Покрытия для ядерной, радиационной и экологической безопасности

Краткий справочник для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению «Строительство»

Покрытия для ядерной, радиационной и экологической безопасности. Защитные свойства бетона-консерванта обеспечиваются формированием в структуре системы дырочных микроцентров как ловушек радионуклидов и фильтров продуктов радиолиза воды, исключающих возможность образования «гремучего» газа - опасного источника разрушения бетона. Научная концепция конструирования состоит в обеспечении прочной, долговечной газонепроницаемой и водонепроницаемой матрицы бетона.

Технология производства защитного бетона, разработанная Петербургским государственным университетом путей сообщения, включает: применение среднеалюминатного портландцемента марки 400-500; введение дисперсного наполнителя цемента и заполнителя бетона (песка и щебня) одинакового происхождения по химии поверхности и физике твердого тела; использование комплексных добавок ПАВ (пластификаторы и воздухововлекающие добавки).

Структура бетона по плотности обеспечивается непрерывно дискретным соотношением предельных размеров зерен наполнителя и заполнителей как мобилизационных энергетических барьеров экранирующего действия от радиации, способных к абсорции и диффузии продуктов радиолиза воды или к химическому взаимодействию с ними как активными элементами твердеющей системы.

Твердение бетона под воздействием радиации Со-60 при интегральной дозе облучения 3000 Мрад характеризуется радиационным упрочнением в 1.5 раза относительно бетона нормального твердения, высокой газопроницаемо-

стью - 3.8 г/см3 (на порядок выше контрольного состава) и водонепроницаемостью 10 атм.

Экологическая ситуация, обусловленная накоплением радиоактивных отходов (РАО) в ряде регионов стран СНГ, выдвигает проблему их экологически безопасной локализации в число первоочередных государственных задач. В НИИВМ им. В.Д. Глуховского проведены работы по отверждению жидких отходов с высоким содержанием солей щелочных элементов, к которым относятся жидкие РАО реакторы типа ВВЭР и РБМК.

Для иммобилизации радиоактивных продуктов переработки в водоустойчивые материалы, пригодные для экологически безопасного захоронения, разработаны способы их отверждения в синтетические минеральные материалы, в которых щелочные радионуклиды являются химическими связанными в составе цеолитоподобных новообразований. Во всех этих материалах процессы отверждения моделируют природные процессы минералообразования с включением в эти новообразования щелочных металлов.

Разработанные технологии отверждения жидких РАО по сравнению с используемыми в настоящее время (битумирование, цементирование и остекло-вывание) обладают рядом преимуществ: более высокой степенью связывания щелочных радиоактивных элементов Cs-137 при высоком соленаполнении, повышенными физико-механическими показателями, энергетическими и экономическими показателями.

С развитием атомной энергетики и увеличением числа предприятий, в технологических процессах которых используется радиоактивные вещества и разнообразные источники ионизирующих излучений, в России растет экологическая опасность. В связи с этим необходимо создание различных защитных экранов, бассейнов, контейнеров, резервуаров для работы, содержания, транспортирования и захоронения радиоактивных веществ и отходов.

Магнезиальные горные породы и попутные продукты горнорудной промышленности имеют пониженную проницаемость от воздействия гамма- и нейтронного излучения. Массовые коэффициенты ослабления гамма-излучений уменьшаются на 1.5 ... 3.0 %; толщина слоя половинного ослабления снижается на 15 ... 30 % по сравнению с глиной, гранитом, базальтом. Длина выведения нейтронов для исследуемых материалов на 10 ... 20 % меньше, чем у обычных (немагнезиальных) горных пород. Бетоны на заполнителях из магнезиального сырья отличаются повышенной плотностью (2900 ... 3200 кг/м3) и имеют толщину слоя половинного ослабления гамма-излучения 6.3 ... 6.4 см, что на 14 ... 18 % ниже обычных бетонов, и уступают лишь бетонам с добавкой хрома.

Для отверждения радиоактивных отходов среднего и низкого уровня активности достаточно широко применяется метод цементирования. В то же время материалы на основе цемента могут быть использованы для изготовле-

ния контейнеров для хранения отходов, а также при сооружении хранилищ радиоактивных отходов.

Стеклобетон является материалом, который позволяет варьированием состава получать композиции с высокими физико-механическими и физико-химическими характеристиками: прочностью, сопротивляемостью удару, тре-щиностойкостью, атмосфере- и морозостойкостью, огнестойкостью, коррозионной стойкостью, гидроизоляционными и рядом других специальных свойств. Использование этих композиций в качестве первичного или вторичного инженерных барьеров с целью предотвращения выхода радионуклидов в окружающую среду обуславливает интерес к ним.