Разработка конструкции и технологии изготовления панелей биологической защиты от воздействия смешанного ионизирующего (n-y) излучения капсул для хранения взрывоопасных материалов
Разработка
конструкции и технологии изготовления панелей биологической защиты от
воздействия смешанного ионизирующего (n-γ) излучения капсул для хранения
взрывоопасных материалов
Введение
Проблема обеспечения радиационной безопасности населения
остро стоит во многих развитых странах мира. В настоящее время не существует
материала, который бы на 100 % защищал от ионизирующих излучений. Поэтому
актуальна задача выбора материала, обладающего наилучшими показателями
радиационной стойкости.
При конструировании защитных конструкций из
традиционно используемых материалов толщина, а, следовательно, габариты и масса
получаются внушительными. При выборе наиболее радиационно-стойкого материала
толщина защиты уменьшится. Необходимо разработать конструкцию, которая
обеспечивала бы защиту объектов (или окружающей среды).
Отсюда вытекает задача разработки технологии
изготовления такой конструкции.
Подобрав материал, и разработав конструкцию, а также
технологию ее изготовления, можно обеспечить защиту населения и окружающей
среды от опасных ионизирующих излучений.
1. Литературный обзор
Во всем мире, как за рубежом, так и в России, особенно
после терактов 11.09.2001 г., проявляется повышенный интерес к проблемам
ядерного и радиационного терроризма. Для ядерного терроризма нужно иметь
технические средства, а для этого необходимо похитить или изготовить атомную
бомбу.
Во всех случаях приобретение готового устройства или
материалов для его изготовления является непростой задачей, несмотря на
привлекательность для террористов получить одновременно механическое
разрушающее и радиологическое действие, которое существует не только в момент
взрыва, но и за счет загрязнений радиоактивными веществами продолжает
действовать и после взрыва. Вероятность того, что водородная или атомная бомба
попадёт в руки террористов, ничтожно мала.
Однако радиологическая составляющая действия ядерного
оружия может быть легко реализована без атомной бомбы в силу доступности и
распространенности радиоактивных веществ, широко используемых в науке и
технике, медицине и различных производствах.
В медицине используется более 300 разновидностей
радиоактивных изотопов, их активность колеблется от 5 до 120 кюри, и среди них
такие сильнорадиоактивные изотопы как кобальт-60 и цезий-137. В случае нештатного
использования некоторых радиоактивных изотопов (например, изотопа америция) уже
через 6 минут в двухкилометровой зоне потребуются меры для защиты населения.
Основную опасность представляют так называемые «горячие» частицы, размером от
20 до 100 микрон. Они легко разносятся ветром, а попав в лёгкие человека,
застревают там на много лет. Лёгочная ткань рядом с такой частицей находится
под постоянным действием излучения. В результате происходят мутации клеток и, в
конечном счёте, малигнизация.
К тому же следует иметь в виду, что для биологических
объектов зависимость «доза/эффект» - нелинейная и безпороговая. Это значит, что
любая, сколь угодно малая доза ионизирующего излучения вызывает у человека тот
или иной эффект.
Контроль за радиоактивными изотопами в медицине или,
например, за РТГ (радиационные тепловые генераторы), которые являются
автономными источниками электроэнергии и содержат капсулу стронция-90, вовсе не
столь тщательный, как в ракетных войсках стратегического назначения. Нет
никакой гарантии, что во всех странах и во всех учреждениях исключён
несанкционированный доступ к подобным радиоактивным материалам. Медицинская
радиологическая аппаратура имеется по всему миру, в том числе и в слаборазвитых
странах.
По данным интернет-портала «Washington ProFile» в США находится более 2 млн. единиц радиоактивных
материалов, которые могут быть использованы для создания грязной бомбы. Они
хранятся на 21 тысяче объектов. За период с октября 2008 по март 2009 г. было
заявлено о 107 случаях хищений и пропаж. В Европе радиоактивные материалы
хранятся на примерно 30 тысячах объектов; при этом ежегодно бесследно исчезают
около 70 радиоактивных источников.
Поэтому существенную опасность представляет так
называемая грязная бомба: когда обычную взрывчатку смешивают с радиоактивными
изотопами. Даже нет нужды, чтобы изотопы были пригодны для создания атомной
бомбы, достаточно любого высокорадиоактивного материала. Например, хлорид цезия
(похожую на тальк пудру) весьма несложно распылить взрывом. Разлёт
радиоактивной пыли будет на несколько километров. А современный город
практически невозможно полностью очистить от радиоактивной пыли.
При подрыве заряда взрывчатого вещества контейнер с
изотопами разрушается и, за счёт ударной волны, радиоактивное вещество
распыляется на достаточно большой площади. Размер бомбы может быть различным в
зависимости от количества исходного материала. Одним из вариантов «грязной
бомбы» может быть намеренный подрыв установки невоенного назначения,
использующей радиоактивные материалы.
Следует отметить, что для того, чтобы площадь
оказалась достаточно большой при разумных геометрических размерах «грязной
бомбы», в качестве заряда придется использовать атомную бомбу.
Помимо «грязных бомб», рассматривалось также
механическое распыление радиоактивного материала. В фантастической литературе
данный вариант был впервые описан Робертом Хайнлайном в рассказе «Никудышное
решение» (англ. Solution
Unsatisfactory) в 1940 году.
Однако сама возможность перехода от грязной бомбы к
чистой оказалась гораздо проще. В начале 60-х ЦРУ проводила эксперимент со
студентами, в котором было предложено найти наибольшее количество информации в
библиотеке о том, как сделать атомную бомбу. Паре студентов удалось найти почти
полное описание исследований Манхэттенского проекта. Собственно единственным
условием было подразумевающееся наличие 50 кг чистого урана-235.
Идею кобальтовой бомбы высказал в 1950 году Лео Силард
в качестве примера оружия, способного превратить континенты на долгое время в
нежилые земли.
Созданный взрывом высоко в стратосфере, изотоп 60Со
способен рассеиваться на больших площадях, заражая их. Такие бомбы никогда не
испытывались и не изготавливались из-за отложенности и непредсказуемости
эффекта их действия.
Взорванная в центре густонаселенного города «грязная
бомба» не вызывает таких больших разрушений, какие бывают при использовании
ядерного оружия. Взрыв такой бомбы, помимо прочего, произведет «наводящее ужас
и деморализующее воздействие на людей».
Самым распространенным предположением остается то, что
те, кто кочет создать грязную атомную бомбу, будут пытаться это сделать просто
потому, что это гораздо легче, чем создать обычную. Скорее всего, взрыв грязной
бомбы не убьет десять тысяч человек, но при взрыве в густонаселенной местности,
например, в городе, точно убьет несколько сот человек и посеет панику среди
выживших. Поэтому почти все ученые называют грязную атомную бомбу «оружием
чистого террора».
По мнению экспертов, проблема предотвращения
использования грязной бомбы является крайне актуальной. Можно лишь радоваться
тому, что до сих пор грязная бомба не была применена. Ведь реальных и
сколько-нибудь надёжных способов предотвратить использование грязной бомбы
человечество пока не придумало. И нет способа проще, чем взрыв грязной бомбы,
для создания массовой паники среди населения.
Террористический акт с радиационным воздействием может
быть проведен внезапно, быстро, скрытно и в непредсказуемом, неожиданном месте.
Все эти обстоятельства в той или иной степени нашли отражение в существенном
повышении требований к обеспечению в стране радиационной безопасности, в том
числе и по предотвращению радиационного терроризма. В частности, одним из
важнейших требований Законов Российской Федерации «Об использовании атомной
энергии» и «О радиационной безопасности населения» является создание единой
системы планирования, координации, контроля и реализации комплекса технических
и организационных мер, направленных на:
• предотвращение хищений радиоактивных и делящихся
материалов (РДМ) и их порчи;
• предотвращение попадания РДМ в среду обитания
населения.
В настоящее время этими проблемами также серьезно
занимаются многие международные организации: Международное агентство по
атомной энергии (МАГАТЭ), Всемирная таможенная
организация, Интерпол, Международная электротехническая комиссия и др.
В настоящее время существуют специальные службы по
борьбе с терроризмом, одной из обязанностей которых является обезвреживание
взрывных устройств. Для безопасного хранения и транспортировки взрывоопасных
устройств и веществ, используются специальные взрывозащитные контейнеры.
Контейнеры обеспечивают полное отсутствие бризантного,
фугасного и осколочного воздействия на лиц, находящихся в непосредственной
близости от контейнеров, при взрыве в них взрывных устройств или взрывчатых
веществ различной массы в любой осколочной оболочке. Конструктивное исполнение
корпусов контейнеров гарантирует, также, отсутствие прорыва газообразных
продуктов, образующихся при взрыве. Но при перевозке или хранении «грязной
бомбы», они не обеспечивают защиту окружающей среды и населения от
проникновения радиации.
Поэтому необходима дополнительная защита таких
контейнеров радиационно-стойким материалом от воздействия смешанного
ионизирующего излучения.
Для того чтобы правильно подобрать материал защиты от
радиации, необходимо четкое и полное понимание терминов «радиация» и
«радиоактивность».
Радиация, или ионизирующее излучение - это частицы и
гамма-кванты, энергия которых достаточно велика, чтобы при воздействии на
вещество создавать ионы разных знаков. Радиацию нельзя вызвать с помощью
химических реакций. Примечание. Видимый свет и ультрафиолетовое излучение не
включают в понятие «ионизирующее излучение».
Радиоактивность - неустойчивость ядер некоторых
атомов, проявляющаяся в их способности к самопроизвольным превращениям
(распаду), сопровождающимся испусканием ионизирующего излучения.
Различают несколько видов радиации.
Альфа-частицы - относительно тяжелые, положительно
заряженные частицы, представляющие собой ядра гелия.
Бета-частицы - это просто электроны или позитроны.
Гамма-излучение - фотонное излучение, возникающее при
изменении энергетического состояния атомных ядер или при аннигиляции частиц.
Гамма-излучение имеет ту же электромагнитную природу, что и видимый свет,
однако обладает гораздо большей проникающей способностью.
Нейтроны - электрически нейтральные частицы со спином
1/2 и массой, превышающей массу протона на 2,5 электронных масс. В свободном
состоянии нейтрон нестабилен и имеет время жизни около 16 минут.
