процесса модифицирования происходит привитие на поверхности частиц активированного наполнителя микрослоя алюминиевой оболочки в виде оксида алюминия. В данной композиции обеспечивается смачивание модифицированного гематита расплавом алюминия и его повышенное адгезионное взаимодействие с наполнителем.Activation of the filler is achieved by hydroxylating the surface of its particles using Fe 3+ ions of the same name with the dispersed phase adsorbed from an aqueous solution of iron chloride (FeCl 3 · 6H 2 0). Modification of the activated filler is achieved by adsorption of aluminum ions on the surface of its particles from an aqueous solution of aluminum chloride (AlCl 3 · 6H 2 0) due to the forces of electrostatic interaction with charged active centers of the particles and ion-dipole interaction of the hydroxyl groups of the surface of the activated filler particles with oxygen. As a result of the modification process, grafting on the surface of the particles of the activated filler leads to a micro-layer of an aluminum shell in the form of aluminum oxide. This composition provides wetting of the modified hematite with aluminum melt and its increased adhesive interaction with the filler.
Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемый состав композиционного материала для радиационной защиты отличается от известного введением нового компонента, а именно: высокодисперсного активировано-модифицированного гематита. Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию «новизна».Comparative analysis with the prototype allows us to conclude that the claimed composition of the composite material for radiation protection is different from the known introduction of a new component, namely, highly dispersed activated-modified hematite. Thus, the claimed technical solution meets the criterion of "novelty."
Количественное содержание компонентов предлагаемого и известного материалов приведено в табл.3.The quantitative content of the components of the proposed and known materials are given in table.3.
Анализ прототипа показал, что введенные в заявляемое решение вещества, такие как металлический алюминий и гематитовый концентрат, известны. Композиционный материал на основе таких компонентов не обладает невысокими показателями механической прочности, какими обладает композиционный материал для радиационной защиты на основе компонентов, представленных в заявляемом решении (табл.4), а именно: на 33,5% повышается предел прочности на сжатие, на 39,5% повышается предел прочности на изгиб, на 19,5% повышается предел прочности на растяжение. Таким образом, заявляемый состав компонентов придает композиционному материалу для радиационной защиты новые, более высокие показатели механической прочности, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию «существенные отличия».Analysis of the prototype showed that the substances introduced into the claimed solution, such as metallic aluminum and hematite concentrate, are known. A composite material based on such components does not have low mechanical strength indices that a composite material for radiation protection has on the basis of the components presented in the claimed solution (Table 4), namely: the compressive strength increases by 33.5%, by 39 , 5% increases the tensile strength in bending, the tensile strength increases by 19.5%. Thus, the claimed composition of the components gives the composite material for radiation protection new, higher indicators of mechanical strength, which allows us to conclude that the proposed solution meets the criterion of "significant differences".
Использование высокодисперсного активировано-модифицированного гематита с размером частиц более 80 мкм приводит к возрастанию пористости композиционного материала для радиационной защиты, что приводит к значительному снижению его механической прочности.The use of highly dispersed activated-modified hematite with a particle size of more than 80 μm leads to an increase in the porosity of the composite material for radiation protection, which leads to a significant decrease in its mechanical strength.
