Прозрачный материал для защиты от нейтронов
Изобретение относится к материалу для защиты от нейтронов, обладающему превосходной прозрачностью. Материал защиты от нейтронов включает отвержденный продукт композиции эпоксидной смолы, содержащей эпоксидную смолу и аминовый отвердитель. Причем прозрачность для света отвержденного продукта композиции эпоксидной смолы при длине волны от 400 нм до 700 нм составляет 84,9% или больше и толщина слоя десятикратного ослабления нейтронного пучка, создаваемого Калифорнием 252, составляет 14 см или меньше. Изобретение позволяет создавать экранирующие материалы, обладающие превосходством в отношении эффективности экранирования, и также имеющие превосходную прозрачность по сравнению с традиционными материалами защиты от нейтронов. 6 з.п. ф-лы, 5 табл.
Область техники, к которой относится изобретение
Представленное изобретение относится к материалу для защиты от нейтронов, обладающему превосходной прозрачностью.
Предшествующий уровень техники
В связи с ростом отрасли атомной энергетики, очень важной темой становится защита от нейтронов, создаваемых такими установками, как ядерные установки, например, ядерный реактор или быстрый бридерный реактор или установки для медицинского лечения нейтронами, а также защита оператора от поражения нейтронами. В то же время, для оператора, работающего в лаборатории для исследования радиоактивных материалов ("горячей" лаборатории) или в камере для работы с радиоактивными материалами ("горячей" камере), очень важной темой с точки зрения поддержания эффективности работы является прозрачность материала для защиты от нейтронов.
Поскольку нейтронный пучок характеризуется тем, что энергетическая зависимость коэффициента преобразования дозы облучения является очень высокой, пучок быстрых нейтронов, энергия которого высока, обладает очень большим влиянием при внешнем воздействии на человеческое тело. Поэтому, становится необходимым, эффективно экранируя пучок быстрых нейтронов, уменьшать внешнее воздействие нейтронного пучка. Для цели защиты от пучка быстрых нейтронов хорошо известно о замедлении нейтронов посредством упругого рассеивания атомами с малым атомным весом, такими как атомы водорода, и о материалах с высоким содержанием водорода, которые традиционно используются в качестве материала защиты от нейтронов. Для материала защиты от нейтронов очень важно быть дешевым и простым в обработке, а также известно, что защита осуществляется за счет потери энергии нейтронов при упругом рассеивании. Соответственно, поскольку эффективными являются атомы с малым атомным числом, в качестве структурных элементов для материала защиты от радиоактивного излучения используются и применяются углеводородные соединения, содержание количества атомов водорода в которых относительно велико, (такие как парафины, полиэтиленовая смола, эпоксидная смола или акриловая смола).
В частности, эпоксидная смола обладает тем преимуществом, что для нее возможно литье способом литья под давлением и можно обеспечивать необходимую толщину защитного материала способом литья под давлением с одной литейной формой.
Патентный документ 1 относится к составу эпоксидной смолы, содержащему наноразмерный материал экранирования радиоактивного излучения, имеющий очень хорошие результаты защиты от излучения, и к способу его приготовления. В частности, представленное изобретение относится к способу приготовления композиции эпоксидной смолы для защиты от нейтронов, содержащему этапы, на которых: смешивают порошок компаунда бора для поглощения нейтронов, как вариант, металлический порошок высокой плотности для экранирования гамма-лучей, и огнезащитный порошок, соответственно, раздельно или в сочетании с отвердителем на основе аминов, чтобы получить смесь отвердителя и порошка; проводят ультразвуковую обработку с применением ультразвуковых волн к смеси, чтобы покрыть поверхность частиц порошка отвердителем на основе аминов, для диспергирования порошка в отвердителе; и диспергируют отвердитель для смешивания и диспергирования отвердителя на основе аминов, который диспергируется, и вводят порошок, обработанный ультразвуковыми волнами, в эпоксидную смолу.
Однако, в этом патентном документе нет никакого упоминания о прозрачности материала защиты от нейтронов.