Рентгеновское излучение подобно гамма-излучению, но
имеет меньшую энергию. Солнце - один из естественных источников рентгеновского
излучения, но земная атмосфера обеспечивает от него надежную защиту. Заряженные
частицы очень сильно взаимодействуют с веществом, поэтому, с одной стороны,
даже одна альфа-частица при попадании в живой организм может уничтожить или
повредить очень много клеток, но, с другой стороны, по той же причине,
достаточной защитой от альфа- и бета-излучения является любой, даже очень
тонкий слой твердого или жидкого вещества - например, обычная одежда (если,
конечно, источник излучения находится снаружи).
Следует различать радиоактивность и радиацию.
Источники радиации - радиоактивные вещества или ядерно-технические установки
(реакторы, ускорители, рентгеновское оборудование и т.п.) - могут существовать
значительное время, а радиация существует лишь до момента своего поглощения в
каком-либо веществе.
.1 Ионизация, проникающая способность и защита
Расстояние, на которое ионизирующее излучение может
проникать в вещество, называется его проникающей способностью. Оно зависит от
энергии излучения и свойств вещества, через которое излучение проникает.
.1.1 Альфа-излучение
Альфа-частица - это ядро атома гелия, она имеет
двойной положительный заряд и четыре единицы массы. Масса α-частицы равна 4,002777 а.е.м. Распад,
в основном, претерпевают радионуклиды тяжелых элементов. Энергия α-частиц (Еα), испускаемых естественными и
искусственными радионуклидами, колеблется в пределах 4,0 - 9,0 МэВ. Так, у 239Рu Еа = 5,15 МэВ, у 210Ро - 5,30 МэВ, у
226Ra - 4,78 МэВ. Скорость движения α-частиц порядка 10-2 м/сек.
При прохождении через вещество энергия α-частицы. в основном, расходуется на
ионизацию и возбуждение атомов поглощающей среды (ионизационные потери),
которые при Еа>0,1 МэВ можно выразить формулой
, (1.1)
где Еа - кинетическая энергия альфа-частицы; е - заряд
электрона; z - заряд α-частицы: Z - порядковый номер поглотителя: n - число атомов в 1 см3 вещества; В - коэффициент торможения:
mo - масса покоя электрона: V - скорость частицы.
Когда альфа-частица проходит в непосредственной
близости от электрона (рисунок 1.1), она притягивает его и может вырвать с
нормальной орбиты. Атом теряет электрон и таким образом преобразовывается в ион.
Так α-частицы обычно ионизируют вещество.
Рисунок 1.1 - Ионизация вещества альфа-частицами
К концу пробега энергия альфа-частицы уменьшается
настолько, что она уже не способна производить ионизацию и, присоединив к себе
два электрона, превращается в атом гелия. Ионизация атома требует
приблизительно 30-35 электрон-вольт энергии. Поэтому полная ионизация для α-частиц составляет несколько сот тысяч
пар ионов. Например, альфа-частица с энергией 7 МэВ образует
пар
ионов.
Чем
больше энергия α-частицы, тем больше ее пробег и больше образованных
пар ионов.
Альфа-частицы с одинаковой энергией
(моноэнергетические) в поглотителе проходят практически одно и то же расстояние
- т.е. число α-частиц почти на всем пути пробега постоянно и резко падает до
нуля в конце пробега. Пробег α-частиц практически прямолинеен из-за
их большой массы, которая препятствует отклонению α-частицы от прямолинейного пути под
действием электрических сил атома. Несмотря на высокие значения энергий α-частиц, их проникающая способность и
пробег крайне малы (таблица 1.1).
Таблица 1.1 - Пробеги α-частиц R
|
МэВ
|
Алюминий (ρ=2700 кг/м3)
|
Биологическая ткань* (ρ=1000 кг/м3)
|
Вода (ρ=1000 кг/м3)
|
Воздух (ρ=1,293 кг/м3)
|
Медь (ρ=8930 кг/м3)
|
Свинец (ρ=11340 кг/м3)
|
Углерод (ρ=2250 кг/м3)
|
|
м·10-6
|
м·10-6
|
м·10-6
|
м·10-2
|
м·10-6
|
м·10-6
|
м·10-6
|
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
|
0,1
|
0,95
|
1,03
|
1,00
|
0,11
|
0,54
|
0,85
|
0,62
|
|
0,2
|
1,47
|
1,61
|
1,57
|
0,18
|
0,84
|
1,31
|
0,96
|
|
0,3
|
1,88
|
2,09
|
2,04
|
0,23
|
1,08
|
1,67
|
1,23
|
|
0,4
|
2,24
|
2,53
|
2,46
|
0,27
|
1,28
|
1,96
|
1,47
|
|
0,5
|
2,56
|
2,94
|
2,87
|
0,31
|
1,46
|
2,23
|
1,69
|
|
0,6
|
2,87
|
3,35
|
3,28
|
0,35
|
1,62
|
2,47
|
1,91
|
|
0,7
|
3,17
|
3,77
|
3,69
|
0,39
|
1,79
|
2,70
|
2,12
|
|
0,8
|
3,46
|
4,19
|
4,11
|
0,42
|
1,95
|
2,92
|
2,33
|
|
0,9
|
3,76
|
4,63
|
4,54
|
0,46
|
2,11
|
3,13
|
2,54
|
|
1,0
|
4,05
|
5,06
|
4,96
|
0,50
|
2,26
|
3,34
|
2,76
|
|
1,5
|
5,63
|
7,50
|
7,38
|
0,71
|
3,09
|
4,41
|
3,96
|
|
2,0
|
7,38
|
10,40
|
10,20
|
0,97
|
3,96
|
5,61
|
5,37
|
|
2,5
|
9,32
|
13,60
|
13,40
|
1,25
|
4,88
|
6,94
|
6,98
|
|
3,0
|
11,50
|
17,40
|
17,10
|
1,58
|
5,88
|
8,39
|
8,82
|
|
3,5
|
13,90
|
21,60
|
21,30
|
1,96
|
6,96
|
9,98
|
11,00
|
|
4,0
|
16,50
|
26,20
|
25,80
|
2,37
|
8,13
|
11,70
|
13,20
|
|
4,5
|
19,20
|
31,20
|
30,80
|
2,82
|
9,35
|
13,40
|
15,70
|
|
5,0
|
22,20
|
36,70
|
36,20
|
3,29
|
10,60
|
15,30
|
18,40
|
|
6,0
|
28,80
|
48,80
|
48,20
|
4,37
|
13,50
|
19,40
|
24,30
|
|
7,0
|
36,20
|
62,40
|
61,70
|
5,58
|
16,60
|
23,80
|
31,00
|
|
8,0
|
43,40
|
78,00
|
76,80
|
7,19
|
20,90
|
31,50
|
39,10
|
|
9,0
|
52,20
|
94,40
|
93,00
|
8,66
|
24,50
|
37,00
|
47,20
|
|
10,0
|
61,60
|
112,00
|
111,00
|
10,20
|
28,30
|
42,70
|
56,10
|
Примечание
* Состав биологической ткани в массовых долях: H - 0,1; O - 0,75; C -
0,11; N - 0,026; Ca - 0,000031; P -
0,0018; S - 0,0018; K - 0,003; Na -
0,0016; Cl - 0,0018; Mg - 0,00018
В живой человеческой ткани пробег частицы менее 0,7
мм. Альфа-излучение, воздействующее на незащищенную часть тела, не может
проникнуть даже через наружный слой кожи, образованный отмершими клетками, и не
причиняет вреда организму. Поэтому альфа-излучение опасно только тогда, когда
альфа-частицы попадают внутрь организма (с воздухом, питьевой водой и пищевыми
продуктами) и напрямую воздействуют на клетки органов, вызывая их повреждения.
Значительную роль в решении этой задачи играют
средства индивидуальной защиты (СИЗ) органов дыхания, пищеварения и кожных
покровов человека.
1.1.2 Бета-излучение
Взаимодействие легких заряженных частиц с веществом
рассмотрим на примере β-частиц. Бета-частицы представляют собой поток
электронов или позитронов. Электрон и позитрон имеют одинаковую массу и
одинаковый заряд, но различаются знаком заряда. Масса электрона равна 0,000549
а.е.м. В отличие от α-частиц, β-частицы имеют сплошной, непрерывный,
энергетический спектр.
В зависимости от энергии бета-частиц различают мягкое
и жесткое β-излучение. Бета-частицы, имеющие энергию до нескольких
десятков кэВ, называют мягким β-излучением, а имеющие большую
энергию - жестким β-излучением.
Процесс прохождения бета-частиц через вещество более
сложный, чем процесс прохождения альфа-частиц. Энергия расходуется на
ионизационные и радиационные потери, на рассеяние β-частиц. Ядерные реакции протекают
только при больших (более 20 МэВ) энергиях электронов.
Ионизационные потери бета-частиц, так же как и для α-частиц, связаны с ионизацией и
возбуждением атомов поглотителя, но вероятность взаимодействия β-частиц с веществом меньше, чем для
а-частиц, так как β-частицы имеют в два раза меньший заряд и во много раз
меньшую массу (в 7000 раз) по сравнению с α-частицами. При ионизации β-частицы выбивают орбитальные
электроны, которые могут производить дополнительную (вторичную) ионизацию.
Полная ионизация представляет собой сумму первичной и вторичной ионизации. На 1
мкм пути в веществе β-частица создает несколько сот пар ионов. Замедленный
электрон останется свободным или захватится атомом и окажется в связанном
состоянии, а позитрон аннигилирует.
Рисунок 1.2 - Ионизация вещества бета-частицей
Ионизационные потери зависят от числа электронов в
атомах поглотителя. Число электронов в 1 см3 вещества можно вычислить из
соотношения
n = ρ·NA(Z/A) = 6,023·1023·p·(Z/A), (1.2)
где NA -
число Авогадро; А - атомный вес; ρ - плотность поглотителя; Z - атомный номер элемента поглотителя.
Следовательно, ионизационные потери
(dE/dx)ион≈ ρ·Z/A. (1.3)
При изменении Z отношение Z/А
изменяется от 0,5 для легких веществ до 0,4 для свинца, т.е. для различных
элементов отношение Z/А изменяется
незначительно (за исключением водорода, у которого Z/А =1), что позволяет считать это отношение приблизительно
постоянным. Поэтому, выражая измеряемую толщину поглощающего слоя не в
сантиметрах, а в единицах ρ·м, т.е. в кг/м2, можно заключить, что
величина поглощения β-излучения данной энергии будет приблизительно
одинаковой для всех веществ.
