Записки строителя

Нужен ли в бетоне бор? В ранних работах (в основном американских), посвященных материалам биологической защиты ядерных реакторов, рекомендовалось использовать материалы, имеющие в своем составе бор. Это объясняется тем, что бор почти в тысячу раз лучше поглощает нейтроны низких энергий, чем большинство других элементов. Это в свою очередь приводит к уменьшению вторичного (захватного) гамма-излучения, образующегося в материалах защиты при поглощении низкоэнергетических нейтронов. Строители же, столкнувшись с необходимостью использовать боросодержащие бетоны и растворы, увидели, что помимо низких физико-механических свойств такие материалы и стоят дороже обычных более чем в 10 раз.

В 1960—1967 гг. инженер П. А. Лавданский провел детальные физические и экономические исследования в этой области. Результаты исследований, подкрепленные экономическими расчетами, показали неэффективность использования боросодержащих строительных материалов при сооружении биологических защит стационарных ядерных реакторов. Применение боросодержащих материалов может быть оправдано только в тех случаях, когда основным требованием к защите являются ее минимальные габариты и вес (например, защита транспортных ядерных установок) или защита работает в условиях радиационного разогрева. Причем и в этих случаях концентрацию бора в материалах не следует принимать более 15 кг/м³, так как увеличение концентрации бора сверх этой величины не дает заметного эффекта в улучшении их защитных свойств.

О засыпной биологической защите. В некоторых проектах и действующих реакторах, пущенных в эксплуатацию в период становления атомной техники, конструктивно защита была выполнена в виде металлических баков, заполненных различными сыпучими материалами (в том числе металлорудными, боросодержащими и гидратными) с оптимальным гранулометрическим составом. Основным доводом в пользу сыпучих материалов считалась возможность демонтажа такой защиты в процессе эксплуатации. Этот довод не убедителен, так как засыпка активируется, и до настоящего времени я не знаю примеров демонтажа существующих засыпных защит.

Начиная с 1964 г. работники нашей кафедры В. Б. Дубровский, П. А. Лавданский и В. Н. Леденев совместно с Институтом атомной энергии им. И. В. Курчатова проводили экспериментальные и теоретические исследования эффективности засыпных материалов в конструкциях защит от излучений. Результаты показали, что при прочих равных условиях засыпные защиты (рассматривалось восемь наиболее распространенных и перспективных материалов) в два — четыре раза дороже защиты из обычного бетона. А значит, как правило, и нецелесообразны.

Неоднородность бетонной защиты от гамма-излучении. Эффективность биологической защиты из бетона зависит не только от вида составляющих бетонной смеси, но и от равномерности распределения основных компонентов: заполнителя и цементного теста. Чем выше объемный вес применяемых заполнителей, тем больше опасность расслоения бетона и получения неоднородного защитного экрана. Свежеприготовленная бетонная смесь достаточно однородна. Однако при сотрясении и вибрации в процессе транспортировки и укладки в конструкцию она обладает способностью расслаиваться. При этом в бетонном массиве могут образоваться локальные неоднородности в виде каверн или прослоек из цементного теста с объемным весом, меньшим расчетного объемного веса бетона.

Опасения проектировщиков по поводу таких неоднородностей привели к выработке целого ряда повышенных требований к укладке бетонной смеси. Были разработаны специальные технические мероприятия при производстве работ: дополнительное вытапливание в поверхностный слой бетонной смеси крупного заполнителя, организация оперативного контроля за объемным весом уложенного бетона с помощью изотопных и ультразвуковых установок. Нередко применяются и методы раздельной укладки бетона.

Неясность в вопросах прохождения излучений через менее плотные прослойки в бетонной защите долгое время сдерживала применение более индустриальных сборных экранов из блоков на растворе. Если и применялись сборные элементы, то со сложными сопряжениями или увеличенной до 20% толщиной защиты.

Аспиранты кафедры А. Ф. Миренков и В. Н. Соловьев исследовали прохождение гамма-излучения через неоднородные защиты из бетонов. В экспериментальных исследованиях использовались мощные кобальтовые источники активностью 500, 6000 и 43 500 гр. экв. радия. За экранами из бетонных блоков, уложенных на растворе, определялся прострел излучения по швам шириной от 1 до 3 см. Исследования показали, что для реальной толщины защиты из обычного бетона превышение дозы излучения по швам (или зонам расслоения бетона в монолитной защите) практически не снижает эффективности защиты. Поэтому не стоит предъявлять специальные требования к укладке обычного бетона в защитные конструкции, к изготовлению сборных элементов и их сопряжений, а тем более увеличивать толщину сборной защиты.