ВАЖНЫЕ НОВОСТИ
На Донбассе завершился аудит металлургического комплекса региона

В южном отделении государственного научного центра ЦНИИчермет им. И.П. Бардина прошло совещание, посвященное развитию металлургической промышленности ДНР. На встрече, организованной с участием Ивана Маркова, директора Департамента металлургии и материалов Минпромторга России, и Евгения Солнцева, председателя Правительства ДНР, а также представителей местных промышленных предприятий, обсуждались ре...

Ростех и ГЛИЦ поставили мировой рекорд по дальности полета на парашюте с системой специального назначения «Дальнолет»

Парашютная система специального назначения «Дальнолет», разработанная Госкорпорацией Ростех, успешно прошла испытания, в ходе которых был установлен новый мировой рекорд по дальности полета. В рамках тестов, проводимых специалистами Государственного летно-испытательного центра им. Чкалова Минобороны России, парашютисты совершили прыжок с высоты 10 000 метров, преодолев более 80 км — такого р...

Глава Якутии Айсен Николаев предложил внедрить дополнительные меры поддержки для повышения энергоэффективности

В правительстве России состоялась стратегическая сессия, посвященная повышению энергетической и ресурсной эффективности экономики, на которой глава Якутии Айсен Николаев предложил сохранить механизм выравнивания энерготарифов для потребителей Арктической зоны. Мероприятие, проведенное 26 ноября под председательством Михаила Мишустина, стало важным этапом обсуждения актуальных проблем энергетическо...

22 ноября исполняется 115 лет со дня рождения конструктора Михаила Миля, создателя прославленного семейства вертолетов «Ми»

Он был новатором, способным видеть далеко за пределами горизонта. Вертолеты «Ми» стали символом надежности и эффективности, покорив весь мир. От спасательных операций до военных миссий, от сельскохозяйственных работ до транспортных задач выполняют вертолеты марки «Ми» — наследие Михаила Миля сложно переоценить. Юбилей авиаконструктора — отличный повод вспомнить известные и малоизвес...

Байкал получил новые воздушные ворота

Компания «Аэропорт Байкал» в статусе резидента территории опережающего развития (ТОР) «Бурятия» завершила строительство и торжественно открыла новый аэровокзальный комплекс внутренних воздушных линий Международного аэропорта «Байкал». Новый терминал площадью более 6,6 тыс. кв. м, с пропускной способностью 400 пассажиров в час, оснащен двумя телетрапами. Проект был реализован в рамках соглашения с ...

В ТПП РФ при поддержке Ассоциации «Росспецмаш» обсудят положение дел в российском специализированном машиностроении

2 декабря 2024 года в Москве состоится заседание Совета ТПП РФ по промышленному развитию и конкурентоспособности экономики России, организованное при поддержке Ассоциации «Росспецмаш». Темой мероприятия станет «Ситуация в отраслях специализированного машиностроения». Во время заседания эксперты обсудят текущее состояние специализированного машиностроения, включая сельскохозяйственную технику, д...

15 Августа 2011

Радиационная обработка минералов для изменения их оптико-механических свойств, в частности повышения их ювелирной ценности.

Радиационная обработка минералов для изменения их оптико-механических свойств, в частности повышения их ювелирной ценности.
 Уcтрoйcтвo для oблучения минералoв
Уcтрoйcтвo для oблучения минералoв

Автoры: Гoдoвикoв Алекcей Алекcандрoвич, Варлачев Валерий Алекcандрoвич, Сoлoдовников Евгений Семенович, Щербаков Анатолий Алекcандрович

Изобретение отноcитcя к радиационным методам обработки минералов для изменения их оптико-механичеcких cвойcтв, в чаcтноcти повышения их ювелирной ценноcти. Уcтройcтво для облучения минералов включает активную зону реактора, канал облучения, контейнер и дополнительный фильтр тепловых нейтронов. Внутри контейнера размещены фильтры тепловых и резонансных нейтронов. Дополнительный фильтр тепловых нейтронов окружает контейнер и установлен в зоне облучения. Между контейнером и активной зоной реактора размещен поглотитель гамма-квантов реактора. К дополнительному фильтру тепловых нейтронов добавлен поглотитель резонансных нейтронов. Толщина этих поглотителей обеспечивает при облучении поддержание температуры внутри контейнера не выше 200°С. Изобретение позволяет увеличить возможный объем облучаемых образцов и повысить производительность модификации минералов. 1 ил.

В процессе облучения минералов различными видами ионизирующего облучения, в том числе нейтронами, возникают дефекты в кристаллической структуре минералов с образованием электронных и дырочных центров окраски. Температурный режим облучения и его продолжительность определяются экспериментально, поскольку степень кристалличности, водонасыщенность, текстурно-структурные особенности, концентрация и формы нахождения примесей в различных образцах не одинаковы и могут при превышении температуры облучения привести к замутнению и растрескиванию камней, а также к отжигу некоторых центров окраски.