Пример, который использует прозрачную эпоксидную смолу в качестве вещества защиты от нейтронов, раскрывается в патентном документе 2, однако, в раскрытии говорится всего лишь о том, что "Прозрачность отвержденного вещества обычно измеряется посредством освещенности. Например, в случае, когда отвержденное вещество применяется в качестве лобового стекла специального автомобиля, необходимо, чтобы освещенность поддерживалась в пределах освещенности, предписанной в законе о контроле дорожного движения. В этом изобретении, когда освещенность поддерживается выше 50% относительно соответствующего источника света, считается, что требование к прозрачности соблюдается должным образом". В соответствии с этим раскрытием, упомянутый способ не относится к способу, предписанному в общепринятом способе, например, JISK7361 и т. д., где измеряется прозрачность материалов, поэтому коэффициент пропускания для каждого диапазона длин волн не указывается.
Документы предшествующего уровня техники
Патентные документы
Патентный документ 1: публикация JP 2014-514587
Патентный документ 2: публикация JP 2001-310928
Раскрытие изобретения
Задача, решаемая изобретением
С недавнего времени, в связи с повышением эффективности сжигания ядерного топлива или в связи с использованием топлива MOX, нарастают дозы излучения нейтронных пучков от используемого ядерного топлива.
В случае материала панелей для горячей лаборатории или горячей камеры, применяемых для оборудования повторной переработки использованного ядерного топлива, помимо того, что он является экранирующим материалом, от него требуется прозрачность, потому что при использовании манипулятора необходимо наблюдать внутренний объем лаборатории или камеры. Соответственно, предметом этого изобретения является разработка экранирующих материалов, обладающих превосходством в отношении эффективности экранирования, и также имеющих превосходную прозрачность по сравнению с традиционными материалами защиты от нейтронов. Когда такие превосходные прозрачные экранирующие материалы разработаны, они могут применяться в качестве панельных материалов для оборудования, работающего с источником излучения, испускающим пучок быстрых нейтронов, таким как использованное ядерное топливо с высокой способностью сгорания, содержащее большое количество продуктов спонтанного ядерного деления, и при этом, дополнительно, становится возможным снижение дозы облучения для операторов.
В качестве материала защиты от нейтронов исследуются и начинают использоваться на практике различные материалы, такие как металлические материалы, неорганические материалы или высокополимерные материалы, содержащие большое количество водорода. В этом исследовании, поскольку высокополимерные материалы являются не только материалами, содержащими большое количество водорода, но также обладают превосходной прозрачностью и пригодны для производства литых под давлением изделий относительно крупных размеров, разработка проводится, ограничивая задачу разработкой высокополимерных материалов. В частности, задача представленного изобретения сужается до разработки материала защиты от нейтронов, использующего эпоксидную смолу, а именно, эпоксидную смолу, применяемую для перчаточной камеры, в которой работают с ядерным топливом, обладающую прозрачностью, схожей с акриловой смолой, которая, по сравнению с акриловой смолой, является типичным прозрачным материалом защиты от нейтронов, имеющим более чем 90-процентный коэффициент пропускания света в диапазоне видимого излучения, и превосходную механическую прочность и способность защиты от нейтронов.
То есть, задача представленного изобретения состоит в обеспечении материала защиты от нейтронов, прозрачного в диапазоне видимого излучения. Посредством представленного изобретения при выполнении облучения становится возможным без подкраски наблюдать проекцию в диапазоне от синего до фиолетового цвета, поэтому наблюдение внутренней рабочей области не только может делаться полноцветным, но можно также точно наблюдать излучение Черенкова в синем цвете, то есть, становится возможным точное наблюдение при воздействии излучения.
Дополнительно, с точки зрения условий использования материала защиты от нейтронов, необходимо иметь литые изделия с относительно большой толщиной и большими габаритами.
Способ решения задачи
Авторы представленного изобретения продолжили серьезное исследование эпоксидной смолы, проделанное исследователями, чтобы разработать композицию эпоксидной смолы, обладающей прозрачностью, а также имеющей эффект защиты от нейтронов, и выяснили, что композицию прозрачной эпоксидной смолы, обладающей эффектом защиты от нейтронов, может быть получена, объединяя особую эпоксидную смолу с отвердителем, и затем закончили исследование представленным изобретением.
То есть, как упомянуто ниже, представленное изобретение должно обеспечить композицию отверждаемой эпоксидной смолы, ее отверждающее вещество и способ ее производства.
Важными признаками представленного изобретения являются:
(1) Материал защиты от нейтронов, у которого прозрачность для света с длиной волны от 400 нм до 700 нм составляет 80% или больше, и толщина слоя десятикратного ослабления нейтронного пучка, образованного Калифорнием 252, составляет 14 см или меньше.
(2) Материал защиты от нейтронов по п. (1), в котором материал защиты от нейтронов является отверждаемым продуктом на основе композиции эпоксидной смолы.
