- Древесина защищает от ионизирующего излучения
- В атомной промышленности в качестве защиты от поражающего живую ткань нейтронного излучения используют вещества с высоким содержанием водорода (парафин, полиэтилен, гидриды металлов, тяжелую воду и т. д.), являющиеся эффективными поглотителями быстрых нейтронов, а при смешивании с бором — эффективными поглотителями тепловых нейтронов. Древесина, натуральная или борированная, — водородосодержащий материал. Причем содержание водорода в единице объема древесины не меньше, а иногда и больше, чем в единице объема традиционных защитных материалов.
- Источник
Древесина защищает от ионизирующего излучения
В атомной промышленности в качестве защиты от поражающего живую ткань нейтронного излучения используют вещества с высоким содержанием водорода (парафин, полиэтилен, гидриды металлов, тяжелую воду и т. д.), являющиеся эффективными поглотителями быстрых нейтронов, а при смешивании с бором — эффективными поглотителями тепловых нейтронов. Древесина, натуральная или борированная, — водородосодержащий материал. Причем содержание водорода в единице объема древесины не меньше, а иногда и больше, чем в единице объема традиционных защитных материалов.
Последствия аварий на АЭС в Чернобыле и Фукусиме указывают на важность обеспечения радиационной безопасности и необходимость расширения спектра научных исследований, направленных на поиск и создание новых нейтронозащитных материалов.
Водородосодержащие материалы являются лучшим препятствием для проникновения нейтронов в вещество, так как в них происходит максимальная потеря энергии нейтронов. Эффективность этой защиты иллюстрируют данные о числе столкновений нейтронов с ядрами атомов элементов разной плотности, необходимых для снижения энергии нейтронов, например, с 1,0 МэВ до 0,025 эВ (то есть при переходе нейтронов из разряда быстрых в разряд тепловых). Так, при движении нейтронов в уране для достижения означенного выше результата требуется 2100 столкновений, в углероде — 100, а в водороде — 25.
На рис. 1 проиллюстрирована эффективность разных видов защиты при воздействии ионизирующих излучений. Водородосодержащий материал представлен в виде блока из парафина. До настоящего времени задачей большинства исследований, направленных на изучение результатов взаимодействия древесины с ионизирующими излучениями, к которым относится и излучение нейтронов, была оценка изменения свойств древесины после подобного взаимодействия.
Интерес представляет рассмотрение обратной задачи: исследование изменений ионизирующих излучений, в частности, нейтронных потоков, при встрече с защитой из древесины — как из натуральной (цельной или измельченной), так и из модифицированной уплотнением и (или) пропиткой.
Определяющим этапом исследований являлись эксперименты по опытной проверке защищающей способности уплотненной (с целью повышения концентрации атомов водорода в единице объема) древесины, пропитанной раствором борной кислоты, при воздействии нейтронных потоков разной плотности.
Опытные образцы одного размера (кубы с гранью 100 мм) были изготовлены из следующих материалов: модифицированной древесины (уплотненной в два раза по сравнению с натуральной древесиной березы влажностью 10-12%, пропитанной насыщенным раствором борной кислоты), борированного полиэтилена марки ПС-20-5Б, материала с коммерческим названием Neutrostop на основе борированного полиэтилена (используется в качестве штатной биологической защиты в циклотронной лаборатории ФТИ).
Усредненные результаты экспериментов сведены в табл. 1 и 2.
Подводя итог проведенных экспериментов, можно отметить, что модифицированная древесина при воздействии быстрых нейтронов проявляет такую же защищающую способность, как известные нейтронозащитные материалы, а при воздействии потоков тепловых нейтронов — более эффективную защищающую способность.
У других известных водородосодержащих видов защиты также есть недостатки. Например, гидриды металлов при достижении температуры 80°С разлагаются с выделением водорода, поэтому подобные защитные материалы необходимо заключать в емкости, способные выдерживать высокое давление. Парафин лишен несущей способности и не может, в отличие от древесины, служить в качестве конструкционного материала.
На рис. 2а представлена конструкция защитного ограждения, сформированного из блоков (рис. 2б). Конфигурация блоков, разработанная создателями защиты Neutrostop, считается наиболее рациональной и при правильной сборке исключает прямой проход нейтронов сквозь защиту. Однако изготовление блоков подобной конфигурации из цельной древесины по технологическим и экономическим соображениям менее выгодно, чем их формование из измельченной древесины. Учитывая это обстоятельство, на базе лаборатории ВИКА им. А. Ф. Можайского были организованы эксперименты по исследованию нейтронозащитных свойств измельченной древесины.
Анализ экспериментальных данных показал, что защищающая способность блоков из уплотненной древесной борированной массы при воздействии потоков быстрых нейтронов ниже защищающей способности защиты из полиэтилена и парафина лишь на 6 и 12% соответственно. Причем есть способы глубокого уплотнения древесной массы, то есть дополнительного повышения ее нейтронозащитных свойств.
Возможными примерами использования защиты на основе древесины с включением боросодержащих компонентов являются: защитные средства, обеспечивающие доступ в облучаемые помещения (ремонт, периодический контроль оборудования); элементы вторичной защиты для предотвращения прострела излучения через ослабленные места первичной защиты; устройства экранирования фонового излучения; биологическая защита при работе с изотопами; защита при проведении научных экспериментов; применение ядерной спектроскопии и т. д.
Древесная защита может служить конструкционным, тепло- и звукоизоляционным декоративно-облицовочным материалом, который при обработке антисептиками и антипиренами долговечен и малогорюч. Древесные нейтронозащитные материалы в 20-30 раз дешевле применяемых в настоящее время водородосодержащих.