Заявляемый композиционный материал может быть использован в качестве радиационно-защитного материала, работающего при температурах до 550°С и внешних нагрузках до 710 МПа, способного обеспечить биологическую защиту от гамма-излучения с энергией до 1,2 МэВ (60Со) и поглощенной дозой до 1019 Гр.The inventive composite material can be used as radiation protective material, operating at temperatures up to 550 ° C and external loads up to 710 MPa, capable of providing biological protection against gamma radiation with an energy of up to 1.2 MeV ( 60 Co) and an absorbed dose of up to 10 19 Gr.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010152157/07A RU2470395C2 (en) | 2010-12-20 | 2010-12-20 | Composite material for radiation shielding |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010152157/07A RU2470395C2 (en) | 2010-12-20 | 2010-12-20 | Composite material for radiation shielding |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2010152157A RU2010152157A (en) | 2012-06-27 |
RU2470395C2 true RU2470395C2 (en) | 2012-12-20 |
Family
ID=46681554
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010152157/07A RU2470395C2 (en) | 2010-12-20 | 2010-12-20 | Composite material for radiation shielding |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2470395C2 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1060734A (en) * | 1990-10-13 | 1992-04-29 | 吴良 | The material of filling anti-radiation building barrier and manufacture method |
RU2081465C1 (en) * | 1994-09-16 | 1997-06-10 | Павленко Вячеслав Иванович | Protective container |
US20060090872A1 (en) * | 2002-10-25 | 2006-05-04 | Jean-Yves Fortin | Aluminum alloy-boron carbide composite material |
JP2007040914A (en) * | 2005-08-05 | 2007-02-15 | Nippon Light Metal Co Ltd | Aluminum powder alloy composite for absorbing neutron, manufacturing method therefor, and basket manufactured using the same |
KR20070026516A (en) * | 2004-04-22 | 2007-03-08 | 알칸 인터내셔널 리미티드 | Improved recycling method for al-b4c composite materials |
-
2010
- 2010-12-20 RU RU2010152157/07A patent/RU2470395C2/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1060734A (en) * | 1990-10-13 | 1992-04-29 | 吴良 | The material of filling anti-radiation building barrier and manufacture method |
RU2081465C1 (en) * | 1994-09-16 | 1997-06-10 | Павленко Вячеслав Иванович | Protective container |
US20060090872A1 (en) * | 2002-10-25 | 2006-05-04 | Jean-Yves Fortin | Aluminum alloy-boron carbide composite material |
KR20070026516A (en) * | 2004-04-22 | 2007-03-08 | 알칸 인터내셔널 리미티드 | Improved recycling method for al-b4c composite materials |
JP2007040914A (en) * | 2005-08-05 | 2007-02-15 | Nippon Light Metal Co Ltd | Aluminum powder alloy composite for absorbing neutron, manufacturing method therefor, and basket manufactured using the same |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2010152157A (en) | 2012-06-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
AbuAlRoos et al. | Conventional and new lead-free radiation shielding materials for radiation protection in nuclear medicine: A review | |
BAYKAL et al. | An investigation on radiation shielding properties of borosilicate glass systems | |
Al-Buriahi et al. | Role of heavy metal oxides on the radiation attenuation properties of newly developed TBBE-X glasses by computational methods | |
Fu et al. | The advancement of neutron shielding materials for the storage of spent nuclear fuel | |
Abd Elwahab et al. | New shielding composite paste for mixed fields of fast neutrons and gamma rays | |
Abdulrahman et al. | Introduction to neutron-shielding materials | |
Mirji et al. | 24. Radiation shielding materials: A brief review on methods, scope and significance | |
US10662508B2 (en) | Radiation shielding and mitigating alloys, methods of manufacture thereof and articles comprising the same | |
Okonkwo et al. | Development, characterization, and properties of polymeric nanoarchitectures for radiation attenuation | |
Jing et al. | Research progress of rare earth composite shielding materials | |
Mortazavi et al. | Design and fabrication of high density borated polyethylene nanocomposites as a neutron shield | |
Dejangah et al. | X-ray attenuation and mechanical properties of tungsten-silicone rubber nanocomposites | |
Matyukhin | Modification of the hematite filling surface of new composition material during high pressure testing | |
Khan et al. | Development of theoretical-computational model for radiation shielding | |
Durante et al. | Cytogenetic effects of high-energy iron ions: dependence on shielding thickness and material | |
Abdulrahman et al. | Micro and nanostructured composite materials for neutron shielding applications | |
Mesbahi et al. | Investigation of fast neutron shielding properties of new polyurethane-based composites loaded with BC, BeO, WO, ZnO, and GdO micro-and nanoparticles | |
Mahmoud et al. | The influence of heavy metallic wastes on the physical properties and gamma-ray shielding performance of ordinary concrete: Experimental evaluations | |
Gökmen et al. | Impact of the gamma and neutron attenuation behaviors on the functionally graded composite materials | |
Wu et al. | Comparative investigation of physical, X-ray and neutron radiation shielding properties for B2O3-MnO2-CdO borate glasses | |
RU2470395C2 (en) | Composite material for radiation shielding | |
Zeng et al. | Development of polymer composites in radiation shielding applications: a review | |
Cherkashina et al. | Gamma radiation attenuation characteristics of polyimide composite with WO2 | |
Mehelli et al. | Outstanding thermal neutrons shields based on epoxy, UHMWPE fibers and boron carbide particles | |
Mahmoud et al. | A close look for the γ-ray attenuation capacity and equivalent dose rate form composites based epoxy resin: An experimental study |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PD4A | Correction of name of patent owner |