(3) Материал защиты от нейтронов по п. (2), в котором плотность количества атомов водорода атома в композиции эпоксидной смолы равна 6,78 × 1022 атомов/см3 или больше.
(4) Материал защиты от нейтронов по п. (3), в котором эпоксидная смола композиции на основе эпоксидной смолы обладает алициклической структурой.
(5) Материал защиты от нейтронов по п. (4), в котором эпоксидная смола, обладающая алициклической структурой, является эпоксидной смолой, полученной эпоксидированием циклического олефина.
(6) Материал защиты от нейтронов по п. (4), в котором эпоксидная смола, обладающая алициклической структурой, является эпоксидной смолой, полученной гидрированием ароматической эпоксидной смолы.
(7) Материал защиты от нейтронов по любому из пп. (2)-(6), в котором отвердителем эпоксидной смолы является амин, обладающий алициклической структурой, или алифатический амин.
(8) Материал защиты от нейтронов по любому из пп. (1)-(7), в котором материал защиты от нейтронов получен посредством способа литья.
То есть, существенным признаком представленного изобретения является материал защиты от нейтронов, содержащий в качестве основных компонент эпоксидную смолу и аминовый отвердитель, причем эпоксидная смола является эпоксидной смолой, обладающей алициклической структурой, а аминовый отвердитель является алициклическим диаминовым отвердителем.
Результат изобретения
Композицию смолы, приведенная в представленном изобретении, имеет превосходную прозрачность и обладает превосходной способностью защиты от нейтронов, основанной на высокой плотности атомов водорода.
Предпочтительный вариант осуществления изобретения
Представленное изобретение будет описано более подробно.
Исходный материал: эпоксидная смола
Эпоксидная смола, используемая в настоящем изобретении, является эпоксидной смолой, обладающей алициклической структурой.
В качестве эпоксидной смолы, обладающей алициклической структурой, желательна эпоксидная смола, выбранная из группы, содержащей эпоксидную смолу, которая может быть получена эпоксидированием циклического олефина, и эпоксидная смола, которая может быть получена гидрированием ароматической эпоксидной смолы.
В качестве примеров алициклической эпоксидной смолы, получаемой эпоксидированием циклического олефина, можно упомянуть, например, 3,4-эпоксициклогексилметил-3',4'-эпокси- циклогексанкарбоксилат, 1,2-эпокси-винилциклогексен, ди(3,4-эпоксициклогексилметил)адипат, 1-эпоксиэтил-3,4-эпоксицикло- гексан, лимонэнэдипоксид, алициклическая эпоксидная смола типа олигомера (название продукта компании Daicel Chemical Industries Ltd.: Epolead GT300, Epolead GT400, EHPE-3150).
Среди этих продуктов желателен 3,4-эпоксициклогексилметил-3',4'-эпоксициклогексанкарбоксилат и при смешивании этой алициклической эпоксидной смолы вязкость композиции эпоксидной смолы может быть понижена и, соответственно, эффективность работы может быть повышена.
Примерами эпоксидной смолы, полученной гидрированием ароматической эпоксидной смолы, являются А-дифенольные эпоксидные смолы, F-дифенольные эпоксидные смолы, эпоксидные смолы 3,3', 5,5'-тетраметил-4,4'-дифенол, дифенольные эпоксидные смолы, такие как 4,4'-дифенольные эпоксидные смолы, новолачные фенолформальдегидные эпоксидные смолы, новолачные крезольные эпоксидные смолы, новолачные А-дифенольные эпоксидные смолы, нафталиндиольные эпоксидные смолы, трисфенолметановая эпоксидная смола, тетракисфенолэтановые эпоксидные смолы или эпоксидные смолы, приготовленные гидрированием ароматического кольца ароматической эпоксидной смолы, такие как фенолдициклопентадиэноволачные эпоксидные смолы. Среди этих соединений, желательными являются А-дифенольные эпоксидные смолы, F-дифенольные эпоксидные смолы или эпоксидные смолы, приготовленные гидрированием ароматического кольца, потому что с помощью этих соединений могут быть получены эпоксидные смолы с высоким отношением гидрирования.
Отношение гидрирования для гидрированных эпоксидных смол, полученных гидрированием этих ароматических эпоксидных смол, желательно иметь от 90 до 100% и, более желательно, от 95 до 100%. Когда отношение гидрирования меньше 90%, смола поглощает коротковолновый свет и это со временем вызывает старение смолы, что нежелательно. Упомянутое отношение гидрирования может быть измерено, определяя изменение поглощения (на длине волны 275 нм) с помощью абсорциометра.
