RU2561989C1 - Радиационно-защитный материал на полимерной основе с повышенными рентгенозащитными и нейтронозащитными свойствами - Google Patents
Радиационно-защитный материал на полимерной основе с повышенными рентгенозащитными и нейтронозащитными свойствами Download PDFInfo
- Publication number
- RU2561989C1 RU2561989C1 RU2014129405/05A RU2014129405A RU2561989C1 RU 2561989 C1 RU2561989 C1 RU 2561989C1 RU 2014129405/05 A RU2014129405/05 A RU 2014129405/05A RU 2014129405 A RU2014129405 A RU 2014129405A RU 2561989 C1 RU2561989 C1 RU 2561989C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- radiation
- boron
- polymer
- tungsten
- ray
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Abstract
Изобретение относится к ядерной технике, а именно к материалам для защиты от ионизирующего излучения, и предназначено для использования при изготовлении элементов радиационно-защитных экранов. Радиационно-защитный материал на полимерной основе содержит сверхвысокомолекулярный полиэтилен с наночастицами вольфрама и карбида бора. Изобретение обеспечивает увеличение поглощения ионизирующего излучения. 1 ил., 3 табл., 1 пр.
Description
Изобретение относится к ядерной технике, к материалам для защиты от ионизирующего излучения и предназначено для использования при изготовлении элементов радиационно-защитных экранов.
Известен радиационно-защитный материал (RU 2368629 C2 20090927 «РАДИАЦИОННО-ЗАЩИТНЫЙ КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ»).
Способ изготовления данного материала включает полимеризацию этилена на поверхности частиц элементарного бора среднего размера 3-8 мкм в присутствии иммобилизованной на нем каталитической системы, состоящей из тетрахлорида ванадия и алюминийорганического соединения. Сначала на поверхности частиц бора проводят фор-полимеризацию этилена до образования на них покрытия из сверхвысокомолекулярного полиэтилена с молекулярной массой не менее 1·106 и толщиной 0,01-20 мкм. Радиационно-защитный композиционный материал представляет собой частицы элементарного бора с полиолефиновым покрытием в виде агломератов среднего размера 20-100 мкм. Полученный композиционный материал обладает равномерным распределением частиц бора в полимерной матрице, а также комплексом свойств - высокой прочностью, очень высокой ударной вязкостью в широком диапазоне температур, стойкостью к растрескиванию и истиранию.
Данный материал не способен защищать от гамма- и рентгеновского излучения, которое возникает при поглощении нейтрона бором.
Известен материал биозащиты (RU 2008730 C1 19940228 «МАТЕРИАЛ БИОЗАЩИТЫ ОТ НЕЙТРОНОВ»). Применяемая для его получения композиция содержит, масс.ч.: полиэтилен 100; аморфный бор 3-5; гидроокись алюминия 70-100; бромсодержащее ароматическое соединение 10-20; поливиниловый спирт 1-2; малеиновый ангидрид 1-2. Композиция дополнительно может содержать полистирол в количестве 20-25 масс.ч. на 100 масс.ч. полиэтилена для повышения радиационной стойкости.
Недостатком материала является неспособность материалом поглощать гамма-излучение, при поглощении нейтрона бором.
Материл (RU 2050380 C1, 19951220 «СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИЭТИЛЕНОВОЙ КОМПОЗИЦИИ») получен на основе полиэтиленовой композиции, где предварительно аморфный бор смешивают с изотактическим полипропиленом, прессуют в виде заготовок, точением получают стружку и дробят ее до порошкового состояния дисперсностью до 1 мм в шаровом смесителе, в дробленый порошок вводят полиэтилен, смешивают и экструдируют. Процесс проводят при содержании аморфного бора 50, 75 масс. на 100 масс. его смеси с полипропиленом. Также предложена и боросодержащая композиция композиционного материала, предназначенного для защиты от нейтронных излучений при эксплуатации атомных энергетических установок, защищающих контейнеров при хранении и транспортировке делящихся веществ, что обеспечивает получение более теплостойкой боросодержащей композиции с повышенными прочностными характеристиками и не имеющей дефектов. Боросодержащая композиция на основе аморфного бора и полипропилена дополнительно содержит нитрид бора при следующем соотношении компонентов, масс.%: бор аморфный 4-6; нитрид бора 9-11; полипропилен 83-87.
