[go: up one dir, main page]

RU2263983C2 - Composition for preparing radiation-protection material (options) - Google Patents

Composition for preparing radiation-protection material (options) Download PDF

Info

Publication number
RU2263983C2
RU2263983C2 RU2003134234/06A RU2003134234A RU2263983C2 RU 2263983 C2 RU2263983 C2 RU 2263983C2 RU 2003134234/06 A RU2003134234/06 A RU 2003134234/06A RU 2003134234 A RU2003134234 A RU 2003134234A RU 2263983 C2 RU2263983 C2 RU 2263983C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
oxide
composition
lead
barium
silicon
Prior art date
Application number
RU2003134234/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2003134234A (en
Inventor
А.М. Погодаев (RU)
А.М. Погодаев
Ю.В. Васильев (RU)
Ю.В. Васильев
В.И. Кирко (RU)
В.И. Кирко
В.И. Гурков (RU)
В.И. Гурков
Г.Е. Нагибин (RU)
Г.Е. Нагибин
М.М. Колосова (RU)
М.М. Колосова
Original Assignee
Научно-исследовательский физико-технический институт Красноярского государственного университета Министерства образования Российскрой Федерации (НИФТИ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Научно-исследовательский физико-технический институт Красноярского государственного университета Министерства образования Российскрой Федерации (НИФТИ) filed Critical Научно-исследовательский физико-технический институт Красноярского государственного университета Министерства образования Российскрой Федерации (НИФТИ)
Priority to RU2003134234/06A priority Critical patent/RU2263983C2/en
Publication of RU2003134234A publication Critical patent/RU2003134234A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2263983C2 publication Critical patent/RU2263983C2/en

Links

Landscapes

  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)
  • Paints Or Removers (AREA)
  • Inorganic Insulating Materials (AREA)

Abstract

FIELD: radiation protection.
SUBSTANCE: invention relates to protection against ionizing emission and consists in that composition for preparing radiation-protection material contains clay as binding material. In addition, composition contains caked product containing, wt %: lead oxide 15-40, barium oxide 35-65, silicon oxide 5-15, and refractory clay 5-20. Composition may further contain filler obtained by caking lead, silicon, barium, and tin oxides and, in this case, composition is constituted by, wt %: lead oxide 15-40, barium oxide 25-55, silicon oxide 5-15, tin oxide 10, and refractory clay 5-20.
EFFECT: enhanced efficiency in weakening ionizing emission and improved thermophysical properties.
2 cl, 3 tbl

Description

Изобретение относится к материалам для защиты от ионизирующих излучений и предназначено для создания защитных конструкций и изготовления средств биологической защиты для персонала в технической, медицинской и научно-исследовательских областях применения ядерных технологий.The invention relates to materials for protection against ionizing radiation and is intended to create protective structures and manufacture of biological protective equipment for personnel in the technical, medical and research fields of application of nuclear technology.

Известна композиция для получения радиационно-защитного материала, содержащая полимерное вяжущее и наполнитель [а.с. СССР №1519440, кл. G 21 F 1/02, 1989 г.].A known composition for producing radiation-protective material containing a polymer binder and a filler [and.with. USSR No. 1519440, class G 21 F 1/02, 1989].

Недостатком такой композиции является невысокая эффективность ослабления рентгеновского излучения получаемым из нее материалом.The disadvantage of this composition is the low efficiency of attenuation of x-ray radiation obtained from it material.

Известна строительная смесь, включающая стекловяжущее - молотое стекло, стеклозаполнитель - дробленное стекло и жидкое стекло и добавку гипса при следующем соотношении компонентов, мас.%: SiO2 58,1-70,5; В2O3 0,1-3,7; CaO - 0,2-6,0; BaO - 0,2-12,0; PbO 0,2-13,0; Al2О3 2-6; Na2O 3-7; K2O 8-10, жидкое стекло плотностью 1,21-1,25 г/см и добавку гипса при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: молотое стекло 100, дробленное стекло 50-300, жидкое стекло 30-60 и гипс 1-26 [RU, патент № 2187483, кл. С 04 В 28/26, опубл. 20.08.2002 г. (прототип)].A known building mixture, including glass binder - ground glass, a glass filler - crushed glass and liquid glass and the addition of gypsum in the following ratio of components, wt.%: SiO 2 58.1-70.5; In 2 O 3 0.1-3.7; CaO 0.2-6.0; BaO - 0.2-12.0; PbO 0.2-13.0; Al 2 O 3 2-6; Na 2 O 3-7; K 2 O 8-10, water glass with a density of 1.21-1.25 g / cm and the addition of gypsum in the following ratio of components, parts by weight: ground glass 100, crushed glass 50-300, water glass 30-60 and gypsum 1-26 [RU, patent No. 2187483, class. From 04 to 28/26, publ. August 20, 2002 (prototype)].