Вышеупомянутые алициклические эпоксидные смолы могут использоваться как одного вида, так и в сочетании с другими их видами.
Отвердитель
В качестве отвердителя, используемого в представленном изобретении, желательно использовать амин, обладающий алициклической структурой, компаунд, специально приготовленный и представленный следующей общей формулой (1), или алифатический амин.
(1)
(в формуле R1 выбирается из группы, состоящей из метиленовой группы с прямой связью, -C(CH3)2-, -O- или -SO2-, R2 и R3 независимо являются атомом водорода или алкиловой группой углеродного числа 1-4),
R1 выбирается из группы, состоящей из метиленовой группы с прямой связью, -C(CH3)2-, -O- или -SO2-, и желательно является метиленовой группой или -C(CH3)2-. R2 и R3 независимо является атомом водорода или алкиловой группой углеродного числа 1-4 и желательно является алкиловой группой углеродного числа 1-2.
Амином, обладающим алициклической структурой, которая должна использоваться, конкретно дело не ограничивается, и можно, например, упомянуть 1,2-диаминоциклогексан, 1,4-диаминоциклогексан, гидрированный ортотолуолдиамин, гидрированный метатолилендиамин, гидрированный метаксилендиамин (1,3-ВАС), изофордиамин или его изомер, норборгидридодиамин, 3,3'-диэтил-4,4'-диаминодицикло-гексил-метан, причем особенно желателен 3,3'-диэтил-4,4'-диаминодициклогексилметан.
В качестве примера состава, представленного упомянутой общей формулой (1), конкретно, могут быть упомянуты 3,3'-диметил-4,4'-диаминодициклогексилметан, 3,3'-диэтил-4,4'-диамино дициклогексилметан, ди(4-амино-3-метил-5-этилциклогексил)метан, 3,3'-диэтил-4,4'-диаминодициклогексилметан или 4,4'-диамино-дициклогексилметан, причем особенно желателен 3,3'-диметил-4,4'-диаминодициклогексилметан.
В качестве примера алифатического амина можно упомянуть диэтиленэтриамин, триэтилентетрамина, тетраэтиленпентамин, гексаметилендиамин, метаксилендиамин, триметилгексаметилен- диамин, 2-метилпента-метилендиамин, диэтиламинопропиламин, полиоксипропилендиамин, полиоксипропилентриамин или N-аминоэтилпиперазин или комбинации этих составов.
Дополнительно, в качестве отвердителя эпоксидной смолы могут использоваться модифицированный реагент этих полиаминов с эпоксидной смолой, модифицированный реагент полиаминов с моноглицидильным компаундом, модифицированный реагент полиаминов с эпихлоргидрином, модифицированный реагент полиаминов с алкиленоксидом углеродного числа 2-4, олигомер амида, полученный химической реакцией полиаминов с многофункциональным компаундом, содержащим по меньшей мере одну ацильную группу или олигомер амида, полученные химической реакцией полиаминов с многофункциональным компаундом, содержащим по меньшей мере одну ацильную группу и одновалентную карбоновую кислоту и/или ее производные. Вышеупомянутый амин, содержащий алициклическую структуру и алифатический амин, может использоваться один или объединяться с другими реагентами.
В представленном изобретении, количество отвердителя для смешивания при обычной температуре отверждения эпоксидной смолы может быть должным образом выбрано в соответствии с типом отвердителя, причем, количество отвердителя для смешивания равно 10-200 массовых частей, желательно, 20-100 массовых частей, на 100 массовых частей эпоксидной смолы.
Другие добавки
Первым существенным моментом представленного изобретения должны быть уменьшение энергии, которой обладают нейтроны, созданные при упругом столкновении нейтронов с атомом водорода, и, как результат, нейтроны должны экранироваться, то есть, нейтрон вызывает ядерную реакцию с определенным изотопом и захватывается. В качестве вещества, захватывающего нейтроны, известен бор.
В представленном изобретении к эпоксидной смоле, в которую замешивается вышеупомянутый отвердитель, может быть дополнительно добавлено борнокислое соединение. Порошок борнокислых соединений, представленных B4C, BN, B2O3 и B (О)3, когда возникает необходимость, может быть добавлен в пределах определенных рамок, чтобы не испортить результат представленного изобретения.