Недостатком является неспособность защищать от гамма- и рентгеновского излучения, которое возникает при поглощении нейтрона бором.
Также известна боросодержащая композиция (RU 2096431 C1, 19971120 «БОРОСОДЕРЖАЩАЯ КОМПОЗИЦИЯ»). Точением получают стружку и дробят ее до порошкового состояния. В дробленый продукт добавляют полиэтилен, смешивают и экструдируют. Способ позволяет прессовать детали без дефектов, предел прочности на разрыв не ниже 160 кг/см2.
Недостатками являются низкие показатели прочности на разрыв, а также неспособность защищать от гамма- и рентгеновского излучения, которое возникает при поглощении нейтрона бором.
Прототипом предложенного изобретения является (RU 02148062 C1, 20000427 «СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ПОЛИМЕРНОЙ КОМПОЗИЦИИ»), получена полимерная композиция, в которой в качестве наполнителя используют нитрид бора и осуществляют его смешение с частью олефинового полимера при их массовом соотношении от 1:2 до 1:1 соответственно в шаровом смесителе при соотношении массы металлических шаров к массе перемешиваемой композиции 4:1 в течение 1-2 ч с последующим добавлением оставшейся части олефинового полимера и продолжением смешения в шаровом смесителе в течение 0,5-1 ч.
Отличием является полимерная матрица и способ получения готового продукта.
Технический результат изобретения заключается в увеличении поглощения ионизирующего излучения (нейтронного и рентгеновского) за счет введения нанопорошков наполнителей, обеспечивающих увеличение коэффициента поглощения рентгеновского излучения до 10-30% по сравнению с микрокристаллическими аналогами.
Технический результат достигается следующим образом.
Радиационно-защитный материал на полимерной основе содержит сверхвысокомолекулярный полиэтилен с наночастицами вольфрама и карбида бора при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Сверхвысокомолекулярный полиэтилен - 20-82;
Вольфрам - 10-60;
Карбид бора - 8-20.
В предлагаемом материале повышение уровня радиационно-защитных свойств достигается за счет введения в композит порошка вольфрама и карбида бора дисперсностью менее 50 нм. Введение нанопорошка вольфрама в количестве 10-60% масс. обеспечивает коэффициент поглощения рентгеновского излучения с энергией 122 кэВ до 4 см-1. Введение наночастиц карбида бора в композит в количестве 8-20% масс. обеспечивает высокий уровень защитных свойств от нейтронного излучения, вплоть до полного поглощения. Эффективное распределение наноразмерных наполнителей по полимерной матрице обеспечивается за счет применения метода совестного механического синтеза в высокоэнергетичных планетарных мельницах с металлическими мелящими телами. Получение изделия необходимой формы из композита осуществляется методами термопрессования и экструзии при температуре 180-200°C. Благодаря хорошей перерабатываемости материала изделие радиационной защиты из данного материала может быть изготовлено практически любой сложной формы.
Возможность промышленной применимости предлагаемого материала и его использования в качестве радиационно-защитного материала подтверждается следующим примером реализации.
Пример
В качестве исходных материалов использовались сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМПЭ) марки GUR 4120, нанопорошок вольфрама дисперсностью 50 нм, полученный методом водородного восстановления специально приготовленного прекурсора на основе вольфрамовой кислоты, и карбид бора, полученный механическим измельчением в шаровом механоактиваторе промышленного порошка карбида бора.
Порошки - СВМПЭ, вольфрама, карбида бора проходят предварительную сушку при температуре 110°C, затем смешиваются и подвергаются механическому перемешиванию с помощью планетарной мельницы АПФ-3 с металлическими мелящими телами в следующих композициях: 10% масс. вольфрама с 8% масс. карбида бора, СВМПЭ - остальное; 18% масс. вольфрама с 12% масс. карбида бора, СВМПЭ - остальное; 30% масс. вольфрама с 20% масс. карбида бора, СВМПЭ - остальное; 60% масс. вольфрама с 8% масс. карбида бора, СВМПЭ - остальное. Полученные после перемешивания в мельнице композиционные смеси подвергались термопрессованию при температуре 180-200°C и давлении 35-40 МПа.
На чертеже показан пример структуры композита, полученной на сканирующем электронном микроскопе, путем получения хрупкого излома композита при замораживании его в жидком азоте.