Недостатки этой композиции заключаются в том, что использование механических смесей оксидов, имеющих различные термодинамические характеристики, приводит к снижению прочностных и ухудшению термофизических характеристик конечного продукта, а при долговременном использовании сопровождается неконтролируемым изменением его свойств.The disadvantages of this composition are that the use of mechanical mixtures of oxides having various thermodynamic characteristics leads to a decrease in strength and deterioration of the thermophysical characteristics of the final product, and with long-term use is accompanied by an uncontrolled change in its properties.

Технический результат изобретения заключается в оптимизации эффективности ослабления получаемым материалом ионизирующих излучений в зависимости от спектра, а также в повышении термофизических свойств и механической прочности защитных конструкций.The technical result of the invention is to optimize the attenuation efficiency of the resulting material of ionizing radiation depending on the spectrum, as well as to increase the thermophysical properties and mechanical strength of the protective structures.

Технический результат достигается тем, что композиция для получения радиационно-защитного материала по первому варианту, содержащая связующее и в качестве наполнителя оксиды свинца, кремния и бария, согласно изобретению содержит полученный спеканием из оксидов свинца, кремния и бария наполнитель и в качестве связующего огнеупорную глину при следующем соотношении компонентов, мас.%:The technical result is achieved in that the composition for producing a radiation-protective material according to the first embodiment, containing a binder and lead, silicon and barium oxides as a filler, according to the invention, contains a filler obtained by sintering from lead, silicon and barium oxides and as a binder, refractory clay the following ratio of components, wt.%:

Оксид свинцаLead oxide 15-4015-40 Оксид барияBarium oxide 35-6535-65 Оксид кремнияSilica 5-155-15 Огнеупорная глинаFire-clay 5-205-20

Согласно второму варианту изобретения новым является то, что она содержит полученный спеканием из оксидов свинца, кремния, бария и олова наполнитель и в качестве связующего огнеупорную глину при следующем соотношении компонентов, мас.%:According to a second embodiment of the invention, it is new that it contains a filler obtained by sintering from oxides of lead, silicon, barium and tin and as a binder, refractory clay in the following ratio of components, wt.%:

Оксид свинцаLead oxide 15-4015-40 Оксид барияBarium oxide 25-5525-55 Оксид кремнияSilica 5-155-15 Оксид оловаTin oxide 1010 Огнеупорная глинаFire-clay 5-205-20

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемые композиции отличаются от прототипа качественным составом и количественным соотношением компонентов. Объединение этих двух технических решений в одну заявку связано с тем, что оба изобретения решают одну и ту же задачу принципиально одним и тем же путем, но не могут быть объединены одним пунктом формулы.Comparative analysis with the prototype allows us to conclude that the claimed composition differs from the prototype in the qualitative composition and quantitative ratio of the components. The combination of these two technical solutions in one application is due to the fact that both inventions solve the same problem in essentially the same way, but cannot be combined by one claim.

В табл.1 приведены составы композиций радиационно-защитных материалов.Table 1 shows the compositions of radiation protective materials.

Таблица 1.Table 1. No. Содержание компонентов наполнителей, % мас.The content of the components of the fillers,% wt. PbOPbo BaO* BaO * SiO2 SiO 2 огнеупорная глинаfire-clay SnO2 Sno 2 Б1B1 15.015.0 65,065.0 15.015.0 5.05.0 -- Б2B2 33.033.0 45,045.0 9.09.0 13.013.0 -- БЗBz 40.040.0 35.035.0 5.05.0 20.020.0 -- Б4B4 33.033.0 35,035.0 9.09.0 13.013.0 10.010.0

В качестве компонентов наполнителя используются твердые растворы оксидов свинца и кремния в силикатах бария, возможна замена 10% ВаО на оксид олова 10% SnO2. As components of the filler, solid solutions of lead and silicon oxides in barium silicates are used; 10% BaO can be replaced by 10% SnO 2 tin oxide .