В качестве примера порошка борнокислых соединений, результат защиты от гамма-лучей может обеспечиваться добавлением фритты стеклянного бора (боросиликатного стекла). Что касается атома бора, то хотя известно 14 видов изотопов с массовым числом от 6 до 21, стабильными изотопами являются 10B и 11B, и распространенность в природе каждого из них составляет 18,8% и 80,2%. Нейтрон вызывает ядерную реакцию с 10B и захватывает нейтрон. Для практического применения представленного изобретения, с экономической точки зрения желательно использование природного соединения бора. Дополнительно, хотя существуют различные соединения бора, такие как окись, сульфид, нитрид или галоид, в данном изобретении желательна фритта стеклянного бора (боросиликатное стекло). Боросиликатное стекло может быть получено путем добавления к стеклу борной кислоты, за счет чего могут быть улучшены температура размягчения и его твердость. Здесь термин "фритта" означает стеклянный порошок.
Фритта боросиликатного стекла, которая должна использоваться в представленном изобретении, не ограничивается и может использоваться любой вид продукта, присутствующий на рынке.
Размер частиц фритты боросиликатного стекла, которая будет использоваться в представленном изобретении, составляет от 0,1 мкн до 1000 мкн и, желательно, от 1 мкн до 500 мкн.
Когда количество добавляемой фритты боросиликатного стекла слишком велико, защитный эффект улучшается, однако, прозрачность становится плохой. Поэтому необходимо определить надлежащее соотношение добавления фритты боросиликатного стекла.
Желаемое соотношение для добавления фритты боросиликатного стекла составляет от 0,1 до 13% по весу и, более желательно от 1 до 10% по весу.
Что касается способа добавления фритты боросиликатного стекла, то здесь нет никаких ограничений, однако желателен способ, обеспечивающий хорошее дисперсное состояние.
Дополнительно, железо (Fe), никель (Ni), медь (Cu), вольфрам (W), свинец (Pb) или металлический порошок высокой плотности, такой как окись этих металлических элементов, могут использоваться в качестве вещества защиты от гамма-излучения в пределах рамок, не влияющих на результат представленного изобретения
При возникновении необходимости, к композиции отверждаемой эпоксидной смолы, соответствующей представленному изобретению, могут добавляться другие вещества, такие как антиоксидант, стабилизатор, реактивный или нереактивный разбавитель, пластификатор, вещество для извлечения литья из формы, огнезащитный продукт, пигмент или флуоресцентное вещество, в пределах диапазона, не влияющего на результат представленного изобретения. Дополнительно, в целях улучшения физических свойств, такие как коэффициент теплового расширения, твердость или тиксотропия, могут быть добавлены наполнители, такие как двуокись кремния (коллоидальная двуокись кремния, коллоидная двуокись кремния или осадочная двуокись кремния). Что касается стекла, то могут использоваться ниточное стекловолокно, стеклонить, тканое стекловолокно или нетканое волокно и для их формы нет ограничений. В отношении видов стекла, могут использоваться любые виды стекла, такие как Е-стекло, T-стекло, D-стекло или NE-стекло.
Способ изготовления литого изделия
При реакции отверждения композиции эпоксидной смолы, необходимо отвердить изделие, управляя выделяющейся при реакции теплотой. В представленном изобретении, в случае, когда большое количество неорганического вещества с высокой теплоемкостью вообще не добавляется, обязательно необходимо контролировать и непременно отводить теплоту, выделяющуюся при реакции отверждения в процессе литья. Если теплотой реакции невозможно управлять, будет возникать деформация литья. Соответственно, будет возникать ухудшение внешнего вида за счет признака, возникающего из-за неоднородности литого изделия. Дополнительно, в случае, когда для литья используется прозрачная органическая форма, сама форма меняется и, соответственно, литое изделие также меняется. Дополнительно, пузырьки, которые становятся причиной ухудшения защиты от нейтронов, содержатся в отлитом изделии и вызывают серьезное ухудшение защиты. Такое изделие, фактически, использоваться не может. Соответственно, в представленном изобретении, вышеупомянутые проблемы устраняются следующим способом литья. То есть, при процессе литья композиция эпоксидной смолы заранее освобождается от пены, смесь делится и заливается в форму порциями. Предотвращая скатывание пузырьков к основанию впускного литника формы, тепло, выделяющееся при отверждении, отводится с помощью внешнего охлаждения формы и процесс отверждения выполняется при обычной температуре.