Механические, трибологические и радиационно-защитные свойства композитов приведены в таблицах 1, 2, 3.
Claims (1)
- Радиационно-защитный материал на полимерной основе содержит сверхвысокомолекулярный полиэтилен с наночастицами вольфрама и карбида бора при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Сверхвысокомолекулярный полиэтилен - 20-82;
Вольфрам - 10-60;
Карбид бора - 8-20.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014129405/05A RU2561989C1 (ru) | 2014-07-17 | 2014-07-17 | Радиационно-защитный материал на полимерной основе с повышенными рентгенозащитными и нейтронозащитными свойствами |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014129405/05A RU2561989C1 (ru) | 2014-07-17 | 2014-07-17 | Радиационно-защитный материал на полимерной основе с повышенными рентгенозащитными и нейтронозащитными свойствами |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2561989C1 true RU2561989C1 (ru) | 2015-09-10 |
Family
ID=54073472
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014129405/05A RU2561989C1 (ru) | 2014-07-17 | 2014-07-17 | Радиационно-защитный материал на полимерной основе с повышенными рентгенозащитными и нейтронозащитными свойствами |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2561989C1 (ru) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2605696C1 (ru) * | 2015-11-17 | 2016-12-27 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Материал на полимерной основе для комбинированной радио- и радиационной защиты |
RU2632932C1 (ru) * | 2016-12-13 | 2017-10-11 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Композиционный материал на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена для комбинированной радио и радиационной защиты, наполненный пентаборидом дивольфрама и техническим углеродом |
RU2632934C1 (ru) * | 2016-12-13 | 2017-10-11 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Композиционный материал на полимерной основе для комбинированной защиты гамма, нейтронного и электромагнитного излучения, наполненный нанопорошком вольфрама, нитрида бора и технического углерода |
RU2643985C1 (ru) * | 2017-01-16 | 2018-02-06 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химической физики им. Н.Н. Семенова Российской академии наук (ИХФ РАН) | Теплопроводящий электроизоляционный композиционный материал |
RU2697187C1 (ru) * | 2018-04-10 | 2019-08-13 | Общество с ограниченной ответственностью "ИнноваПлюс" | Слоисто-монолитный радиационно-защитный материал |
RU2715749C1 (ru) * | 2017-04-26 | 2020-03-03 | Токемек Энерджи Лтд | Нейронная защита, объединенная с соленоидом |
RU2730600C1 (ru) * | 2017-06-23 | 2020-08-24 | Крисос Корпорейшен Лимитед | Защитный экран для рентгеновской установки |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2961415A (en) * | 1956-11-02 | 1960-11-22 | Irving R Axelrad | Settable neutron radiation shielding material |
RU2008730C1 (ru) * | 1992-01-30 | 1994-02-28 | Акционерное общество открытого типа "Научно-исследовательский институт пластических масс им.Г.С.Петрова с Опытным московским заводом пластмасс" | Материал биозащиты от нейтронов |
RU2096431C1 (ru) * | 1995-01-27 | 1997-11-20 | Комбинат "Электрохимприбор" | Боросодержащая композиция |
RU2148062C1 (ru) * | 1998-09-03 | 2000-04-27 | Комбинат "Электрохимприбор" | Способ приготовления полимерной композиции |
-
2014
- 2014-07-17 RU RU2014129405/05A patent/RU2561989C1/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2961415A (en) * | 1956-11-02 | 1960-11-22 | Irving R Axelrad | Settable neutron radiation shielding material |
RU2008730C1 (ru) * | 1992-01-30 | 1994-02-28 | Акционерное общество открытого типа "Научно-исследовательский институт пластических масс им.Г.С.Петрова с Опытным московским заводом пластмасс" | Материал биозащиты от нейтронов |
RU2096431C1 (ru) * | 1995-01-27 | 1997-11-20 | Комбинат "Электрохимприбор" | Боросодержащая композиция |
RU2148062C1 (ru) * | 1998-09-03 | 2000-04-27 | Комбинат "Электрохимприбор" | Способ приготовления полимерной композиции |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2605696C1 (ru) * | 2015-11-17 | 2016-12-27 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Материал на полимерной основе для комбинированной радио- и радиационной защиты |