Известно устройство для облучения минералов, описанное в способе изменения окраски минералов, включающее в себя активную зону реактора, канал облучения и контейнер с минералами (SU 601855, МПК B01J 19/08, 1983).

Наиболее близким техническим решением является устройство, описанное в осуществлении способа облучения минералов (RU 2104770, МПК B01J 19/08, С30В 33/04, G21G 1/10, 1998), которое содержит активную зону реактора, канал облучения, контейнер, внутри которого размещены фильтры тепловых и резонансных нейтронов, дополнительный фильтр тепловых нейтронов, окружающий контейнер и установленный в зоне облучения контейнера. Известное устройство позволило уменьшить наведенную активность образцов, обусловленную тепловыми и резонансными нейтронами.

Однако эти устройства не позволяют облучать образцы большого объема, что снижает производительность канала облучения. В самом деле, если в контейнере имеется фильтр с большим сечением захвата тепловых нейтронов, например кадмий или бор, то практически все тепловые нейтроны поглотятся в этом фильтре и дадут значительное энерговыделение в единице объема фильтра. При больших размерах контейнера потребуются большие объемы фильтра, что приведет к большому энерговыделению во всем объеме фильтра. Та же ситуация будет наблюдаться и при использовании фильтра резонансных нейтронов, например бор-индий, кадмий-тантал, кадмий-индий. Гамма-кванты реактора дают практически в любых материалах энерговыделение на один-два порядка больше, чем быстрые нейтроны реактора. Таким образом, за счет энерговыделения от нейтронов и гамма-квантов температура в контейнерах большого объема превысит 200°С, и радиационные дефекты, отвечающие за окраску, начнут отжигаться, что приведет к потере ювелирной ценности камней. Не случайно, что в известном устройстве облучали лишь небольшой объем камней (185 г).

Техническим результатом изобретения является возможность облучения образцов большого объема при температуре не больше 200°С, что повышает производительность модификации минералов.

Это достигается тем, что в устройстве для облучения минералов, содержащем активную зону реактора, канал облучения, контейнер, внутри которого размещены фильтры тепловых и резонансных нейтронов, дополнительный фильтр тепловых нейтронов, окружающий контейнер и установленный в зоне облучения контейнера, согласно изобретению между контейнером и активной зоной реактора размещен поглотитель гамма-квантов реактора, а к дополнительному фильтру тепловых нейтронов добавлен поглотитель резонансных нейтронов, причем эти поглотители должны иметь такую толщину, чтобы внутри контейнера температура была не выше 200°С.
схема устройства для облучения минералов
На чертеже представлена схема устройства для облучения минералов.

Устройство содержит активную зону ядерного реактора 1, поглотитель гамма-квантов 2, дополнительный фильтр тепловых нейтронов с поглотителем резонансных нейтронов 3, канал реактора 4, контейнер 5 с фильтрами тепловых и резонансных нейтронов, минералы 6. При этом дополнительный фильтр тепловых нейтронов с поглотителем резонансных нейтронов постоянно находятся в зоне облучения контейнера и окружают его в процессе облучения.

Устройство работает следующим образом. Перед облучением в контейнер 5 с фильтрами тепловых и резонансных нейтронов помещают минералы 6 и герметизируют контейнер. Если контейнер 5 не герметизирован, то в процессе облучения в него попадет вода реактора 1 и в этой воде быстрые нейтроны реактора замедлятся до тепловой и резонансной энергий, что приведет к большой наведенной активности минералов несмотря на наличие фильтров, окружающих минералы. Затем по каналу 4 реактора контейнер 5 доставляют в зону облучения, где расположен дополнительный фильтр тепловых нейтронов с поглотителем резонансных нейтронов 3, окружающие зону облучения. Потоки нейтронов и гамма-квантов в зоне облучения зависят от мощности реактора, удаленности зоны облучения от активной зоны реактора, а также от материалов между зоной облучения и активной зоной реактора. Нейтроны реактора, попадая в минералы 6, образуют в них простые и сложные дефекты (комплексы дефектов). Простые дефекты (смещенные из узла кристаллической решетки атомы) возникают уже при энергии нейтронов в десятки эВ и приводят к помутнению кристалла. Но они отжигаются при последующем за облучением отжиге кристалла. Комплексы дефектов образуются из простых дефектов тем вероятнее, чем выше плотность простых дефектов. Поэтому вероятность образования сложных дефектов растет с ростом энергии нейтрона и достигает насыщения в дефектообразовании при энергии нейтрона в 1 МэВ. Чем сложнее дефект, тем выше должна быть температура для его пострадиационного отжига. Комплексообразование дефектов зависит также и от температуры облучения. Сложные дефекты ответственны за центры окраски. Повышенная температура облучения может привести как к отжигу некоторых центров окраски, так и к помутнению и растрескиванию кристаллов. В свою очередь температура облучения зависит от энерговыделения в материалах контейнера и от условий охлаждения контейнера. При одинаковых условиях охлаждения температура облучения тем выше, чем больше энерговыделение в материалах контейнера. Поэтому поглотители, размещенные за пределами контейнера, значительно ослабляют потоки гамма-квантов, тепловых и резонансных нейтронов, тем самым снижают энерговыделение и температуру в контейнере.