Наполнитель готовят следующим образом. Навески оксидов металлов подвергают совместному помолу в керамической шаровой мельнице. В полученный материал добавляют воду и тщательно перемешивают, после чего прессуют таблетки под давлением 100-200 кг/см2. Высушенные в течение 12 часов при температуре 60°С таблетки помещают в печь и в течение часа плавно поднимают температуру до заданной (1000-1200°С) в зависимости от состава. Время изотермической выдержки спекания материала составляет 30-90 минут и определяется степенью приближения температуры спекания материала к линии солидуса оксидной системы, образованной компонентами наполнителя. В процессе спекания материала, состоящего из оксидов металлов, происходит синтез прочных химических соединений - силикатов бария (n-BaO-SiO2) и, как следует из диаграммы состояния системы m-PbO-SiOr n-BaO-SiO2, растворение в нем оксидов свинца и кремния, что подтверждается рентгенофазным анализом образцов наполнителей.The filler is prepared as follows. Samples of metal oxides are subjected to joint grinding in a ceramic ball mill. Water is added to the resulting material and mixed thoroughly, after which the tablets are pressed under pressure of 100-200 kg / cm 2 . Dried tablets for 12 hours at a temperature of 60 ° C are placed in an oven and gradually increase the temperature to a predetermined temperature (1000-1200 ° C) within an hour, depending on the composition. The sintering time of the sintering material is 30-90 minutes and is determined by the degree of approximation of the sintering temperature of the material to the solidus line of the oxide system formed by the filler components. In the process of sintering a material consisting of metal oxides, the synthesis of strong chemical compounds - barium silicates (n-BaO-SiO 2 ) and, as follows from the state diagram of the m-PbO-SiOr n-BaO-SiO 2 system , dissolution of oxides in it lead and silicon, as evidenced by x-ray phase analysis of filler samples.

Полученный путем спекания оксидов металлов наполнитель подвергают помолу до фракции 0,15 мм, что и является исходным материалов для получения керамики.Obtained by sintering of metal oxides, the filler is milled to a fraction of 0.15 mm, which is the starting material for the production of ceramics.

Для получения керамики в наполнитель вводят 5-20% огнеупорной глины, полученную шихту увлажняют и тщательно перемешивают, а затем прессуют цилиндры диаметром 50 мм и разной высоты, высушенные цилиндры обжигают в печи при температуре 900-1200°С в течение 3 часов.To obtain ceramics, 5-20% of refractory clay is introduced into the filler, the resulting mixture is moistened and thoroughly mixed, and then cylinders with a diameter of 50 mm and various heights are pressed, the dried cylinders are fired in an oven at a temperature of 900-1200 ° C for 3 hours.

Полученные изделия испытывались на их способность поглощать ионизирующие излучения.The resulting products were tested for their ability to absorb ionizing radiation.

Рентгенозащитные свойства материалов испытывались с использованием источника монолинии гамма-излучения с энергией 0.662 МэВ - 135Cs и рентгеновского аппарата РУП-3 с напряжением на аноде 250 кВ и током 8 мА.The X-ray protective properties of the materials were tested using a source of a gamma radiation line with an energy of 0.662 MeV - 135 Cs and an RUP-3 X-ray apparatus with anode voltage of 250 kV and a current of 8 mA.

Результаты испытаний материалов на способность ослаблять рентгеновское и гамма-излучение приведены в табл.2, 3.The test results of materials for the ability to attenuate x-ray and gamma radiation are given in tables 2, 3.

Таблица 2
Характеристики материалов по поглощению гамма-излучения
table 2
Characteristics of materials for the absorption of gamma radiation
МатериалMaterial Zэфф Еγ=0.662 МэВZ eff E γ = 0.662 MeV μ Еγ,=0.662 МэВμ E γ , = 0.662 MeV μm Eγ=0.662 МэВμ m E γ = 0.662 MeV Т пл., °СT pl., ° C Плотность ρ, г/см3 Density ρ, g / cm 3 PbPb 8282 1.1181.118 0.09860.0986 327327 11.3411.34 Б1B1 5959 0.3540.354 0.08680.0868 12001200 4.084.08 Б2B2 6363 0.3790.379 0.08650.0865 11001100 4.384.38 Б3B3 7373 0.4260.426 0.09730.0973 950950 4.394.39 Б4B4 6262 0,3650.365 0,08630.0863 11001100 4.364.36 Таблица 3
Кратность ослабления мощности экспозиционной дозы для рентгеновского источника с напряжением на аноде U=250 кВ и анодном токе 8 мА
Table 3
Multiplicity of attenuation of the exposure dose rate for an X-ray source with anode voltage U = 250 kV and anode current of 8 mA
РазработанныеDesigned by МатериалMaterial Б1B1 Б2B2 Б3B3 Б4B4 D, ммD mm 3.53.5 7.07.0 13.513.5 3.53.5 7.07.0 13.813.8 3.53.5 7.77.7 13.213.2 3.53.5 7.07.0 13.813.8 КTO 6.16.1 12.712.7 17.617.6 7.57.5 12.312.3 23.323.3 5.75.7 13.213.2 20.420.4 7.17.1 11.911.9 21.721.7 КонтрольныеControl МатериалMaterial AlAl CuCu PbPb D, ммD mm 3.53.5 7.07.0 13.513.5 3.53.5 7.07.0 12.012.0 3.53.5 7.07.0 13.513.5 КTO 1.11.1 1.21.2 1.91.9 3.83.8 6.06.0 9.29.2 13.213.2 20. 020. 0 26.226.2

