حفاظ پرتوی

معرفی حفاظ­  پرتوی

یکی از مهمترین مباحث در زمینه ایمنی هسته‌ای، کاهش میزان دز جذبی پرسنل مراکز مختلف هسته‌ای از فعالیت چشمه‌های پرتوزا می‌باشد. مهمترین گام در این زمینه، حفاظ‌گذاری مطمئن در برابر تابش‌های رادیواکتیو می‌باشد. پرتوهای گاما و نوترون جزء اصلی‌ترین چشمه‌های رادیواکتیو در صنایع هسته‌ای به شمار می‌روند. از سوی دیگر هر یک از این پرتوها خصوصیات خاص خود را دارند. به همین منظور جهت حفاظ‌گذاری در برابر هر یک از این پرتوها نیاز به عناصر متفاوتی می‌باشد به طوری که عناصر با عدد اتمی بالا جهت حفاظ‌گذاری در برابر گاما مفید هستند.

در طراحی متداول حفاظ، معمولاً دو نوع تابش گاما و نوترون مد نظر قرار می‌گیرند. میزان تضعیف پرتوهای گاما متناسب با جرم و عدد اتمی ماده حفاظ است. از مواد مؤثر در جذب پرتوی گاما می‌توان به سرب، فولاد، قلع، بیسموت، آهن، استیل و تنگستن اشاره کرد. تنگستن، به ‌عنوان یک ماده مؤثر برای حفاظ‌سازی در برابر پرتو‌های گاما، ماده سمی نبوده و از لحاظ قدرت تضعیف‌ کنندگی بهتر از سرب شناخته می‌شود و برخلاف سرب به خوبی با مواد پلیمری قابل ‌اختلاط است. بنابراین، می‌توان حفاظ‌های غیر سمی که کاربرد بسیاری در حفاظ سازی پرتوها دارد را با مواد کامپوزیتی زمینه پلیمری و تنگستن ساخت.

حفاظ­ سازی چشمه­ های نوترون با توجه به قدرت چشمه و نوع کاربرد آن متفاوت بوده و هنوز از موضوعات مورد تحقیق در دنیا می ­باشد. طراحی حفاظ وابسته به نوع و قدرت چشمه و نیز پارامترهای انتظاری از حفاظ، متفاوت است. حفاظ­ های کامپوزیت شامل یک کند کننده نوترون سریع و یک ماده جاذب نوترون گرمایی می‌باشند. از جمله مواد کند کننده می‌توان به آب، پارافین و دیگر مواد هیدروژن­ دار اشاره نمود. از مواد جاذب نوترون که سطح مقطع بالایی برای جذب نوترون گرمایی دارند، کادمیوم، بور و لیتیوم را می‌توان نام برد. در صد ترکیب این حفاظ­ ها با توجه به نوع کاربرد آنها با هم فرق می‌کنند. اما اصلی که در همه حال صادق است داشتن کمترین دز در بیرون حفاظ با کمترین ابعاد می‌باشد.

 

حفاظ لاستیکی (ترکیبات پلیمری)

الاستومر ماده ­ای مناسب برای ساخت حفاظ تابش‌های هسته­ ای نوترون و گاما می‏ باشد، زیرا علاوه بر دارا بودن خواص سازه­ای مناسب، انتخاب­ های متنوعی در استفاده از مواد برای ساخت آن وجود دارد که منجر به ساخت الاستومرهایی مختلف با انعطاف پذیری متفاوت می‏ شود. سهولت در ساخت، هزینه کم جهت ساخت و نگهداری، از دیگر مزایای الاستومرهای محافظ هسته ­ای می‏ باشد. در تاسیسات ثابت و بزرگ هسته ‏ای از قبیل نیروگاه ‏ها، مراکز پزشکی هسته ­ای و شتاب­دهنده ­های ذرات از الاستومر برای حفاظت در برابر تابش‌های هسته ‏ای استفاده می­ شود. لذا آگاهی از مراحل طراحی و ساخت حفاظ لاستیکی برای تاسیسات هسته­ ای حائز اهمیت می‏ باشد. برای طراحی حفاظ الاستومری در مرحله اول داشتن اطلاعاتی در خصوص مشخصات چشمه (شامل نوع، طیف انرژی، توزیع مکانی، توزیع زاویه ­ای و شدت پرتوها) و حد دز پشت حفاظ، ضروری است. در مرحله بعد، انتخاب ماده، تعیین ضخامت حفاظ، تحلیل نتایج از نظر هسته ­ای و سازه­ای انجام می‏ شود. در حفاظ الاستومری خواص فیزیکی و مکانیکی از جمله ضریب تضعیف پرتوها، مقاومت فشاری، مقاومت کششی، مدول الاستیسیته، سختی، جهندگی، همچنین خواص شیمیائی دارای اهمیت می ‏باشد.