Суть изобретения заключается в том, что в предлагаемом устройстве существенно снижено удельное энерговыделение в контейнере с образцами и фильтрами за счет того, что гамма-кванты и резонансные нейтроны ослабляются в дополнительных поглотителях. А это, в свою очередь, позволяет увеличить объем контейнера под минералы. Кроме того, снижение флюенса резонансных нейтронов в контейнере автоматически снижает уровень наведенной активности облученных минералов.

Таким образом, каждый элемент устройства вносит свой вклад в повышении производительности облучения минералов в канале.

На базе стандартного водо-водяного реактора типа ИРТ-Т мощностью 6 МВт была смонтирована экспериментальная установка. В первоначальном варианте экспериментальная установка не имела дополнительных поглотителей резонансных нейтронов и гамма-квантов. А в качестве поглотителя тепловых нейтронов использовалась кадмиевая фольга толщиной 1 мм, которой был обернут канал реактора в зоне облучения контейнера. В контейнере был размещен фильтр тепловых и резонансных нейтронов. Вес фильтра в контейнере равнялся 466 г. При полной загрузке в контейнере помещалось 1600 г топазов. В качестве фильтра как тепловых, так и резонансных нейтронов использовали карбид бора, поскольку у бора-10 сечение поглощения тепловых нейтронов составляет 4017 барн, а сечение поглощения резонансных нейтронов в диапазоне энергий от 1эВ до 1000 эВ тоже велико и меняется от 770 барн до 25 барн. Внутри контейнера была помещена термопара для непрерывного измерения температуры в процессе облучения контейнера. Была проведена серия облучений при различных температурах в диапазоне 76°С-350°С. Температуру облучения меняли, добавляя топазы от облучения к облучению. Минимальный вес топазов в контейнере был равен 19 г, а максимальный 620 г. Каждое облучение проводили в течение 7,5 часов, при этом флюенс быстрых нейтронов с энергией больше 0,5 МэВ составил 1·1017 нейтрон/см2. После облучения топазы отжигали в течение 30 минут при температуре 200°С. При этом топазы приобретали голубую окраску. Однако при температуре облучения выше 200°С топазы мутнели.

При захвате теплового или резонансного нейтрона бором-10 выделяется энергия 2,33 МэВ. Расчеты показали, что удельное энерговыделение в контейнере, полностью заполненном топазами, составляет: от тепловых нейтронов с плотностью потока 4·1012 см-2с-1 - 0,597 Вт/см3, от резонансных нейтронов с плотностью потока 3·1012см-2с-1 - 0,0448 Вт/см3, а от гамма-квантов реактора - 0,037 Вт/см3. В контейнере диаметром 5 см и высотой 55 см выделится энергия: от тепловых нейтронов - 644 Вт, от резонансных нейтронов - 48,3 Вт, а от гамма-квантов реактора - 39,94 Вт. Вклад быстрых нейтронов в энерговыделение на два порядка меньше, чем от гамма-квантов реактора. Учитывая, что поток тепловых нейтронов подавлен дополнительным фильтром из кадмиевой фольги, полное энерговыделение в контейнере, полностью заполненном топазами, составит 88,2 Вт. Чтобы энерговыделение в контейнере было не более 10 Вт, необходимо снизить плотность потока резонансных нейтронов в 10 и более раз и поток гамма-квантов в 10 и более раз. С этой целью между каналом и активной зоной реактора в качестве поглотителя гамма-квантов был установлен свинцовый экран толщиной 5 см. Кратность ослабления гамма-квантов реактора в этом экране равна 12. А сам канал был окружен карбидом бора с толщиной стенок 1 см, который одновременно является фильтром тепловых нейтронов и поглотителем резонансных нейтронов. Тепловые нейтроны полностью поглотились в этом фильтре, а кратность ослабления плотности потока нейтронов с энергией от 1 эВ до 100 эВ плавно меняется от 2,2·108 до 6,8. После этого облучали тот же самый контейнер, полностью заполненный топазами, с фильтром из карбида бора и термопарой. Вес топазов был около 1600 г. Температура в топазах при их облучении не превысила 82°С. В результате облучения флюенс быстрых нейтронов составил 1,1·1017 нейтрон/см2. Минералы приобрели голубую окраску и не помутнели.

Отметим, что в реализованном варианте установки в качестве поглотителя как тепловых, так и резонансных нейтронов использовали бор, хотя можно было бы использовать и другие фильтры, например кадмий-индий, кадмий-тантал и т.п.

Полезный результат заключается в том, что снижено удельное энерговыделение в материалах контейнера за счет дополнительных поглотителей, а это позволило в несколько раз увеличить объем облучаемых минералов при температуре облучения менее 200°С, тем самым повышена производительность канала облучения.

Кол-во просмотров: 15366
Яндекс.Метрика