Бета-частицы, пролетая вблизи ядра атомов поглотителя,
тормозятся в поле ядра и меняют направление своего движения. Уменьшение энергии
в результате торможения электрона в поле ядра поглотителя (радиационные потери)
связано с испусканием тормозного излучения.
Примерно половина кинетической энергии бета-частиц
тратится на энергию тормозного излучения.
Теория тормозного излучения на сегодняшний день
разработана недостаточно, чтобы количественно определить энергию тормозного
излучения при прохождении через вещество бета-частиц больших энергий.
Для бета-частицы с энергией до 3 МэВ приближенно можно
считать, что энергия тормозного излучения (Еторм) на один акт распада
пропорциональна квадрату энергии бета-частиц и атомному номеру Z вещества.
При торможении бета-частиц, обладающих непрерывным
спектром, энергия тормозного излучения на акт распада может быть определена по
формуле
Еторм=1,23·10-4(Z´+3)· 
МэВ/распад, (1.4)
где
1,23·10-4 - коэффициент пропорциональности; -
максимальная энергия бета-частиц в МэВ; Z´ -
эффективный атомный номер вещества, который может быть определен по следующей
формуле
, (1.5)
где ai -
весовая доля вещества с атомным номером Z в химическом соединении.
При торможении моноэнергетических электронов энергия
тормозного излучения в МэВ на электрон может быть определена
Еторм=5,77·10-4Z· МэВ/электрон, (1.6)
где
5,77·10-4 - коэффициент пропорциональности; Z´ -
эффективный атомный номер; 
-
энергия бета-частиц в МэВ.
Так
как масса β-частиц невелика, то для них характерен эффект
рассеяния. Рассеяние β-частиц происходит при соударениях с орбитальными
электронами атомов вещества поглотителя. При рассеянии энергия β-частицы теряется большими порциями, в отдельных
случаях до половины. Рассеяние зависит от энергии β-частиц и от природы вещества поглотителя, с
уменьшением энергии β-частиц и с увеличением атомного номера вещества
поглотителя рассеяние увеличивается.
В
результате рассеяния в поглотителе путь β-частиц не является прямолинейным, как для α-частиц, и истинная длина пути в поглотителе может в
1,5 - 4 раза превосходить их пробег. Слой вещества, равный длине пробега β-частиц, имеющих максимальную энергию, полностью
затормозит β-частицы, испускаемые данным радионуклидом [8].
Таблица
1.3 - Максимальный пробег моноэнергетических электронов в различных веществах
|
Е, МэВ
|
Биологическая ткань, г/см2
|
Вода, м·10-2
|
Алюминий, м·10-3
|
Железо, м·10-3
|
Медь, м·10-3
|
Свинец, м·10-3
|
Стекло “пирекс” (ρ=2700 кг/м3), г/см2
|
|
0,01
|
0,0002
|
0,0002
|
0,0013
|
0,0005
|
0,0005
|
0,0007
|
0,0003
|
|
0,03
|
0,0017
|
0,0018
|
0,0027
|
0,0035
|
0,0032
|
0,0039
|
0.0022
|
|
0,05
|
0,0044
|
0,0043
|
0,0211
|
0,0084
|
0,0077
|
0,0089
|
0,0534
|
|
0,07
|
0,0079
|
0,0078
|
0,0378
|
0,0148
|
0,0137
|
0,0153
|
0,0954
|
|
0,10
|
0,0142
|
0,0140
|
0,0700
|
0,0269
|
0,0248
|
0,0273
|
0,0175
|
|
0,30
|
0,0856
|
0,0842
|
0,4000
|
0,1530
|
0,1400
|
0,1000
|
|
0,50
|
0,1780
|
0,1740
|
0,8300
|
0,3160
|
0,2280
|
0,2910
|
0,2120
|
|
0,70
|
0,2800
|
0,2770
|
1,3000
|
0,4920
|
0,4480
|
0,4440
|
0,3330
|
|
1,00
|
0,4400
|
0,4360
|
2,0300
|
0,7630
|
0,6950
|
0,6730
|
0,5220
|
|
1,50
|
0,7200
|
0,6960
|
3,2700
|
1,2200
|
1,1000
|
1,0400
|
0,8410
|
|
2,00
|
0,9800
|
0,9790
|
4,4800
|
1,6700
|
1,5000
|
1,3800
|
1,1600
|
|
3,00
|
1,5200
|
1,5000
|
6,8500
|
2,5200
|
2,2800
|
2,0900
|
1,7800
|
|
4,00
|
2,0600
|
2,0000
|
9,1900
|
3,3400
|
3,0000
|
2,5800
|
2,3800
|
|
5,00
|
2,5600
|
2,5500
|
11,4000
|
4,1100
|
3,6900
|
3,1000
|
2,9700
|
|
7,00
|
3,5800
|
3,5500
|
15,7000
|
5,5700
|
4,9800
|
4,0200
|
4,0900
|
|
9,00
|
4,5000
|
4,5000
|
19,7000
|
6,9200
|
6,1700
|
4,8200
|
5,1600
|
|
10,00
|
5,0300
|
4,9700
|
21,6000
|
7,5500
|
6,7300
|
6,1800
|
5,6800
|
|
20,00
|
9,4200
|
9,3200
|
39,1000
|
13,0100
|
11,600
|
8,3000
|
10,4000
|
|
30,00
|
13,3300
|
13,1700
|
53,7000
|
17,3000
|
15,200
|
10,200
|
14,4200
|
|
50,00
|
20,0600
|
19,8300
|
77,3000
|
23,6000
|
20,500
|
12,9000
|
21,1100
|
|
70,00
|
25,7700
|
25,4700
|
96,1000
|
28,2000
|
24,400
|
14,7000
|
26,5300
|
|
90,00
|
30,7100
|
30,3500
|
111,8000
|
31,9000
|
27,500
|
16,1000
|
31,1100
|
|
100,00
|
32,9600
|
32,5800
|
118,7000
|
33,5000
|
28,900
|
16,7000
|
33,1500
|
При выборе материалов для защиты от бета-частиц
необходимо учесть, что при прохождении бета-частиц через поглотитель возникает
тормозное излучение. Из формул (1.5) и (1.6) видно, что энергия тормозного
излучения увеличивается с ростом атомного номера поглотителя Z. Поэтому для защиты от
бета-излучения лучше применять легкие материалы (алюминий, плексиглас,
полистирол, люцит и др.).
Для защиты от бета-частиц (электронов) высоких энергий
используют экраны из свинца, но внутренняя облицовка экранов должна быть
изготовлена из материалов с малым Z, чтобы уменьшить первоначальную энергию электронов, а следовательно, и
энергию тормозного излучения, возникающего в свинце (в нашем случае этой
«облицовкой» может служить корпус взрывозащитного контейнера).
.1.3 Гамма-излучение
Гамма-излучение (гамма-кванты) - коротковолновое
электромагнитное излучение с длиной волны меньше 2·10-10 м, Из-за малой дайны
волны волновые свойства гамма-излучения проявляются слабо, и на первый план
выступают корпускулярные свойства, в связи с чем его представляют в виде потока
гамма-квантов (фотонов). Являясь одним из трех основных видов радиоактивных
излучений, гамма-излучение сопровождает распад радиоактивных ядер, так как в природе
практически не встречаются вещества, излучающие только γ-кванты. Из всех видов радиоактивных
излучений гамма-излучение обладает самой большой проникающей способностью.
Гамма-излучение возникает не только при радиоактивных распадах ядер, но и при
аннигиляции частиц и античастиц, в ядерных реакциях, при торможении быстрых
заряженных частиц в веществе (тормозное излучение), при распаде мезонов и
входит в состав космического излучения. Гамма-излучение отличается от
рентгеновского излучения природой происхождения, длиной электромагнитной волны
и частотой.
Особенностью γ-квантов при прохождении через
вещество является то, что они сравнительно редко сталкиваются с электронами и
ядрами, но зато при столкновении, как правило, резко отклоняются от своего
пути, т,е, практически выбывают из пучка. Вторая отличительная особенность
гамма-квантов состоит в том, что они обладают нулевой массой покоя и,
следовательно, не могут иметь скорости, отличной от скорости света, а это
значит, что γ-кванты в среде не могут замедляться. Они либо поглощаются,
либо рассеиваются, причем в основном на большие углы [9].
Поглощение и рассеяние гамма-квантов в веществе
происходит в результате следующих процессов: фотоэффекта, эффекта образования
пар, ядерного превращения и комптон-эффекта.
Процесс фотоэлектрического поглощения гамма-кванта
(фотоэффект) заключается в вырывании электрона из атома. При этом энергия
гамма-кванта переходит в кинетическую энергию вырванного электрона за вычетом
энергии связи в той оболочке атома, с которой вырван электрон. Вероятность
фотоэффекта, при данной энергии γ-кванта, в тяжелых поглотителях (с
большим атомным номером Z),
увеличивается с ростом атомного номера поглотителя пропорционально Zm, где m лежит в пределах 3÷5.
Рисунок 1.3 - Ионизация вещества гамма-излучением
(фотоэффект)
Процесс образования пар состоит в том, что вблизи
атомного ядра исчезает гамма-квант, а вместо него возникает пара (позитрон и
электрон). Этот процесс становится возможным только при энергии гамма-кванта
большей чем 1,02 МэВ, что соответствует сумме энергии масс покоя электрона и
позитрона. При этом процессе гамма-квант полностью выбывает из потока
излучения. Вероятность процесса образования пар при данной энергии γ-кванта увеличивается с ростом
атомного номера поглотителя пропорционально Z2.
Ядерный фотоэффект заключается в том, что под
действием гамма-квантов достаточно большой энергии (порядка нескольких МэВ)
могут произойти ядерные реакции типа (γ, n) и (γ, p) и др. Поперечное сечение этих реакций по сравнению с
реакциями других процессов незначительно.
Рисунок 1.4 - Схема образования электронно-позитронной
пары
Комптон-эффект или комптоновское рассеяние заключается
во взаимодействии гамма-квантов с электроном атома. Этот процесс сопровождается
изменением энергии и направления движения гамма-кванта. Энергия, которую теряет
гамма-квант, переходит к электрону отдачи, на котором происходит рассеяние.