RU2632932C1 (ru) * | 2016-12-13 | 2017-10-11 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Композиционный материал на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена для комбинированной радио и радиационной защиты, наполненный пентаборидом дивольфрама и техническим углеродом |
RU2632934C1 (ru) * | 2016-12-13 | 2017-10-11 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Композиционный материал на полимерной основе для комбинированной защиты гамма, нейтронного и электромагнитного излучения, наполненный нанопорошком вольфрама, нитрида бора и технического углерода |
RU2643985C1 (ru) * | 2017-01-16 | 2018-02-06 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химической физики им. Н.Н. Семенова Российской академии наук (ИХФ РАН) | Теплопроводящий электроизоляционный композиционный материал |
RU2715749C1 (ru) * | 2017-04-26 | 2020-03-03 | Токемек Энерджи Лтд | Нейронная защита, объединенная с соленоидом |
US10847269B2 (en) | 2017-04-26 | 2020-11-24 | Tokamak Energy Ltd. | Combined neutron shield and solenoid |
RU2730600C1 (ru) * | 2017-06-23 | 2020-08-24 | Крисос Корпорейшен Лимитед | Защитный экран для рентгеновской установки |
RU2697187C1 (ru) * | 2018-04-10 | 2019-08-13 | Общество с ограниченной ответственностью "ИнноваПлюс" | Слоисто-монолитный радиационно-защитный материал |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2561989C1 (ru) | Радиационно-защитный материал на полимерной основе с повышенными рентгенозащитными и нейтронозащитными свойствами | |
Mahmoud et al. | Recycled high-density polyethylene plastics added with lead oxide nanoparticles as sustainable radiation shielding materials | |
Shin et al. | Polyethylene/boron-containing composites for radiation shielding | |
Kaloshkin et al. | Radiation-protective polymer-matrix nanostructured composites | |
CN107082642B (zh) | 中子射线减速材料用氟化物烧结体及中子射线减速材料 | |
Kamrannejad et al. | Photocatalytic degradation of polypropylene/TiO2 nano-composites | |
Baykara et al. | Polyimide nanocomposites in ternary structure:“A novel simultaneous neutron and gamma‐ray shielding material” | |
Lee et al. | Properties of B4C–PbO–Al (OH) 3-epoxy nanocomposite prepared by ultrasonic dispersion approach for high temperature neutron shields | |
CN102585330A (zh) | 一种钨—高分子聚合物复合材料及其制备方法 | |
KR101589692B1 (ko) | 텅스텐 또는 보론 나노 입자를 포함하는 방사선 차폐재 및 이의 제조방법 | |
KR20100047510A (ko) | 나노 크기의 방사선 차폐물질을 포함하는 방사선 차폐재 및이의 제조방법 | |
AVCIOĞLU | LDPE matrix composites reinforced with dysprosium-boron containing compounds for radiation shielding applications | |
Shafka et al. | Preparation of lead-polymer nano composite for nuclear shielding applications | |
Kuburi et al. | Effects of coir fiber loading on the physio-mechanical and morphological properties of coconut shell powder filled low density polyethylene composites | |
Abdel-Galil et al. | Nano-ZnO doping induced changes in structure, mechanical and optical properties of PVA films | |
Hamisu et al. | The use of nanomaterial polymeric materials as ionizing radiation shields | |
Maksoud et al. | Recycled high-density polyethylene plastic reinforced with ilmenite as a sustainable radiation shielding material | |
RU2632934C1 (ru) | Композиционный материал на полимерной основе для комбинированной защиты гамма, нейтронного и электромагнитного излучения, наполненный нанопорошком вольфрама, нитрида бора и технического углерода | |
Remanan et al. | Poly (aryl ether ketone) based individual, binary and ternary nanocomposites for nuclear waste storage: mechanical, rheological and thermal analysis | |
RU2563650C1 (ru) | Способ получения радиационно-защитного материала на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена с повышенными радиационно-защитными свойствами | |
CN107652509A (zh) | 一种铅硼聚乙烯复合材料及其制备方法 | |
CN111825911B (zh) | 一种用于空间中子屏蔽的聚合物复合材料及其制备方法 | |
WO2021252112A1 (en) | Neutron shielding and radiation absorbing compositions | |
Abdel‐Rahman et al. | Physico‐mechanical properties of gamma‐irradiated clay/polyester nanocomposites | |
Cui et al. | Construction of MAPbBr3/EP composites with blocking path for high-performance gamma-rays shielding |