Композиционный материал для радиационной защиты

Изобретение относится к материалам для защиты от ионизирующих излучений и может быть использовано в атомной, радиохимической промышленности, а также в военно-морской и авиакосмической промышленности в целях защиты обслуживающего персонала и окружающей среды. Композиционный материал для радиационной защиты содержит в качестве составляющих компонентов высокодисперсный активированно-модифицированный гематит (наполнитель) с размером частиц до 80 мкм и металлический алюминий (матрица) при следующем отношении компонентов, мас.%: алюминий металлический 61-85, высокодисперсный активировано-модифицированный гематит - 15-39. Повышение механической прочности материала, а также возможность его использования 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, является техническим результатом изобретения. 4 табл.

 

Изобретение относится к материалам для защиты от ионизирующих излучений в атомной, радиохимической промышленности, военно-морском флоте, авиакосмической промышленности, обслуживающего персонала и окружающей среды.

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).

Недостатком композиционного материала является его низкие радиационно-защитные характеристики по отношению к высокоэнергетическому гамма-излучению.

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).

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.

Целью изобретения является повышение механической прочности композиционного материала для радиационной защиты.

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.%:

Алюминий металлический 61-85
Высокодисперсный активировано-модифицированный
гематит 15-39

В качестве матрицы используется металлический алюминий плотностью 2700 кг/м3 с содержанием основного элемента А1 не менее 99,95%.

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):

Таблица 1
Химический состав гематитового железорудного концентрата Яковлевского месторождения КМА (мас.%)
2О3 FeO SiO2 Al2O3 CaO MgO K2О Na2O
66,62 28,15 4,41 0,17 0,16 0,29 0,09 0,11
Таблица 2
Минеральный состав гематитового железорудного концентрата Яковлевского месторождения КМА (мас.%)
Гематит Магнетит Силикаты Кварц Карбонаты
93,5 3,3 0,5 2,5 0,2

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.

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».

Количественное содержание компонентов предлагаемого и известного материалов приведено в табл.3.

Таблица 3
Составы материалов
Компонент Содержание, мас.%
Предлагаемый материал Известный материал (прототип)
1 2 3 4 5
Гематит 15 50 70 75 80 60
Алюминий металлический 85 50 30 25 20 40

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».

Таблица 4
Свойства композиционного материала для радиационной защиты
Показатель Содержание, мас.%
Предлагаемый материал Известный материал (прототип)
1 2 3 4 5
Предел прочности на сжатие, МПа 94 493 710 341 87 472
Предел прочности на изгиб, 45 168 263 79 32 159
МПа
Предел прочности на 61 164 195 102 40 157
растяжение, МПа
Линейный коэффициент
ослабления (µ) гамма-
излучения, см-1:
Е=0,66 МэВ (137Cs) 0.17 0.25 0.37 0.44 0.51 0.35
Е=1,22 МэВ (60Со) 0.10 0.15 0.17 0.19 0.20 0.16

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.

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.

Композиционный материал для радиационной защиты, включающий операцию по введению в армирующие матрицы тонкодисперсного железосодержащего наполнителя, где в качестве армирующего используют металлический алюминий, отличающийся тем, что в качестве наполнителя материал содержит высокодисперсный активировано-модифицированный гематит с размером частиц до 80 мкм в следующем отношении компонентов, мас.%:

алюминий металлический 61-85
высокодисперсный активировано-модифицированный
гематит 15-39


 

Похожие патенты:

Изобретение относится к радиосвязи и радиолокации, в частности к антенным системам, которые вносят значительный вклад в радиолокационную заметность объектов, и может быть использовано в наземной, наводной, авиационной и космической технике.

Изобретение относится к средствам радионавигации. .

Изобретение относится к области конструкционных радиопоглощающих материалов, которые используются для обеспечения электромагнитной совместимости бортовой аппаратуры, защиты персонала от электромагнитного излучения в СВЧ диапазоне.
Изобретение относится к технологии получения радиопоглощающего магний-цинкового феррита, который может найти широкое применение в производстве безэховых камер, обеспечивающих исключение отражения радиоволн от стен камеры.

Изобретение относится к радиофизике, антенной технике и может найти применение при создании поглотителей электромагнитных волн, используемых для оснащения сверхширокодиапазонных многофункциональных безэховых камер (БЭК) и экранированных помещений, обеспечивающих проведение радиотехнических измерений и испытаний технических средств на соответствие нормам и требованиям электромагнитной совместимости.

Изобретение относится к области радиотехники и звукотехники и может использоваться при строительстве и оборудовании безэховых камер (помещений с радио- и звукоизоляцией), которым предъявляются повышенные требования, и которые могут найти применение при проверке и сертификации электро-радиоприборов на электромагнитную совместимость и помехоустойчивость, звукозаписи и т.п.
Изобретение относится к антенной технике, в частности к радиопоглощающим покрытиям (РПП) и поглотителям, используемым в конструкциях антенн и антенных систем для оптимизации радиотехнических характеристик и уменьшения влияния близко расположенных металлических и диэлектрических поверхностей.

Изобретение относится к радиотехнике, а более конкретно к материалам для поглощения электромагнитных волн, и может найти применение для повышения скрытности и уменьшения вероятности обнаружения радиолокаторами объектов и оборудования наземной, авиационной, ракетной и космической техники.

Изобретение относится к многофункциональным покрытиям, обеспечивающим радиопоглощение, и может быть применено в радиотехнике. .

Изобретение относится к области биологической защиты персонала и окружающей среды от воздействия высокоактивных источников радиоактивного излучения. .

Изобретение относится к области электронной техники. .
Изобретение относится к области производства материалов, поглощающих нейтроны. .
Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано для изготовления вкладышей из карбида бора для работы в качестве поглотителей нейтронов в стержнях СУЗ атомных реакторов, например в реакторах БОР-60 и БН-600.
Изобретение относится к рентгенотехнике и касается материалов для защиты от рентгеновского излучения. .
Изобретение относится к рентгенотехнике и касается материалов для защиты от рентгеновского излучения. .

Изобретение относится к рентгенотехнике и касается материалов с повышенными свойствами к поглощению рентгеновских лучей. .
Изобретение относится к полимерной композиции для радиационной защиты электронных приборов, содержащей полимерное связующее, литий и бор в качестве экранирующих наполнителей (агентов), которая может быть использована для изготовления защитных материалов для биологической защиты, в качестве теневой защиты ядерных энергетических установок, аппаратуры ядерно-опасных объектов. Заявленная композиция содержит в качестве связующего полипропилен и/или полиэтилен, а литий и бор в составе соединения тетрагидридобората лития (ТГБЛ) капсулированного при следующем соотношении ингредиентов, % мас.: порошкообразный экранирующий наполнитель -   тетрагидридоборат лития не более 5 полиэтилен и/или полипропилен остальное Предлагаемая композиция обеспечивает повышение эффективности радиационно-защитных свойств и уменьшение образования гамма-квантов. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 пр.

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.
Наверх