Величина этой энергии зависит от угла отклонения гамма-кванта от
первоначального его направления.
Рисунок 1.5 - Схема комптоновского рассеяния
При комптоновском рассеянии гамма-кванты рассеиваются
во всех направлениях, а электроны отдачи двигаются преимущественно «вперед». Если
размеры поглощающей среды достаточно велики, то может происходить многократное
рассеяние γ-квантов, которое каждый раз сопровождается изменением
направления и уменьшением энергии. Когда энергия рассеянного гамма-кванта
уменьшится до величины, при которой наиболее вероятен процесс
фотоэлектрического поглощения, то гамма-квант поглощается в результате
фотоэффекта. Вероятность процесса комптон-эффекта при данной энергии γ-квантов пропорциональна Z поглотителя.
Из вышеприведенного видно, что первые три процесса
связаны с поглощением γ-квантов, а последний - с рассеянием их. Рассеянные
гамма-кванты меняют свое направление, то есть отклоняются от первоначального
пути и обладают энергией меньшей, чем первичные гамма-кванты. Процесс изменения
числа квантов и их энергии при прохождении через вещество называется
ослаблением гамма-излучения.
При прохождении моноэнергетического фотонного
излучения через легкое вещество одновременно может иметь место не более двух
эффектов взаимодействия: фотоэффекта и комптон-эффекта, либо комптон-эффекта и
образования пар. Для немоноэнергетичного фотонного излучения осуществляются
одновременно все три типа взаимодействия. Интервалы энергий фотонов, в которых
один из трех процессов взаимодействия с веществом является доминирующим, приведены
в таблице 1.4.
Таблица 1.4 - Интервалы энергий фотонов, в которых
один из трех процессов взаимодействия фотонов с веществом является доминирующим
|
Вещество
|
Интервал энергий фотонов,
Е, МэВ
|
|
Фотоэффект
|
Комптон-эффект
|
Образование пар
|
|
Воздух
|
<0,02
|
0,02<Е<23
|
>23
|
|
Алюминий
|
<0,05
|
0,05<Е<15
|
> 15
|
|
Железо
|
<0,12
|
0,12<Е<9,5
|
>9,5
|
|
Свинец
|
<3,50
|
0,50<Е<4,7
|
>4,7
|
В дозиметрии используют так называемые
"узкие" и "широкие" пучки фотонного излучения. Примером
узкого пучка (коллимированного) может служить γ-излучение, выделенное с помощью
диафрагмы (рисунок 1.6). Диафрагма ограничивает попадание рассеянного излучения
в детектор. Узкий пучок используют, например, для градуировки дозиметрических
приборов, в установках дефектоскопии металла и т.п.
Рисунок 1.6 - Геометрия узкого пучка гамма-излучений: где 1 - источник
излучения; 2 - диафрагма; 3 - поглотитель; А - измерительный прибор
Ослабление интенсивности монохроматического
гамма-излучения в условиях узкого пучка будет следовать закону
Ix=I0e-μx, (1.7)
где I0 -
интенсивность гамма-излучения, измеренная прибором «А» в отсутствие
поглотителя; Ix - интенсивность гамма-излучения,
измеренная прибором «А» при наличии поглотителя толщиной х; μ
- линейный коэффициент
ослабления гамма-лучей, который характеризует относительное изменение
интенсивности на единицу толщины поглощения; его можно представить как сумму
компонент
μ= μф+ μк+ μп+ μя, (1.8)
где μф, μк, μп, μя - линейные коэффициенты ослабления
гамма-излучения за счет фотоэффекта, комптон-эффекта, образования пар и
ядерного эффекта. Каждый из этих коэффициентов по-разному зависит от атомного
номера поглотителя и энергии фотонного излучения. Коэффициент μя мал по сравнению с остальными
коэффициентами, поэтому в дальнейшем его опускаем.
Для легких материалов с некоторым приближением можно
считать, что коэффициент и. пропорционален плотности вещества и не зависит от
порядкового номера материала Z, то
есть массовые коэффициенты ослабления излучения равны.
Используя
закон ослабления гамма-излучения в узком пучке, можно экспериментально
определить линейные коэффициенты ослабления гамма-лучей в различных
поглотителях. Для этого снимают кривую ослабления интенсивности гамма-излучения
в зависимости от толщины поглотителя и строят график. По оси абсцисс
откладывают толщину поглотителя в см, а по оси ординат - соответствующее
значение 
.
Слой
половинного ослабления связан с коэффициентом μ следующим соотношением 
.
Кроме слоя половинного ослабления, вводится понятие слоя десятикратного
ослабления d1/10, то есть слоя, который дает ослабления
интенсивности излучения в 10 раз.
Тогда
аналогично слою d1/2 связь между d1/10 и μ будет 
.
Значения слоев d1/2 и d1/10 зависят так же, как и коэффициент ослабления
гамма-излучения μ
от энергии излучения и защитного
материала (рисунок 1.7).
В
таблице 1.5 даны численные значения линейных коэффициентов ослабления для
различных энергий и материалов в 
.
Рисунок 1.7 - График изменения слоя десятикратного
ослабления d1/10 для различных энергий
гамма-квантов Е и материалов, полученных в условиях узкого пучка
Таблица 1.5 - Величины линейных коэффициентов
ослабления гамма- излучения различных энергий для различных материалов
|
Энергия излучения, МэВ
|
Свинец ρ=11340 кг/м3
|
Чугун ρ=7200 кг/м3
|
Алюминий ρ=2700 кг/м3
|
Бетон ρ=2300 кг/м3
|
Вода ρ=1000 кг/м3
|
|
0,1
|
60,000
|
2,570
|
0,444
|
0,378
|
0,171
|
|
0,2
|
11,800
|
1,030
|
0,323
|
0,275
|
0,137
|
|
0,3
|
4,760
|
0,780
|
0,278
|
0,236
|
0,119
|
|
0,4
|
2,510
|
0,670
|
0,251
|
0,214
|
0,106
|
|
0,5
|
1,720
|
0,600
|
0,228
|
0,194
|
0,097
|
|
0,6
|
1,370
|
0,550
|
0,210
|
0,179
|
0,089
|
|
0,7
|
1,120
|
0,510
|
0,196
|
0,167
|
0,084
|
|
0,8
|
0,990
|
0,470
|
0,184
|
0,156
|
0,079
|
|
0,9
|
0,860
|
0,460
|
0,176
|
0,150
|
0,074
|
|
1,0
|
0,790
|
0,430
|
0,166
|
0,141
|
0,071
|
|
1,2
|
0,680
|
0,390
|
0,152
|
0,129
|
0,064
|
|
1,4
|
0,600
|
0,360
|
0,141
|
0,120
|
0,060
|
|
1,6
|
0,550
|
0,340
|
0,131
|
0,111
|
0,056
|
|
1,8
|
0,530
|
0,320
|
0,124
|
0,106
|
0,052
|
|
2,0
|
0,510
|
0,300
|
0,117
|
0,100
|
0,049
|
|
2,5
|
0,480
|
0,280
|
0,106
|
0,090
|
0,044
|
|
3,0
|
0,460
|
0,260
|
0,094
|
0,080
|
0,040
|
|
4,0
|
0,470
|
0,240
|
0,084
|
0,071
|
0,034
|
|
5,0
|
0,490
|
0,230
|
0,075
|
0,064
|
0,030
|
|
6,0
|
0,510
|
0,220
|
0,072
|
0,061
|
0,028
|
|
7,0
|
0,530
|
0,240
|
0,070
|
0,060
|
0,026
|
|
8,0
|
0,550
|
0,230
|
0,068
|
0,058
|
0,024
|
|
9,0
|
0,580
|
0,230
|
0,063
|
0,054
|
0,023
|
|
10,0
|
0,600
|
0,230
|
0,062
|
0,053
|
0,022
|
В большинстве случаев в практике расчета ослабления
фотонного излучения используют широкий пучок (рисунок 1.8), т.е. пучок фотонов,
где присутствует рассеянное излучение, которым пренебречь нельзя.
Рисунок 1.8 - Прохождение гамма-излучений в широком
пучке: где 1 - источник излучений; 2 - поглотитель; А - измерительный прибор
Наибольшее отклонение от экспоненциального закона
ослабления широкого пучка наблюдается для тех энергий фотонов и тех веществ,
для которых комптоновское рассеяние преобладает над фотоэффектом и эффектом
образования пар. Вследствие наличия рассеянного излучения, широкий пучок
фотонного излучения ослабляется в меньшей мере, чем узкий. Различие между
результатами измерений узкого и широкого пучков характеризуется фактором
B=Iшир/Iузк, (1.9)
который зависит от геометрии источника, энергии
первичного фотонного излучения, материала, с которым взаимодействует фотонное
излучение, и его толщины, выраженной в безразмерных единицах μd.
I
= I0exp(μd)B ~ I0ехр(μширd), (1.10)
где μ, μшир - линейные коэффициенты
ослабления для узкого и широкого пучков соответственно. Значения μ и В для различных энергий и
материалов приведены в справочниках по радиационной безопасности. Если в
справочнике указан μ для широкого пучка фотонов, фактор
накопления учитывать не следует.
Связь между линейным коэффициентом ослабления узкого μ и широкого μшир пучков, а также фактором
накоплены В выражается соотношением:
μшир=(μd-lnB)/d. (1.11)
Если рассматривается ослабление дозы, то соотношение Dшир/Dузк, показывающее во сколько раз увеличивается доза,
создаваемая широким пучком при использовании защитных экранов одинаковой
толщины, носит название лозового фактора накопления ВД
ВД= Dшир/Dузк. (1.12)
Значения дозовых факторов накопления для различных
материалов приводятся в справочниках по радиационной безопасности. В
соответствии с данными для В из таблиц справочников следует, что дозовый фактор
накопления при больших значениях μd существенно превышает 1, т. е. доза,
создаваемая за защитным экраном рассеянным излучением широкого пучка, на много
превышает дозу, создаваемую при тех же условиях излучением узкого пучка.
Указанное важное обстоятельство необходимо учитывать при расчете защитных
экранов от фотонного излучения.
Для защиты от гамма-излучения наиболее часто
применяются следующие материалы: свинец, бетон, сталь, железо, вода и т. д. Для
смотровых систем применяют прозрачные материалы, свинцовое стекло и др.