جهت ساخت حفاظ­های الاستومری دو ماده پایه پلیمری لاستیک طبیعی و پلی‌‏کلروپرن با هم ترکیب می­ شوند. با توجه به بررسی خواص مواد جاذب نوترون، از کاربیدبور به عنوان جاذب مناسب نوترون استفاده می­ شود. همچنین، برای تضعیف پرتو گاما از تنگستن و سرب استفاده می­ شود، زیرا هر چه ماده چگال‌‏تر باشد، قدرت تضعیف گامای بالاتری خواهد داشت.

این محصولات، برای اولین بار در کشور، با استفاده از فاز سخت تنگستن و حرکت به سمت ساخت صفحات انعطاف‌پذیر، حفاظ‌هایی طراحی و ساخته شده است که مقاومت حرارتی بالا، مقاومت در برابر تخریب اوزون، بسیار سبک و با دارا بودن مقادیر مختلفی از مواد جاذب نوترون نظیر بور و لیتیوم دارای ضریب تضعیف بسیار خوبی برای جذب  نوترون­های حرارتی می ­باشند. کامپوزیت­ های صفحه‌ای به آسانی و بدون نیاز به افراد متخصص با وسایل ساده‌ای نظیر قیچی و کاتر برش داده شده و قابل نصب بر روی دیوار، اطراف مخازن استوانه‌ای و سایر اشکال متناسب با نیاز کاربر می‌باشند. از حفاظ‌های کامپوزیتی در تمامی عملیاتی که در آن ماده رادیواکتیو حضور داشته باشد استفاده می‌شود.

قابلیت­ ها

توانایی تولید صفحات انعطاف پذبر تا ضخامت ۱۰ سانتیمتر و ابعادی تا عرض ۱ متر و طول تا ۲ متر جهت نصب بر روی دیوار و حفاظت از قطعات در برابر پرتوهای گاما و نوترون.

• توانایی تولید قطعاتی به شکل rod.
• توانایی تولید tube با قطرهای مختلف جهت حفاظ­ گذاری لوله ­ای محتوی سیال
• توانایی ساخت حفاظ­ هایی با طراحی­ های پیچیده مطابق با سفارش کاربر
• توانایی ساخت حفاظ مطابق با فرمولاسیون کاربر
• طراحی و شبیه­ سازی حفاظ مورد نیاز مراکز کار با پرتو

 

محصولات صنعتی تولید شده

حفاظ­ های تولید شده جهت ‌کاربرد در میدان­ های مخلوط نوترون و گاما شامل ۱۰ درصد بور به عنوان جاذب نوترون­ های حرارتی و سرب متناسب با انرژی پرتوهای گاما شامل موارد زیر می باشد:

حفاظ­ های تولید شده جهت ‌کاربرد در میدان پرتوهای گاما شامل سرب و تنگستن متناسب با انرژی پرتوهای گاما شامل موارد زیر می­ باشد:

حفاظ­ های تولید شده جهت ‌کاربرد در میدان پرتوهای نوترون شامل بور و لیتیم فلوراید شامل موارد زیر می­ باشد:

مشخصات RPP75

• درصد سرب: ۷۵%
• چگالی: ۲/۴g/cc
• ابعاد: طول و عرض ۴۰ سانتیمتر با ضخامت ۲ سانتیمتر
• وزن: ۱۰ کیلوگرم

کامپوزیت­ های صفحه‌ای کاملاٌ انعطاف پذیر بوده و به آسانی و بدون نیاز به افراد متخصص با وسایل ساده‌ای نظیر قیچی و کاتر برش داده شده و قابل نصب بر روی دیوار، اطراف مخازن استوانه‌ای و سایر اشکال متناسب با نیاز کاربر می‌باشند. از حفاظ‌های کامپوزیتی در تمامی عملیاتی که در آن ماده رادیواکتیو حضور داشته باشد استفاده می‌شود.