Из приведенных данных видно, что использование изобретения обеспечивает получение защитного материала с оптимизированными характеристиками по степени ослабления для рентгеновского и гамма-излучения различных спектров. Для рентгеновских источников с рабочим напряжением на аноде до 300 кВ материалы обеспечивают защиту, сопоставимую со свинцовым экраном, при значительно более низких массах защиты в 2.7-2.9 раз.From the above data it is seen that the use of the invention provides a protective material with optimized characteristics in terms of attenuation for x-ray and gamma radiation of various spectra. For X-ray sources with anode operating voltage of up to 300 kV, the materials provide protection comparable to a lead shield, with significantly lower protection weights 2.7–2.9 times.

Из разработанных керамических материалов можно изготавливать тигли, экраны с рабочей температурой до 1200°С, а также облицовочные плитки с последующим их покрытием глазурью и другие изделия. Кроме того, наполнитель и конечный продукт на керамической основе обладают низкой токсичностью и высокой устойчивостью к воздействию факторов окружающей среды, а также к изменению своих характеристик со временем, что позволяет использовать такие материалы для долговременных конструкций, включая объекты долговременного и окончательного захоронения отходов ядерного цикла.From developed ceramic materials it is possible to produce crucibles, screens with a working temperature of up to 1200 ° C, as well as facing tiles with their subsequent glaze coating and other products. In addition, the filler and the ceramic-based end product have low toxicity and high resistance to environmental factors, as well as to changes in their characteristics over time, which allows the use of such materials for long-term structures, including long-term and final disposal of nuclear waste.

Предлагаемые материалы прозрачны для электромагнитного излучения, что подтверждено испытаниями в лабораторной индукционной печи с частотой 2500 герц. Из них можно изготавливать изделия (емкости, трубы, плитки и т.д.), предназначенные для работы в широком интервале температур, при этом в зависимости от предназначения может выбираться различный вяжущий материал.The proposed materials are transparent to electromagnetic radiation, which is confirmed by tests in a laboratory induction furnace with a frequency of 2500 hertz. Of these, it is possible to manufacture products (containers, pipes, tiles, etc.) designed to operate in a wide temperature range, and depending on the purpose, various binding materials can be selected.

Claims (2)

1. Композиция для получения радиационно-защитного материала, содержащая связующее и в качестве наполнителя оксиды свинца, кремния и бария, отличающаяся тем, что она содержит полученный спеканием из оксидов свинца, кремния и бария наполнитель и в качестве связующего огнеупорную глину при следующем соотношении компонентов, мас.%: оксид свинца 15-40; оксид бария 35-65; оксид кремния 5-15; огнеупорная глина 5-20.1. A composition for producing a radiation-protective material containing a binder and lead, silicon and barium oxides as a filler, characterized in that it contains a filler obtained by sintering from lead, silicon and barium oxides and as a binder, refractory clay in the following ratio of components, wt.%: lead oxide 15-40; barium oxide 35-65; silica 5-15; refractory clay 5-20. 2. Композиция для получения радиационно-защитного материала, содержащая связующее и в качестве наполнителя оксиды свинца, кремния и бария, отличающаяся тем, что она содержит полученный спеканием из оксидов свинца, кремния, бария и олова наполнитель и в качестве связующего огнеупорную глину при следующем соотношении компонентов, мас.%: оксид свинца 15-40; оксид бария 25-55; оксид кремния 5-15; оксид олова 10; огнеупорная глина 5-20.2. A composition for producing a radiation-protective material containing a binder and lead, silicon and barium oxides as a filler, characterized in that it contains a filler obtained by sintering from lead, silicon, barium and tin oxides and as a binder, refractory clay in the following ratio components, wt.%: lead oxide 15-40; barium oxide 25-55; silica 5-15; tin oxide 10; refractory clay 5-20.
RU2003134234/06A 2003-11-25 2003-11-25 Composition for preparing radiation-protection material (options) RU2263983C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003134234/06A RU2263983C2 (en) 2003-11-25 2003-11-25 Composition for preparing radiation-protection material (options)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003134234/06A RU2263983C2 (en) 2003-11-25 2003-11-25 Composition for preparing radiation-protection material (options)