Смешивание исходных материалов: Компоненты, которые должны быть смешаны, соответственно, взвешиваются и перемешиваются. Хотя миксер, который должен использоваться для процесса смешивания, особо не оговаривается, однако, желателен миксер, в котором могут одновременно выполняться перемешивание и удаление пены.
В качестве типичного примера может использоваться химический миксер компании Aicohsha Co., Ltd.
Удаление пены: в полученной смеси пена удаляется, используя конкретный пеногаситель. Поскольку свойствами, которые могут потребоваться от отлитого изделия согласно представленному изобретению, являются способность защиты от нейтронов и пропускание света, обязательным является установление производственной технологии как можно лучшего удаления пузырьков, содержавшихся в литом изделии. В качестве пеногасителя может использоваться устройство вакуумного пеногашения компании Otsuka Factory Co., Ltd.
Время удаления пены определяется с учетом данных нарастания температуры при тепловой реакции смеси, состоящей из выбранной эпоксидной смолы и отвердителя, и времени отверждения.
Обычное время, необходимое для удаления пены, составляет 1-120 минут и фактически регулируется до 7-60 минут.
Литье: способ выполнения литья не ограничивается и может использоваться способ литья, характеризующийся формированием литейной формы, соответствующей форме необходимого литого изделия, и выливанием смеси с удаленной пеной в литейную форму. После литья литейная форма помещается при комнатной температуре и постепенно, в течение достаточного времени, происходит процесс реакции отверждения. Измеряя температуру отлитого изделия, может быть определена конечная точка отверждения.
Обычное необходимое время отверждения составляет от 1 до 168 часов и фактически составляет 6-72 часа.
Оценка материала защиты может быть выполнена следующим образом.
Подготавливаются несколько фрагментов образца для испытаний одной и той же толщины и эти образцы укладываются друг на друга и, таким образом, толщина материала защиты может регулироваться.
Конструкция измерительной системы. Способность защиты от нейтронов может быть измерена следующим образом. Толщина слоя десятикратного ослабления может быть получена из отношения защиты от нейтронов, вычисленного путем деления количества нейтронов, падающих на материал защиты, на количество нейтронов, проходящих через материал защиты.
В качестве источника нейтронного пучка используются известный Америций 241-Be, Америций 241-Li или Калифорний 252 и желательно имитировать спектр энергии нейтронов, которые будут экранироваться. В частности, так как средняя энергия изостеры дозы облучения равна 2,40 МэВ и спектральное распределение энергии нейтронов указывает распределение Максвелла, по желанию может использоваться Калифорний 252.
Для измерения нейтронов может использоваться имеющийся на рынке измеритель для исследования нейтронов.
Примеры
Представленное изобретение будет проиллюстрировано более подробно на примерах, которые, однако, не предназначены ограничивать представленное изобретение этими примерами.
Способ производства литых изделий
Первый процесс
1,7 кг продукта гидрирования (эквивалент смолы 200 г/экв, общее количество хлора 1400 частиц на миллион), полученного посредством поликонденсации эпоксидной смолы (продукт компании Mitsubishi Chemical Corporation, название: jER YX8000), 4,4'-изопропилилендифенол с 1-хлоро-2,3-эпоксипропан, отвердитель (продукт компании Mitsubishi Chemical Corporation, название: jER отвердитель jER 113), 4,4'-метиленди(2-метилциклогексанамин), 3,3'-диметил-4,4'-диамино дициклогексилметан и 0,8 кг ларомина C диамин (аминовое число: 98 мгKOH/г), взвешиваются и перемешиваются в течение 20 минут при обычной температуре (23,7°), используя миксер. В конце процесса перемешивания температура смеси равна 27,3°. В этой смеси с помощью пеногасителя в течение 50 минут удаляется пена. В конце процесса удаления пены температура смеси равна 30,6°. Технические требования к смесителю и пеногасителю приводятся ниже.
(1) Химический миксер
Производитель: Aicohsha Co., Ltd.
Тип: ACM-30LVT (специальная спецификация)
Технические требования: входной трехфазный переменный ток с напряжением 200 В преобразуется в однофазное напряжение 100 В с целью точной регулировки скорости вращения, возможной в диапазоне малых и средних скоростей вращения.
Мешалка является двухосной (типа винтового крюка: тип SCS13)
Имеет функцию вакуумного удаления пены в процессе перемешивания и определенную функцию нагнетания.