Рассмотрим физические и экономические характеристики этих материалов.
Свинец (ρ=11340 кг/м3, Z=82). Благодаря высокому коэффициенту фотоэлектрического
поглощения свинец особенно эффективен для защиты от мягкого гамма-излучения.
Основными недостатками свинца являются его плохие
механические свойства (текучесть и др.) и высокая стоимость.
Сталь (ρ=7500-7900 кг/м3, Z=26). Разные сорта стали обладают
большой прочностью и значительно дешевле свинца, но защита из стали занимает
больший объем, что в некоторых случаях является недостатком.
Бетон (ρ=2300 кг/м3). Защита из бетона
наиболее дешевая, но занимает еще больший объем. Для уменьшения объема защиты
необходимо повысить защитные свойства бетона и для этого в обычный бетон
добавляют вещества с высоким атомным номером (тяжелый бетон). Коэффициент
ослабления гамма-излучения такого бетона увеличится пропорционально изменению
плотности.
Вольфрам (ρ=17000-19000 кг/м3, Z=74) является твердым металлом.
Применяется при защите от излучений высокой энергии для изготовления особо
ответственных частей защиты.
Прозрачные защитные материалы. Прозрачные материалы
чаще всего применяют для смотровых систем, и поэтому они должны обладать не
только хорошими защитными, но и высокими оптическими свойствами.
Хорошо удовлетворяют таким требованиям следующие
материалы: свинцовое стекло, известковое стекло, стекло с жидким наполнителем
(бромистый цинк и хлористый цинк).
Находит применение в качестве защитного материала от
гамма-лучей также свинцовая резина.
Характеристика защитных материалов и опыт работы с
источниками излучений позволяют наметить преимущественные области использования
того или иного защитного материала. Металл чаще всего применяют для сооружения
передвижных защитных устройств, а строительные материалы (бетон, кирпич и др.)
- для сооружения стационарных защитных устройств.
Пример 1. Работа производится с источником Со-60. Обосновать
выбор материала для стационарного защитного экрана, необходимого для ослабления
мощности дозы с Р0=200 мкр/с до значения Р=2,5 мкр/с; Еγ=1,25
МэВ.
Решение. Определим кратность ослабления мощности дозы
По
универсальным таблицам определим толщину защитного экрана для различных
материалов при К=80 и Еγ=1,25
МэВ [7].
Определим
вес 1 м2 защитного экрана (ρх) и
относительный вес защитных экранов (ρх/ρхрв).
Все
расчетные данные сведем в таблицу 1.6.
Таблица
1.6 - Расчетные данные (широкий пучок)
|
Материалы
|
Толщина защиты х, м
|
Плотность материала, кг/м3
|
Вес 1 м2 защиты ρ·х, кг/м2
|
Относительный вес защиты (ρх/ρхрв)
|
|
Свинец
|
0,080
|
11340
|
907,2
|
1,00
|
|
Железо
|
0,155
|
7890
|
1223,0
|
1,35
|
|
Бетон
|
0,534
|
2300
|
1228,2
|
1,35
|
Из таблицы видно, что применение железа или бетона
увеличивает вес защитного экрана на 30% по сравнению с экраном из свинца.
Габариты экрана из бетона будут в 3,5 раза больше, чем из железа. Но учитывая,
что это защитное устройство стационарное и габариты не имеют большого значения,
выгодно применить бетон. Стоимость такого экрана значительно дешевле.
Пример 2. Работа производится с источником Сs-137. Обосновать выбор материала
передвижного экрана, необходимого для ослабления мощности с Р0=200 мкр/с до
значения Р=2,5 мкр/с; Еγ=0,661 МэВ.
Решение. Определим кратность ослабления
По
универсальным таблицам определим толщину защитного экрана для различных
материалов при К=80 и Еγ=0,661
МэВ [7].
Определим
вес 1 м2 защитного экрана (ρх) и
относительный вес защитных экранов (ρх/ρхрв). Все расчетные данные сведем в таблицу 1.7.
Таблица
1.7 - Расчетные данные (широкий пучок)
|
МатериалыТолщина защиты х,
мПлотность материала, кг/м3Вес 1 м2 защиты ρ·х, кг/м2Относительный вес защиты (ρх/ρхрв)
|
|
|
|
|
|
Свинец
|
0,040
|
11340
|
453,6
|
1,00
|
|
Железо
|
0,112
|
7890
|
883,7
|
1,95
|
|
Бетон
|
0,420
|
2300
|
966,0
|
2,12
|
Из данных таблицы следует, что вес защиты
увеличивается почти в два раза при применении железа или бетона (по сравнению с
защитой из свинца). Поэтому в этом случае целесообразнее защиту сделать из
свинца.
Расчеты, приведенные в этих примерах, показывают, что
замена свинца строительными материалами при защите от мягкого гамма-излучения
нецелесообразна, так как при этом значительно возрастают габариты и вес
защитного сооружения. При сооружении защитных ограждений иногда необходимо
заменить свинец полностью или частично другими материалами (бетон, чугун, сталь
и т. д.).
.1.4 Нейтронное излучение
Нейтрон (англ. neutron, от лат. neuter - ни тот, ни другой) (n),
нейтральная элементарная частица со спином 1/2 и массой, превышающей массу
протона на 2,5 электронных масс; относится к барионам. В свободном состоянии
нейтрон нестабилен и имеет время жизни около 16 минут. Вместе с протонами
нейтрон образуют атомные ядра.
Не имея электрического заряда, нейтрон не
взаимодействует с электрическим полем заряженных частиц и ядер атомов и может
пройти значительное расстояние в поглощающем веществе до столкновения с ядром,
т.е. при прохождении через поглощающее вещество нейтроны взаимодействуют только
с ядрами атомов.
Нейтроны обладают весьма широким диапазоном энергий -
от долей до десятков миллионов электрон-вольт. На практике условно принято
следующее разбиение нейтронов по энергиям:
• медленные, Е<1 кэВ. В эту группу входят
ультрахолодные
(Е<10-7 эВ), холодные (10-7<Е<5·10-3эВ),
тепловые (5·10-3<Е<0,2 эВ), надтепловые (0,2 эВ < Е < 1 кэВ),
• промежуточные, 1 кэВ < Е < 0.2 МэВ,
• быстрые, 0,2 < Е < 20 МэВ,
• сверхбыстрые, Е > 20 МэВ.
Тепловые нейтроны находятся в термодинамическом
равновесии с атомами среды, в которой они распространены. Наиболее вероятная
скорость движения тепловых нейтронов при температуре 295 К (22 °С) составляет
2200 м/с, а соответствующая ей энергия - 0,025 эВ.
В поле ядра атома нейтроны в зависимости от их энергии
могут испытывать различные типы взаимодействия: упругое и неупругое рассеяния,
радиационный захват с испусканием фотона, захват с испусканием заряженной
частицы и деление ядер.
Вероятность того или другого процесса различна и
зависит от энергии нейтронов и вещества, через которое проходят нейтроны.
Тепловые и медленные нейтроны в основном захватываются
ядрами вещества. Нейтроны с энергией до 0,5 МэВ теряют энергию в результате
упругих соударений с ядрами. При этом максимальная потеря энергии будет при
столкновении нейтронов с ядрами атомов водорода, так как массы нейтрона и ядра
водорода (протона) примерно равны.
Нейтроны с энергией выше 0,5 МэВ, кроме упругих соударений,
могут испытывать и неупругие, при которых ядро возбуждается и затем энергия
возбуждения выделяется в виде гамма- или другого вида излучений.
Вероятность процесса неупругих соударений возрастает с
увеличением энергии нейтрона и массы рассеивающего ядра. В среде с легкими
ядрами роль неупругого соударения незначительна. В процессе упругих и неупругих
соударений энергия нейтронов уменьшается до тех пор, пока они не придут в
тепловое равновесие.
Упругое рассеяние [8]. В этом виде взаимодействия
нейтрон рассеивается ядром, изменяет направление движения, теряя часть своей
энергии. Так как при упругом рассеянии полная кинетическая энергия системы
нейтрон-ядро остается неизменной, то существует простая связь между энергией,
переданной ядру, и углом рассеяния:
Еs/Е0 =
(А2 - 2·А· ω + 1)/(А+1)2, (1.13)
где Е0 и Es - энергии до и после рассеяния соответственно, ω - косинус угла рассеяния в системе
центра масс, А - атомная масса рассеивающего ядра.
Упругое рассеяние играет большую роль в ослаблении
потока быстрых нейтронов. Наиболее эффективное ослабление на единицу массы
наблюдается в водородосодержащих средах. Так как массы протона и нейтрона
практически одинаковы, то при столкновении с ядром водорода, нейтрон в среднем
теряет половину своей энергии, при рассеянии на ядрах углерода - примерно 14-17
%. Поэтому в качестве замедлителей нейтронов лучше всею использовать
водородосодержащие или легкие вещества - обычную или тяжелую воду, парафин,
полиэтилен, углерод. В процессе упругого рассеяния энергия нейтрона постепенно
уменьшается и приближается к энергии теплового движения атомов и молекул среды,
равной примерно 0,025 эВ, т.е. такие нейтроны становятся тепловыми. Чтобы
нейтрон с первоначальной энергией 1 МэВ стал тепловым, число столкновений с
ядрами водорода должно быть n =
25. В углероде энергия достигает 0,025 эВ после 100 столкновений, а при
взаимодействии с ядрами урана - после 2100 столкновений. Этот процесс
завершается примерно через 106 секунд.
Тепловой нейтрон будет блуждать в веществе до тех пор,
пока не будет захвачен одним из ядер атомов поглощающей среды, в результате
чего произойдет следующая реакция
(1.14)
т.е. образуется изотоп исходного элемента, а
избыточная энергия, полученная ядром вследствие такой перестройки, испускается
в виде γ-кванта. Этот тип взаимодействия
называется радиационным захватом с испусканием фотона. В ядерных реакторах, где
создаются мощные потоки тепловых нейтронов, ядерная реакция указанного типа
используется для получения искусственных радионуклидов. Можно считать, что в
других веществах нейтроны с энергией приблизительно до 1 МэВ преимущественно
испытывают упругое рассеяние.