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2003134234A RU2003134234A (en) 2005-05-10
RU2263983C2 true RU2263983C2 (en) 2005-11-10

Family

ID=35746500

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2003134234/06A RU2263983C2 (en) 2003-11-25 2003-11-25 Composition for preparing radiation-protection material (options)

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2263983C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2364963C1 (en) * 2007-12-27 2009-08-20 Сергей Дмитриевич Воронин Elastic material for protection from x-ray and gamma radiation

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2225479A (en) * 1988-11-25 1990-05-30 Du Pont Canada Method of attenuation of electromagnetic radiation
WO1999066512A2 (en) * 1998-06-15 1999-12-23 Kurnosov Vladimir Aleksandrovi Protection structure against radioactive substances, and method and material for realising said structure
RU2187855C2 (en) * 1998-11-06 2002-08-20 Ньюресселл, Инк. Radiation-resistant thermosetting composite
RU2187483C1 (en) * 2001-01-22 2002-08-20 Московский государственный строительный университет Building mix

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2225479A (en) * 1988-11-25 1990-05-30 Du Pont Canada Method of attenuation of electromagnetic radiation
WO1999066512A2 (en) * 1998-06-15 1999-12-23 Kurnosov Vladimir Aleksandrovi Protection structure against radioactive substances, and method and material for realising said structure
RU2187855C2 (en) * 1998-11-06 2002-08-20 Ньюресселл, Инк. Radiation-resistant thermosetting composite
RU2187483C1 (en) * 2001-01-22 2002-08-20 Московский государственный строительный университет Building mix

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2364963C1 (en) * 2007-12-27 2009-08-20 Сергей Дмитриевич Воронин Elastic material for protection from x-ray and gamma radiation

Also Published As

Publication number Publication date
RU2003134234A (en) 2005-05-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Olgun et al. Development of ceramic tiles from coal fly ash and tincal ore waste
Li et al. Effect of crystallization temperature on glass-ceramics derived from tailings waste
Leite et al. Synthesis and characterization of calcium silicate insulating material using avian eggshell waste
Ouis et al. Comparative optical, FTIR and photoluminescence spectral analysis of copper ions in BaO–B2O3, SrO–B2O3 or Bi2O3–B2O3 glasses and impact of gamma irradiation
CN1903763A (en) Glass scintillator for thermal neutron detection and its preparation method
Lim et al. Characterization of the low temperature firing BaO–B2O3–SiO2 glass: The effect of BaO content
CN116194418A (en) Highly dense red mud shield for X- and gamma-ray attenuation
Amritphale et al. Development of celsian ceramics from fly ash useful for X-ray radiation-shielding application
Al-Saudi et al. Production of lightweight geopolymer concrete with foam glass aggregate derived from cathode-ray glass waste
RU2263983C2 (en) Composition for preparing radiation-protection material (options)
Lago et al. Novel cesium immobilization by alkali activation and cold consolidation of waste pharmaceutical glass
Khater et al. Thermal, electrical and physical properties of glasses based on basaltic rocks
US20060066013A1 (en) Low temperature process for making radiopac materials utilizing industrial/agricultural waste as raw material
Zawada et al. The influence of addition of fly ash from biomass combustion on selected properties of red building ceramics
Zhou et al. Preparation of an environment-friendly LTCC material by using waste soda-lime glass and natural volcanic ash
Zhou et al. Waste-derived glass-ceramic LTCC materials prepared from waste soda-lime-silicate glass and waste asbestos wool
Çöpoğlu et al. Barium borosilicate glass coatings based on biomass for steel surfaces: Use of rice husk ash
CN1858150A (en) A tungstate scintillation material doped with rare earth ions excited by X-rays and its preparation method
RU2187483C1 (en) Building mix
CN103011771B (en) Waste color picture tube glass anti-radiation ceramsite and preparation method thereof
JP5145507B1 (en) Radiation shielding material and manufacturing method thereof
RU2354628C2 (en) Ceramic paste
SU834772A1 (en) X-ray protective material
Dias et al. Glass‐ceramic: Controlled crystallization of glasses obtained from biomass ash
Ahmadi et al. Preparation and characterization of porcelain tile containing bismuth oxide in the glaze for radiation shielding applications

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20051126