(2) Механизм пеногасителя
Производитель: Otsuka Factory Co., Ltd.
Тип: вакуумный механизм удаления пены, соответствующий оболочке сосуда (с определенной функцией нагнетания).
Технические характеристики: оболочка 201 сосуда соответствующего типа с датчиком (с функцией подключения химического миксера)
Второй процесс
Подготавливается литейная форма (200 мм × 200 мм × 20 мм), изготавливаемая из листа прозрачной акриловой смолы (толщиной 2 мм). Смесь, полученную с помощью первого процесса, медленно заливают в литейную форму, наклонно расположенную на рабочем столе, установленном под углом 15 градусов относительно боковой поверхности литейной формы. Заливка продолжается, изменяя угол до горизонтального положения. Вышеупомянутый процесс повторяется 3 раза и вся смесь заливается в литейную форму. После процесса заливки температура измеряется 4 раза каждые 30 минут и никаких отклонений от нормы не должно обнаруживаться. После процесса заливки смесь оставляется на одну неделю и, таким образом, получают отлитый образец изделия.
Измерение эффекта защиты от нейтронов
Образец является прозрачной пластиной размером 200 мм×200 мм×20 мм. Мощности дозы для каждой толщины измеряются, накладывая пластины друг на друга, и оценивается способность защиты от нейтронов. Источник излучения и измерительный прибор располагаются в положении на высоте 1,2 м так, чтобы расстояние интервал между источником излучения и центром измерения измерительного прибора было равно 50,8 см. Измерения повторяются 10 раз с установкой и без установки образца между источником излучения и измерительным прибором. Показатель защиты вычисляется, усредняя значения, полученные при 10 измерениях.
Источником излучения является Калифорний 252 (номинальное значение: 3,7 МБк), а в качестве измерительного прибора используется измеритель для исследования нейтронов TPS-451 компании Aloka Co., Ltd.
Толщину образца, которая дает показатель защиты, равный 90%, измеряют и получают 12-тисантиметровую толщину защитной пластины для слоя десятикратного ослабления нейтронного пучка.
Измерение коэффициента пропускания света
Для измерения используется спектрофотометр U-2010 производства компании Hitachi High Tech Science Co., Ltd. и коэффициент пропускания света измеряется согласно документу JISK7361 (Plastic-Determination of the total luminous transmittance of the transparent materials (определение полного коэффициента пропускания света пластмассовых прозрачных материалов)).
Эффект защиты от нейтронов для этого примера показан в таблице 1.
Сравнительный пример 1
1451 г поликонденсата (эпоксидный эквивалент 224 г/экв, общее количество хлора 47450 частиц на миллион) эпоксидной смолы (ST-300 компании Nippon Steel and Sumikin Chemical Co., Ltd.), 2,2'-ди(4-гидроксициклогексилпропан) и 1-хлоро-2,3-эпоксипро-пан, отвердитель (HL-107 компании Nippon Steel and Sumikin Chemical Co., Ltd.) и 581 г денатурированного гетероциклического диамина взвешиваются и литое изделие размером 200 мм × 200 мм × 50 мм получают посредством процесса, описанного в примере. Образец предписанной толщины подготавливают, объединяя эти литые изделия, и обеспечивают измерение эффективности защиты.
Эффективность защиты от нейтронов для сравнительного примера 1 приведена в таблице 2.
Согласно приведенным выше данным толщина слоя десятикратного ослабления составляет 16 см.
Результаты измерений коэффициента пропускания света обобщены в таблице 3.
Коэффициент пропускания света в сравнительном примере 1 ухудшается, начиная с длины волны 500 нм (зеленый цвет) и показывает 79,7% при длине волны 450 нм и 51,6% при длине волны 400 нм, то есть, прохождение света значительно уменьшается в фиолетово-синем диапазоне и он окрашивается в желто-коричневый цвет. Напротив, в примере, заметное поглощение не наблюдается при длине волны 450 нм и при длине волны 400 нм показывает 84,9%, то есть, сохраняется высокий коэффициент пропускания. Окраска невооруженным глазом оператором не наблюдается, то есть, получен прозрачный материал защиты от нейтронов, не вызывающий обесцвечивание.
Плотность и плотность числа атомов водорода указываются в таблице 4. Что касается обычной акриловой пластины, то эти значения приводятся для ссылки.
Из таблицы 4 также понятно, что пример показывает более высокую плотность числа атомов водорода и превосходство в эффекте защиты от нейтронов.