Не только тепловые, но и быстрые нейтроны могут быть
захвачены ядрами атомов. В результате произойдет ядерная реакция с вылетом α-частицы, протона и т.д. и образуется
ядро другого элемента:
. (1.15)
Этот тип взаимодействия называется радиационным
захватом с испусканием заряженной частицы.
Неупругое рассеяние [8]. При захвате нейтрона ядром
может произойти ядерная реакция, в процессе которой образуется ядро исходного
нуклида, но при этом энергия испущенного нейтрона меньше энергии захваченного:
. (1.16)
В этом случае произойдет процесс неупругого рассеяния,
поскольку суммарная энергия системы нейтрон-ядро до взаимодействия не равна
энергии системы после взаимодействия. Неупругое рассеяние нейтронов имеет пороговый
характер. Оно может произойти лишь в том случае, если энергия падающего
нейтрона E0 превысит энергию Е* первого
возбужденного состояния ядра-мишени. После неупругого рассеяния ядро-мишень
остается в возбужденном состоянии, а энергия нейтрона равна Е0-Е*. Энергия
возбужденного ядра-мишени снимается путем испускания одного или нескольких
фотонов, спектр которых определяется структурой энергетических уровней
возбужденного ядра.
Неупругое рассеяние нейтронов существенно лишь для
тяжелых ядер. Если энергия нейтронов становится ниже порога неупругого
рассеяния, то из-за очень слабого замедления он может пройти в тяжелых
материалах большое расстояние. Для ослабления таких нейтронов необходимо
вводить в защиту вещества с легкими ядрами, эффективно ослабляющие нейтронный
поток вследствие упругого рассеяния.
Фотонное излучение, возникающее при радиационном
захвате, имеет весьма высокую энергию (6-8 МэВ) и часто играет определяющую
роль в формировании поля излучения за защитой. Это следует учитывать при выборе
конструкционных материалов для проектирования защиты. Радиационный захват с
испусканием α-частиц, протонов и т. д., такие реакции зависят от энергии
нейтрона и становятся возможными в том случае, когда быстрый (с энергией больше
1 МэВ) нейтрон передаст α-частице или протону энергию, достаточную для
преодоления потенциального барьера.
Таким образом, защита должна иметь в своем составе
водород или другое легкое вещество для замедления быстрых и промежуточных
нейтронов при упругом рассеянии, тяжелые элементы с большой атомной массой для
замедления быстрых нейтронов в процессе неупругого рассеяния и ослабления от
захватного γ-излучения, элементы с высоким эффективным сечением Σа поглощения тепловых нейтронов.
Во многих случаях приходится обеспечивать защиту от
смешанного излучения, состоящего из нейтронов и фотонов в широком диапазоне
энергий. Таким примером может служить ядерный реактор [9].
Известно, что тяжелые материалы хорошо ослабляют
быстрые нейтроны и γ-излучение, но плохо - промежуточные нейтроны, которые
эффективней ослабятся водородсодержащими веществами. Поэтому следует искать
такую комбинацию тяжелых и водородсодержащих веществ, которые давали бы
наибольшую эффективность. Характеристики наиболее благоприятных двойных
комбинаций таких материалов (без учета экономических и конструкционных
соображений) приведены в таблице 1.8, в которой длина релаксации мощности дозы Lб - для быстрых нейтронов (с энергией
Еn>0,2 МэВ); Lп - для промежуточных нейтронов (0,4 эВ < Еn < 0,2 МэВ); Lт - для тепловых нейтронов (Еn<0,4 эВ); Lγ - для γ-излучения (Еγ≈6,0 МэВ); L -
для (n-γ)-излучения.
Таблица 1.8 - Оптимальная комбинация защитных
материалов [9]
|
Комбинация материалов
|
V*, %
|
Плотность, кг/м3
|
Длина релаксации мощности
дозы, м·10-2
|
|
|
|
Lб
|
Lп
|
Lт
|
Lγ
|
L
|
|
Со; Н2О
|
60
|
5700
|
6,8
|
6,8
|
2,0
|
5,1
|
6,8
|
|
Pd; H2О
|
60
|
7700
|
6,9
|
6,9
|
2,0
|
3,7
|
6,9
|
|
Fe; H2О
|
61
|
5100
|
7,0
|
7,0
|
2,0
|
6,8
|
7,0
|
|
Pb; полиэтилен
|
21
|
3100
|
8,7
|
2,9
|
4,0
|
8,7
|
8,7
|
|
Тяжелый бетон
|
100
|
3800
|
9,0
|
6,0
|
2,0
|
9,0
|
9,0
|
|
Pb; Н2О
|
71
|
8400
|
9,6
|
9,6
|
4,0
|
3,4
|
9,6
|
|
Обычный бетон
|
100
|
2300
|
12,0
|
6,0
|
3,0
|
17,0
|
17,0
|
|
H2O
|
100
|
1000
|
10,0
|
2,6
|
2,8
|
39,0
|
39,0
|
Примечание
* V -
объемная доля тяжелой компоненты.
Из таблицы видно, что сочетание свинца и полиэтилена
дает оптимальное соотношение мысы и защитных свойств материала.
.2 Защитный материал
Используемые в настоящее время контейнеры для
длительного хранения, перевозки и захоронения радиоактивных отходов могут быть
однослойными и многослойными. В качестве материалов используются бетон,
полимеры, стальной прокат, нержавеющая сталь и другие материалы в различных сочетаниях.
Лидирующую позицию занимают железобетонные контейнеры. Масса таких контейнеров
- не менее 4000 кг.
К тому же при помещении в такой контейнер
взрывозащитной капсулы его габариты и масса существенно увеличатся, что
повлечет к перерасходу материала.
Поэтому предлагается использовать в качестве защиты от
ионизирующих излучений материал, в состав которого будет входить свинец и
полиэтилен с целью снижения массы конструкции. Применение чистого свинца
оказывается нецелесообразным из-за его значительной текучести под влиянием даже
собственного веса защитной кладки.
В качестве материала можно было бы использовать
полиэтилен наполненный частицами свинца, но возникают трудности в технологии
изготовления такого материала. При введении в расплав полиэтилена свинцового
ворошка происходит химическая реакция с выделением газообразных продуктов,
которые вспенивают материал, тем самым ухудшая качество материала и его
эксплуатационные свойства.
Применение в качестве защитного материала эпоксидную
смолу, модифицированную ультрадисперсным свинцом, наполненную гранулами
полиэтилена можно избежать этих проблем.
(К тому же температура переработки такого материала
снизится от температуры плавления полиэтилена Тпл.пэ=.130 ºС до температуры размягчения смолы
Т=55-60 ºС). Использование эпоксидной смолу
способствует улучшению физико-механичеких характеристик материала, при этом его
показатели радиационной стойкости не снизятся, как видно из таблицы 1.9.
Таблица 1.9 - Средняя радиационная стойкость для
полиэтилена и эпоксидной смолы
|
Материал
|
Допустимый поток нейтронов,
нейтрон/см2
|
Допустимая экспозиционная
доза γ-излучения, р
|
|
Эпоксидное связующее
|
107
|
5·108
|
|
Полиэтилен
|
107
|
108
|
При анализе множества вариантов компоновки элементов
радиационной защиты с учетом массовых характеристик и свойств её компонентов
было принято решение остановиться на применении мелкодисперсного свинца в
качестве поглотителя жесткого электромагнитного излучения. Из имеющихся в
литературе данных взаимодействие гамма-излучения с мелкодисперсным поглотителем
происходит иначе, нежели со сплошным поглотителем той же природы. При этом
отмечалось увеличение коэффициента поглощения до 25-30 % [12].
Для соединения мелкодисперсного свинца и полиэтилена
была разработана технология получения литьевого композиционного материала, в
котором содержание дисперсной фазы свинца определялось не только его массовой
долей но и наличием эпоксидной связки.
.2.1 Испытания на радиационную стойкость
Были проведены испытания на радиационную стойкость такого композиционного
материала. Было отработано три типа материала (К1, К2 и К3) из которых
изготовлены образцы различной толщины для натурных испытаний. В таблице 1.10
приведены компонентные составы этих типов материалов.
Таблица 1.10 - Компонентные составы материалов по массе, %
|
Тип материала
|
К1
|
К2
|
К3
|
|
Полиэтилен
|
9,25
|
5,82
|
7,66
|
|
Свинец
|
81,67
|
88,47
|
81,08
|
|
Смола
|
9,07
|
5,71
|
11,26
|
Расчеты проводились для гамма-излучения источника Со-60 активностью 10
ГБк, располагающегося либо в геометрическом центре контейнера, либо после
подрыва заряда распределенного по его внутренней поверхности. С учетом толщины
стенки контейнера (до 15 мм стали) снижение уровня радиационного воздействия на
расстоянии 1 м от контейнера до предельно допустимых значений происходит при
толщине защитного свинцового экрана от 15 мм. При этом кратность ослабления
излучения равнялась 1,22.
Для нейтронного излучения от источника Cf-252 с заданной активностью 10
МБк (при тех же условиях его расположения в контейнере) было установлено, что
защита из чистого полиэтилена высокого давления толщиной от 20 мм снижает
уровень нейтронного потока (быстрые нейтроны) до допустимого санитарными
правилами уровня. При этом кратность ослабления нейтронного излучения
составляла 1,17. Компенсация вторичного гамма-излучения при взаимодействии быстрых
нейтронов с полиэтиленом происходит в слое свинца толщиной 15 мм. Это позволило
скомпоновать следующую схему радиационной защиты: 15 мм сталь корпуса
контейнера, 20 мм полиэтилена высокого давления (ПВД), 15 мм свинца. Такая
защита обеспечивает соблюдение требований НРБ-99 для категории работников
группы А.
Результаты экспериментальной оценки кратности
ослабления мощности экспозиционной дозы (МЭД) гамма-излучения образцами
представлены в таблице 1.10. Для сравнения также приведены данные для 1 см
свинца и образца «сталь» (последний столбец таблицы).
Таблица 1.10 - Оценка кратности ослабления мощности экспозиционной дозы
(МЭД) гамма-излучения источника Со-60 различными образцами
|
открытый источник
|
К1 + «сталь»
|
К2 + «сталь»
|
К3 + «сталь»
|
«полиэтилен» + «сталь»
|
Свинец (1см) + «сталь»
|
|
МЭД, мкЗв/час
|
3,20
|
2,04
|
1,47
|
1,52
|
2,41
|
1,51
|
|
погрешность измерения по
прибору, %
|
7
|
12
|
15
|
12
|
8
|
10
|
|
Кратность ослабления
|
|
1,57
|
2,18
|
2,11
|
1,33
|
2,12
|
Максимальное значение кратности ослабления гамма
излучения данной энергии (2,18) зафиксировано для образца К2+«сталь». Это почти
эквивалентно применению защиты 1 см свинца и стали (2,12).