نتایج آزمون­ های مکانیکی

مشخصات RW-10%

• درصد تنگستن: ۱۰%
• چگالی: ۸g/cc
• ابعاد: طول و عرض ۱ متر با ضخامت ۱ سانتیمتر
• وزن: ۲۸ کیلوگرم
• کامپوزیت­ های صفحه‌ای کاملاٌ انعطاف پذیر بوده و به آسانی و بدون نیاز به افراد متخصص با وسایل ساده‌ای نظیر قیچی و کاتر برش داده شده و قابل نصب بر روی دیوار، اطراف مخازن استوانه‌ای و سایر اشکال متناسب با نیاز کاربر می‌باشند. از حفاظ‌های کامپوزیتی در تمامی عملیاتی که در آن ماده رادیواکتیو حضور داشته باشد استفاده می‌شود.

نتایج آزمون حفاظت

میزان درصد عبور پرتوهای گاما و میزان ضخامت نیم لایه (HVL) پرتوهای گامای چشمه های آمرسیم ۲۴۱، کبالت ۵۷، باریم ۱۳۳، سزیم ۱۳۷ و کبالت ۶۰ با کمک آشکارساز سدیم آیدات و محفظه یونی در اثر قرار دادن حفاظ نوعRW-10%  و ضخامت‌ ۱ سانتی‌متر.

مشخصاتRW-20% 

درصد تنگستن: ۲۰%

چگالی: ۵/۴g/cc

ابعاد: طول و عرض ۱ متر با ضخامت ۱ سانتیمتر

وزن: ۴۵ کیلوگرم

 

کامپوزیت­ های صفحه‌ای کاملاٌ انعطاف پذیر بوده و به آسانی و بدون نیاز به افراد متخصص با وسایل ساده‌ای نظیر قیچی و کاتر برش داده شده و قابل نصب بر روی دیوار، اطراف مخازن استوانه‌ای و سایر اشکال متناسب با نیاز کاربر می‌باشند. از حفاظ‌های کامپوزیتی در تمامی عملیاتی که در آن ماده رادیواکتیو حضور داشته باشد استفاده می‌شود.

نتایج آزمون حفاظت

میزان درصد عبور پرتوهای گاما و میزان ضخامت نیم لایه (HVL) پرتوهای گامای چشمه­ های آمرسیم ۲۴۱، کبالت ۵۷، باریم ۱۳۳، سزیم ۱۳۷ و کبالت ۶۰ با کمک آشکارساز سدیم آیدات و محفظه یونی در اثر قرار دادن حفاظ نوعRW-20%  و ضخامت‌ ۱ سانتی‌متر.

مشخصاتRW-40% 

• درصد تنگستن: ۴۰%
• چگالی: ۳g/cc
• ابعاد: طول و عرض ۱ متر با ضخامت ۱ سانتیمتر
• وزن: ۸۳ کیلوگرم
• کامپوزیت­ های صفحه‌ای کاملاٌ انعطاف­پذیر بوده و به آسانی و بدون نیاز به افراد متخصص با وسایل ساده‌ای نظیر قیچی و کاتر برش داده شده و قابل نصب بر روی دیوار، اطراف مخازن استوانه‌ای و سایر اشکال متناسب با نیاز کاربر می‌باشند. از حفاظ‌های کامپوزیتی در تمامی عملیاتی که در آن ماده رادیواکتیو حضور داشته باشد استفاده می‌شود.
• نتایج آزمون حفاظت:

میزان درصد عبور پرتوهای گاما و میزان ضخامت نیم لایه (HVL) پرتوهای گامای چشمه­ های آمرسیم ۲۴۱، کبالت ۵۷، باریم ۱۳۳، سزیم ۱۳۷ و کبالت ۶۰ با کمک آشکارساز سدیم آیدات و محفظه یونی در اثر قرار دادن حفاظ نوع RW-40%  و ضخامت‌ ۱ سانتی‌متر:

 

حفاظ پلی اتیلن/بور

حفاظ پرتوهای نوترون

یکی از مهمترین مباحث در زمینه ایمنی هسته‌ای، کاهش میزان دز جذبی پرسنل مراکز مختلف هسته‌ای از منابع پرتوزا است. مهمترین گام در این زمینه، حفاظ‌گذاری مطمئن در برابر تابش‌های رادیواکتیو می‌باشد. پرتوهای گاما و نوترون جزء اصلی‌ترین چشمه‌های رادیواکتیو در صنایع هسته‌ای به شمار می‌روند. هر یک از این پرتوها ویژگی‌هلی خاص خود را دارند. به همین منظور جهت حفاظ‌گذاری در برابر هر یک از این پرتوها نیاز به عناصر متفاوتی می‌باشد به طوری که عناصر با عدد اتمی بالا جهت حفاظ‌گذاری در برابر گاما د و عناصر با عدد اتمی پایین جهت حفاظ‌گذاری در برابر نوترون مفید هستند.

• پلی‌اتیلن بوردار BPE_IAP

حفاظ‌های کامپوزیت شامل یک کند‌کننده‌ی نوترون سریع و یک ماده جاذب نوترون گرمایی می‌باشند. نوترون‌های سریع دراثرپراکندگی‌های مکرر به وسیله هسته‌های کربن و هیدروژن در پلی اتیلن قسمت اعظمی از انرژی خود را از دست داده‌، کند شده و در نهایت حرارتی می‌شوند. افزودن ماده‌‌ای به ترکیب پلی‌اتیلن که بتواند جاذب خوبی برای نوترون حرارتی باشد سود‌مند است. این مواد افزودنی به گونه‌ای انتخاب می‌شوند که دارای سطح مقطع جذب نوترون حرارتی بالایی باشند. بور گزینه بسیار مناسبی جهت جذب نوترون‌های حرارتی است و در ترکیب با پلیمر علاوه بر کاهش دز نوترون گرمایی در بیرون حفاظ، احتمال اندرکنش‌هایی مانند (n,γ)  و تولید گاماهای پر انرژی ثانویه را در داخل حفاظ کم می‌کنند.

       ورق‌های BPE_IAP دارای ویژگی‌های به شرح زیر می‌باشند:

• غیرسمی بودن
• سطح یکنواخت
• مقاومت شیمیائی خوب
• خواص مکانیکی مناسب
• بسیار سبک

 

• مشخصات فنی محصول:

      اندازه‌های قابل تولید:

• ضخامت: 1-100 میلیمتر
• حداکثرعرض:1200میلیمتر
• حداکثر طول: 2000میلیمتر

     ویژگی‌های فیزیکی و مکانیکی:

   ویژگی‌های حرارتی:

  ویژگی‌های الکتریکی:

پارامترهای پرتویی ترکیبات پلی‌اتیلن بوردار

پارامترهای پرتوی ترکیبات پلی‌اتیلن بوردار شامل میزان جذب نوترون گرمایی و توان کند کنندگی نوترون سریع می‌باشد. در ادامه پارامترهای مذکور در محصولات ساخت IAP  تحت عنوان BPE_IAP با محصولات مشابه خارجی شرکت Shield Werx نیز مقایسه شده است.

جذب نوترون گرمایی

نمودار زیر، نتایج شمارش نوترون گرمایی با استفاده از سوسوزن (LiI(Eu را نشان می‌دهد. کندکنندگی پلی‌اتیلن بوردار IAP حدود12 درصد بیشتر از  پلی‌اتیلن بوردار5% Shield Werx است.

در این نمودار نمونه(Sample)، به ترتیب؛‌  BPE5% ساخت شرکت Shield Werx ، BPE ساخت IAP و PE (پلی‌اتیلن معمولی) می‌باشند.