Таблица 1
| Толщина материала (см) | Показатель защиты (%) |
| 0 | 0 |
| 2 | 32,3 |
| 4 | 56,4 |
| 6 | 70,9 |
| 8 | 80,7 |
| 10 | 86,1 |
| 12 | 90,4 |
| 14 | 92,9 |
| 16 | 95,1 |
Таблица 2
| Толщина материала (см) | Показатель защиты (%) |
| 0 | 0 |
| 5 | 51,85 |
| 10 | 77,93 |
| 15 | 89,39 |
| 20 | 94,53 |
| 25 | 97,29 |
| 30 | 98,49 |
| 35 | 99,19 |
| 40 | 99,56 |
Таблица 3
| Длина волны (нм) | Коэффициент пропускания (%) | |
| Пример | Сравнительный пример | |
| 800 | 91,3 | 90,0 |
| 750 | 91,1 | 88,8 |
| 700 | 91,3 | 90,4 |
| 650 | 91,2 | 89,9 |
| 600 | 91,2 | 89,3 |
| 550 | 91,0 | 88,2 |
| 500 | 90,7 | 85,7 |
| 450 | 90,1 | 79,7 |
| 400 | 84,9 | 51,6 |
| 350 | 57,7 | 0,5 |
| 300 | 3,4 | 0,5 |
| 250 | 0,1 | 0,2 |
Таблица 4
| Пример | Сравнительный пример 1 | Ссылочный пример (PMMA) (C5O2H8)n | |
| Плотность (г/см3) | 1,06 | 1,13 | 1,18 |
| Плотность числа атомов водорода (атом/см3)×1022 | 6,83 | 6,77 | 5,67 |
Сравнительный пример 2
Материал защиты от нейтронов подготавливается согласно той же самой процедуре, что и в примере 1, кроме выдержки в течение 24 часов до отверждения 40. после процесса литья. Коэффициенты пропускания полученного материала защиты показаны в таблице 5.
Сравнительный пример 3
Материал защиты от нейтронов подготавливается согласно той же самой процедуре, что и примере 1, за исключением выдержки в течение 24 часов до отверждения 60. после процесса литья. Коэффициенты пропускания полученного материала защиты показаны в таблице 5.
Таблица 5
| Длина волны(нм) | Сравнительный пример 2, отверждение 40. | Сравнительный пример 3, отверждение 60. |
| 800 | 90,2 | 90,8 |
| 750 | 89,4 | 90,1 |
| 700 | 90,9 | 91,9 |
| 650 | 90,7 | 91,7 |
| 600 | 90,6 | 91,7 |
| 550 | 90,1 | 91,4 |
| 500 | 88,9 | 90,6 |
| 450 | 86,2 | 87,5 |
| 400 | 72,7 | 59,4 |
| 350 | 23,1 | 6,8 |
| 300 | 0,0 | 0,0 |
| 250 | 0,0 | 0,0 |
Промышленная применимость
Вещество защиты от нейтронов, соответствующее представленному изобретению, обладает прозрачностью и имеет высокую способность защиты от нейтронов и поэтому предпочтительно используется в различных горячих лабораториях в качестве превосходного материала защиты от нейтронов.
1. Материал защиты от нейтронов, включающий отвержденный продукт композиции эпоксидной смолы, содержащей эпоксидную смолу и аминовый отвердитель, причем прозрачность для света отвержденного продукта композиции эпоксидной смолы при длине волны от 400 нм до 700 нм составляет 84,9% или больше и толщина слоя десятикратного ослабления нейтронного пучка, создаваемого Калифорнием 252, составляет 14 см или меньше.
2. Материал по п. 1, в котором плотность числа атомов водорода композиции эпоксидной смолы равна 6,78×1022 атомов/см3 или больше.
3. Материал по п. 2, в котором эпоксидная смола композиции эпоксидной смолы обладает алициклической структурой.
4. Материал по п. 3, в котором эпоксидная смола, обладающая алициклической структурой, представляет собой эпоксидную смолу, полученную эпоксидированием циклического олефина.
5. Материал по п. 3, в котором эпоксидная смола, обладающая алициклической структурой, представляет собой эпоксидную смолу, полученную гидрированием ароматической эпоксидной смолы.
6. Материал по любому из пп. 3-5, в котором отвердителем эпоксидной смолы является амин, обладающий алициклической структурой, или алифатический амин.
7. Материал по любому из пп. 1-6, в котором материал получен способом литья.