Результаты экспериментальной оценки кратности ослабления плотности потока
нейтронного излучения образцами представлены в таблице 1.11. Для сравнения также
приведены данные для защиты из 8 см полиэтилена (последний столбец таблицы).
Таблица 1.11 - Оценка кратности ослабления плотности потока нейтронного
излучения источника Cf-252 различными образцами
|
Открытый источник
|
K1 + «сталь»
|
K2 + «сталь»
|
K1 + «сталь»
|
«полиэтилен» + «сталь»
|
Полиэтилен (8 см)
|
|
плотность потока
нейтронного излучения, сек-1∙см-2
|
16,20
|
9,90
|
9,14
|
9,12
|
9,55
|
3,60
|
|
погрешность измерения по
прибору, %
|
8
|
10
|
10
|
10
|
10
|
12
|
|
Кратность ослабления
|
|
1,64
|
1,77
|
1,78
|
1,70
|
4,50
|
Результаты представленных экспериментов показали, что наибольшими
значениями кратности ослабления нейтронного потока от источника нейтронов
данной активности (1,77 и 1,78) обладают композиции К2+«сталь» и «К3+сталь».
Таблица 1.12 - Экспериментальные данные для гамма-излучения Со-60 при
толщине защиты типа К2 15 мм и стали
|
Активность
|
129,8 кБк
|
10 ГБк
|
Толщина защиты 15 мм
|
|
Кратность ослабления
|
2,18
|
1,22
|
|
Коэффициент запаса К= 2,18/1,22 = 1,79.
Таблица 1.13 - Для нейтронного излучения Cf-252 при толщине защиты типа
Ф2 15 мм и стали
|
Активность
|
4,5 МБк
|
10 МБк
|
Толщина защиты 15 мм
|
|
Кратность ослабления
|
1,77
|
1,17
|
|
Коэффициент запаса К= 1,77/1,17 = 1,51.
Таким образом, предложенные материалы радиационной защиты полностью
удовлетворяют техническому заданию.
.2.2 Расчет поля облучения на расстояниях менее 1 м от поверхности
спецконтейнера
а) Для источника гамма-излучения Со-60
Зависимость мощности экспозиционной дозы, создаваемой источником Со-60,
расположенном в центре спецконтейнера, на расстоянии менeе 1 метра определяется следующим
соотношением:
Dx =Dr·(r/x)2, (1.17)
где Dx - мощность экспозиционной дозы на
расстоянии х от контейнера; Dr -
мощность экспозиционной дозы на расстоянии r=1 м от контейнера.
Мощность экспозиционной дозы Dr рассчитывается на основании данных отчета 1 имеющегося коэффициента
запаса (K=1,79), определенного по результатам
натурных испытаний образцов защиты. Она составляет 7,04 мР/час. Следовательно,
экспозиционная доза гамма-излучения на расстоянии х (в метрах) от поверхности
контейнера определится по формуле
Dx =
7,04/х2. (1.18)
Время нахождения рабочего категории А в этом месте определится
соотношением:
tx =
12,6·4/Dx. (1.19)
Например, на расстоянии 0,5 м от поверхности контейнера это время
составит tx = 12,6·4/28,16 =1,8 часа.
б) Для источника нейтронов Cf-252
Допустимая плотность потока нейтронов φпдд=18 б.нейтронов/см-2·с-1 для
персонала и коэффициент изотропности ν = 1,6 для нейтронных излучений с
энергией Е0 =6,118 МэВ рассчитывается для времени облучения 1700 ч в год (для
большей части персонала установлены 36-часовая рабочая неделя и 4-6-недельный
отпуск).
Зависимость потока быстрых нейтронов φx от расстояния x до поверхности спецконтейнера менее
1 м определяется следующим соотношением:
φx = φr·(r/x)2, (1.20)
где φr -
поток быстрых нейтронов на расстоянии r=1 м от спецконтейнера.
Это значение потока быстрых нейтронов рассчитывается на основании данных
отчета 1 и данных натурных испытаний образцов биологической защиты,
представленных в п.4, из которых следует, что при рассмотренном типе защиты коэффициент
запаса К=1,51, что снижает плотность потока нейтронов φr до значения 12 б.нейтронов/см-2·с-1.
Следовательно, на расстоянии х от поверхности спецконтейнера поток
быстрых нейтронов будет иметь значение φx = 12/х2 б.нейтронов/см-2·с-1.
Время нахождения рабочего категории А в этом месте определится
соотношением:
tx =
18·4/ φx. (1.21)
Например, на расстоянии 0,5 м от поверхности контейнера это время
составит tx = 18*4/48=1,5 часа.
Таким образом, уравнения (1.19) и (1.21) настоящего отчета используются
для определения времени безопасного нахождения работников категории А на
расстояниях менее 1 м от поверхности спецконтейнера. Приведенные примеры
показывают, что это - реальные значения времени, в течение которых можно
проводить необходимые работы по монтажу контейнера на средства транспортировки.
.3 Выводы
В данной главе дипломного проекта были рассмотрены материалы, традиционно
используемые традиционно для защиты от ионизирующих излучений. Выбраны
материалы обеспечивающие наилучшую защиту от смешанного ионизирующего (n-γ)
излучения (полиэтилен и
свинец).
Сделан вывод о том, чтобы использовать в качестве биологической защиты от
радиации композиционный материал на основе эпоксидной смолы и мелкодисперсного
порошка свинца и гранулированного ПВД в качестве наполнителей.
По результатам исследований такого композиционного материала различных
составов на радиационную стойкость выбран наилучший состав - К2 и оптимальная
толщина материала - 15 мм.
2. Материалы и методики
.1 Материалы
.1.1 Эпоксидная смола
Эпоксидные смолы - олигомерные продукты
поликонденсации эпихлоргидрина с многоатомными фенолами, спиртами, полиаминами,
многоосновными кислотами, а также продукты эпоксидирования соединений,
содержащих не менее двух двойных связей.
Их получают из дифенилолпропана (бисфенола А) и
эпихлоргидрина в присутствии щёлочи. Технологический процесс включает стадии
поликонденсации, осуществляемой при 60-100 °С, промывки водой (для удаления NaCl) и сушки под вакуумом (13,3-26,6
кПа) при 120-140 °С. Молярную массу смолы регулируют соотношением исходных
веществ.
Диановые эпоксидные смолы выпускают в виде вязких
жидкостей жёлтого цвета (молекулярная масса 350-750), растворимых в ацетоне и
толуоле, и твёрдых веществ жёлтого или коричневого цвета (молекулярная масса
800-3500), растворимых в смеси толуола и бутанола.
Эпоксидные смолы - одна из разновидностей
синтетических смол, широко используемых при производстве лакокрасочных
материалов, клеев, компаундов, а также абразивных и фрикционных материалов,
используются как связующие при производстве слоистых пластиков на основе
стеклоткани, таких как стеклотекстолит, трубки, цилиндры стеклотекстолитовые.
Отрасли применения эпоксидных смол включают в себя электротехническую и
радиоэлектронную промышленность, авиа-, судо- и машиностроение, а также в
строительство, где они используются как компонент заливочных и пропиточных
компаундов, клеев, герметиков, связующих для армированных пластиков.
Основное свойство эпоксидных смол - способность к
полимеризации до твердого состояния в присутствии отвердителя. Отвержденные
смолы характеризуются высокой адгезией к металлам, стеклу, бетону и другим
материалам, механической прочностью, тепло-, водо- и химической стойкостью,
хорошими диэлектрическими показателями. Эпоксидные смолы способны отверждаться
в обычных условиях, а также при пониженных (до минус15 °С) или повышенных (от
60 до 80 °С) температурах. В качестве отвердителей используются полиамины,
многоосновные кислоты и их ангидриды, многоатомные фенолы, третичные амины.
Отличительная особенность эпоксидных смол при отверждении - отсутствие
выделения летучих веществ и малая усадка (0,1-3,0 %) [13].
Отверждённые смолы характеризуются высокой адгезией к
металлам, стеклу, бетону и др. материалам, механической прочностью, тепло-,
водо- и химстойкостью, хорошими диэлектрическими показателями. Технологические
и физико-механические свойства композиций на основе Эпоксидные смолы регулируют
в широком диапазоне совмещением смол с различными мономерами, олигомерами и
полимерами, с минеральными и органическими наполнителями. Эпоксидные смолы
используют как основу высокопрочных связующихих, клеев, заливочных и
пропиточных электроизоляционных компаундов, герметиков, лаков, пенопластов.
В СССР промышленностью и опытными заводами институтов
выпускалось около 150 марок эпоксидных смол и около 300 соединений,
использовавшихся в качестве отвердителей, что позволяло создавать сотни тысяч
составов от высокопрочных до резиноподобных для самых разнообразных областей
применений. В настоящее время в России ассортимент выпускаемых смол и
отвердителей уменьшился в десятки раз, однако, в основном сохранилась сырьевая
база для их производства.
Наиболее распространенными и востребованными являются
эпоксидно-диановые смолы, в первую очередь ЭД-20. Эпоксидная смола данной марки
занимает лидирующее место по объемам производства и потребления. Также в
значительном количестве выпускаются смолы марок ЭД-16 и Э-40 [13].
Ниже приведены характеристики эпоксидной смолы ЭД-22,
которая использовалась в качестве связующего при изготовлении образцов для
испытаний на прочность.
Смола эпоксидно-диановая неотвержденная (ОКП 22 2511,
ГОСТ 10587-84) представляет собой
растворимый и плавкий реакционно-способный олигомерный продукт на основе
эпихлоргидрина и дифенилолпропана.