 

توان کند کنندگی نوترون سریع در ترکیبات پلی‌اتیلن با درصد متفاوت بور

در این آزمایش توان کند‌کنندگی ترکیبات پلی‌اتیلن با درصدهای مختلف بور پرداخته شده است. بدین منظور ضخامت‌های 5، 7.5  و 10 سانتیمتر از هر نمونه تحت پرتودهی نوترون چشمه Cf-252 قرار داده شده و با استفاده از یک دستگاه آشکارساز سوسوزن (NE-213(2inchØ و مدار جداسازی گذر از صفر شمارش نوترون سریع اندازه‌گیری شده است.

در این آزمایش نمونه(Sample)، به ترتیب؛‌ BPE1% ، BPE5% و BPE30% ساخت شرکت Shield Werx ، BPE ساخت IAP و PE (پلی‌اتیلن معمولی) می‌باشند. برای هر نمونه‌ای، اندازه‌گیری به مدت 400 ثانیه با سه بار تکرار انجام گرفته است.

ویژگی های دیگر:

• توانایی تولید صفحات تا ضخامت 10سانتیمتر و ابعادی تا عرض 1.20 متر و طول تا 2متر جهت نصب بر روی دیوار و حفاظت از قطعات در برابر پرتوهای گاما و نوترون.
• توانایی ساخت حفاظ‌هایی با طراحی‌های پیچیده مطابق با سفارش کاربر.
• توانایی ساخت حفاظ مطابق با فرمولاسیون کاربر (مقدار بور مطابق با نیاز کاربر).
• طراحی و شبیه سازی حفاظ مورد نیاز مراکز کار با پرتو به نحوی که حدود دز محدود کننده رعایت گردد.

برخی کاربردها:

1. نصب بر روی دیوارها، کف و سقف مراکز تحقیقاتی و صنعتی
2. بخشهای داخلی در، کمد
3.  حمل و جابجایی ایمن چشمه‌های پرتوزا
4. ظرف‌های نگهداری پسماند
5. نگهدارنده چشمه
6.  حفاظ دراطرافل لوله های محتوی سیال رادیواکتیو منابع نوترون نظیرگذرگاه‌های منتهی به راکتور
7. کاهش آلودگی نوترونی میدان‌های درمانی با پرتوهای X پرانرژی در شتابدهنده خطی پزشکی
8. به طور معمول در مواردی که شار پایین و متوسط توترون وجود دارد قابل استفاده است.

حفاظ بتن سنگین وزن

از بتن‌های سنگین و حاوی بور، جهت استفاده در حفاظ تابش‌های هسته‌ای (نوترون و گاما) استفاده می­ شود. با استفاده از بتن سنگین، از ضخامت حفاظ مورد نیاز برای پرتو‌های گاما کاسته می‌شود. همچنین با استفاده از مواد حاوی بور در بتن، از تولید پرتو‌های گامای ثانویه پرانرژی، در اثر جذب نوترون‌های حرارتی در مواد حفاظ، جلوگیری شده و بدین طریق از ضخامت حفاظ مورد نیاز کاسته می‌شود.

 

کاربردها

• در صنایع هسته ­ای، هوافضا و نظامی حفاظت قطعات حساس به پرتوهای نوترون
• حفاظ در اطراف لوله­ های محتوی سیال رادیو اکتیو منابع نوترون نظیر گذرگاه­ های منتهی به راکتور
• چشمه­ های نوترونی در مراکز تحقیقاتی و آزمایشگاهی
• زیر دریایی­ های اتمی
• جلوگیری از تخریب سامانه­ های الکترونیکی موشک­ ها در حملات هسته­ ای
• حفاظت پرسنل و کارکنان زیر دریایی اتمی به علت مجهز بودن به راکتور اتمی
• تجهیز بدنه خودروها، نفربرها در شرایط بحرانی هسته­ ای
• حمل و جابجایی ایمن چشمه­ های رادیواکتیو
• پسمانداری هسته­ ای
• شتابدهنده­ ها
• راکتور گداخت

 

شرایط گارانتی و خدمات پس از فروش