.1 Физико-механические показатели эпоксидно-диановой
смолы ЭД - 22
|
Наименование показателя
|
Высший сорт ОКП 22 2511
0101
|
Первый сорт ОКП 22 2511
0102
|
|
1. Внешний вид
|
Низковязкая прозрачная
|
|
2. Цвет по
железокобальтовой шкале, не более
|
3
|
5
|
|
3. Массовая доля эпоксидных
групп, %
|
22,1-23,6
|
22,1-23,6
|
|
4. Массовая доля иона
хлора, %, не более
|
0,001
|
0,003
|
|
5. Массовая доля омыляемого
хлора, %, не более
|
0,5
|
|
6. Массовая доля
гидроксильных групп, %, не более
|
1,0
|
-
|
|
7. Массовая доля летучих
веществ, %, не более
|
0,1
|
0,4
|
|
8. Динамическая вязкость,
Па·с, при: (25±0,1) °С
|
8-12
|
7-12
|
|
9. Время желатинизации, ч,
не менее
|
18,0
|
9,0
|
.1.2 Полиэтилен (ПЭ)
Полиэтилен - термопластичный насыщенный полимерный
углеводород, молекулы которого состоят из этиленовых звеньев, имеющих
конформацию плоского зигзага с периодом идентичности 0,254 нм, соответствующим
повторяющемуся расстоянию в углеродной цепи. Соседние молекулы находятся на
расстоянии 0,43 нм друг от друга.
В зависимости от метода получения свойства ПЭ -
непрозрачного в толстом слое полимера, без запаха и вкуса - заметно изменяются
, особенно это проявляется в плотности, температуре плавления, твердости,
жесткости и прочности. Эти показатели возрастают в ряду: ПЭВД < ПЭНД <
ПЭСД.
Основной причиной, вызывающей различия в свойствах ПЭ,
является разветвленность макромолекул: чем больше разветвлений в цепи, тем выше
эластичность и меньше кристалличность полимера. Разветвления затрудняют более
плотную упаковку макромолекул и препятствуют достижению степени кристалличности
100%; наряду с кристаллической фазой всегда имеется аморфная, содержащая
недостаточно упорядоченные участки макромолекул. Соотношение этих фаз зависит
от способа получения ПЭ и условий его кристаллизации. Оно определяет и свойства
полимера.
ПЭ не смачивается водой и другими полярными
жидкостями, при комнатной температуре он не растворяется в органических
растворителях. Лишь при повышении температуры (70 °С и выше) он сначала
набухает, а затем растворяется в ароматических и хлорированных углеводородах.
Лучшими растворителями являются - ксилол, декалин, тетралин. При охлаждении
растворов ПЭ выпадает в виде порошка [5].
Масла, жиры, керосин и другие нефтяные углеводороды
практически не действуют на ПЭ; полимер высокой плотности проявляет к ним
большую стойкость, чем полимер низкой плотности.
ПЭ устойчив к действию водных растворов кислот,
щелочей и солей, но при температурах выше 60 °С серная и азотная кислоты быстро
его разрушают.
Кратковременная обработка ПЭ окислителем (например,
хромовой смесью) приводит к окислению поверхности и смачиванию ее водой,
полярными жидкостями и клеями. В этом случае изделия из ПЭ можно склеивать. Без
изменения полярности его поверхности ПЭ только сваривается с помощью горячего
воздуха (азота).
Окисление ПЭ кислородом воздуха, под влиянием
нагревания и воздействия солнечного света приводящее к ухудшению
физико-механических и диэлектрических свойств, в значительной степени
предотвращается введением стабилизаторов.
В виде пленок ПЭ проницаем для многих газов (Н2, С02,
N2, СО, СН4, С2Н6), но практически непроницаем для паров воды и полярных
жидкостей. Проницаемость ПЭНП в 5-10 раз выше проницаемости ПЭВП.
Механические показатели ПЭ возрастают с увеличением
плотности (степени кристалличности) и молекулярной массы. В виде тонких пленок
толщиной 40-100 мкм ПЭ (особенно полимер низкой плотности) обладает большой
гибкостью и некоторой прозрачностью, а в виде листов приобретает большую
жесткость и непрозрачность. ПЭ устойчив к ударным нагрузкам. Он эксплуатируется
в пределах температур от -80 °С до +60 °С (ПЭНП) и до 100°С (ПЭВП). Вязкость
расплава ПЭНП выше, чем ПЭВП, поэтому он перерабатывается в изделия легче.
Основные свойства полиэтилена приведены в таблице 2.2.
Таблица 2.2 - Основные свойства ПЭ [5]
|
Свойства
|
ПЭВП
|
ПЭНД
|
ПЭСД
|
|
Плотность, кг/м3
|
918-935
|
945-955
|
960-970
|
|
Температура плавления, ºС
|
105-115
|
130-135
|
130-135
|
|
Температура размягчения, ºС
|
60-65
|
80-90
|
80-100
|
|
Молекулярная масса
промышленных марок, 10-4
|
2-5
|
7-35
|
4-7
|
|
Модуль упругости при
изгибе, МПа
|
80-260
|
1000-1200
|
1070-1100
|
|
Разрушающее напряжение, МПа
при: растяжении
|
10-16
|
22-32
|
25-38
|
|
изгибе
|
12-17
|
20-35
|
25-40
|
|
Относительное удлинение, %
|
150-600
|
400-800
|
200-800
|
|
Ударная вязкость, кДж/м2
|
Образец не ломается
|
|
Твердость по Бринеллю, МПа
|
15-25
|
45-60
|
55-60
|
|
Удельная теплоемкость,
кДж/(кг·К)
|
2,1-2,8
|
2,3-2,7
|
2,3-2,7
|
|
Коэффициент
температуропроводности, Вт/(м·К)
|
0,20-0,30
|
0,27
|
0,27
|
|
Коэффициент линейного
расширения, 104·К-1
|
2,2-2,5
|
2,0
|
2,0
|
|
Показатель текучести
расплава, г/10 мин
|
0,2-20,0
|
0,1-15,0
|
0,2-10,0
|
ПЭ обладает небольшой теплопроводностью и большим
коэффициентом термического расширения.
По электрическим свойствам ПЭ, как неполярный полимер,
относится к высококачественным высокочастотным диэлектрикам. Диэлектрическая
проницаемость и тангенс угла диэлектрических потерь мало изменяются с
изменением частоты электрического поля, температуры в пределах от минус 80 °С
до 100 °С и влажности. Остатки катализатора в ПЭВП повышают тангенс угла
диэлектрических потерь, особенно при изменении температуры, что приводит к
некоторому ухудшению изоляционных свойств.
Полиэтилен, наряду с широким комплексом положительных
свойств, обладает и рядом недостатков. К ним относится в первую очередь уже
ранее отмеченное старение при действии солнечного света, ползучесть (развитие
деформации при длительном действии статических нагрузок), образование трещин в
изделиях, находящихся длительное время в напряженном состоянии, невысокая
рабочая температура, недостаточная механическая прочность и в ряде случаев
химическая стойкость, горючесть, непрозрачность.
Ползучесть приводит к тому, что при конструировании
изделий, подвергающихся длительному действию нагрузок, оперируют не разрушающим
напряжением при растяжении, а пределом длительной прочности, который в
несколько раз ниже и равен 2,5 МПа для ПЭНП и 0,5 МПа для ПЭВП [5].
Образование трещин в изделиях определяется
действующими напряжениями, температурой и средой. Активно воздействуют на ПЭ
растворы моющих средств и полярные жидкости. ПЭНП более устойчив к
растрескиванию, чем ПЭВП.
Комплекс физико-механических, химических и
диэлектрических свойств ПЭ позволяет широко применять его во многих отраслях
промышленности (кабельной, радиотехнической, химической, легкой, медицине и
др.).
Для изготовления образцов был использован полиэтилен
высокого давления 15003-002, сорт 1, ГОСТ 16337-77. В таблице 2.3 приведены его
характеристики.
Таблица 2.3 - Свойства полиэтилена высокого давления
15003-002, сорт 1, ГОСТ 16337-77 [6]
|
1. Плотность, г/см3
|
0,9190 ± 0,0015
|
|
2. Насыпная плотность,
г/см3
|
0,5-0,6
|
|
3. Температура плавления,
°С
|
103-110
|
|
4. Показатель текучести расплава
(номинальное значение) с допуском, %, г/10 мин
|
0,2 ±30
|
|
5. Разброс показателей
текучести расплава в пределах партии, %, не более
|
±12
|
|
6. Количество включений,
шт., не более
|
8
|
|
7. Массовая доля
экстрагируемых веществ, %, не более
|
0,4
|
|
8. Прочность при разрыве,
Па , не менее
|
142·105
|
|
9. Предел текучести при
растяжении, Па, не менее
|
98·105
|
|
10. Относительное удлинение
при разрыве, %, не менее
|
600
|
|
11. Разрушающее напряжение
при изгибе, Па
|
(117,6-196,07)·105
|
|
12. Твердость по
вдавливанию шарика под заданной нагрузкой, Па
|
(1,66-2,25)· 105
|
|
13. Предел прочности при
срезе, Па
|
(137,2-166,6)·105
|
|
Продолжение таблицы 2.3
|
|
14. Модуль упругости
(секущий), Па
|
(882,3-1274,5)·105
|
|
15. Усадка при литье, %
|
1,0-3,5
|
|
16. Стойкость к
растрескиванию, ч, не менее
|
500
|
|
17. Водопоглощение за 30
сут, %
|
0,020
|
|
18. Удельное объемное
электрическое сопротивление, Ом·см
|
1·1016-1·1017
|
|
19. Удельное поверхностное
электрическое сопротивление, Ом
|
1015
|
|
20. Температура хрупкости,
°С, не выше
|
Минус 120
|
|
21. Тангенс угла
диэлектрических потерь при частоте 1010 Гц
|
0,0002-0,0005
|
|
22. Диэлектрическая
проницаемость при частоте 1010 Гц
|
2,25-2,31
|
.1.3 Свинец
Свинец - это элемент главной подгруппы четвёртой
группы, шестого периода периодической системы химических элементов Д. И.
Менделеева, с атомным номером 82. Обозначается символом Рb (лат. Plumbum).
Свинец имеет синеватый цвет и металлический блеск, что
легко видеть на свежем разрезе свинца, но такой вид сохраняется очень недолго,
так как под влиянием кислорода воздуха поверхность свинца покрывается тонким
слоем окислов. Свинец очень мягок (однако, тверже калия и натрия); он оставляет
черту на бумаге, легко вальцуется и вытягивается; присутствие в нем других
металлов, даже в небольших количествах, сильно изменяет его твердость. Свинец
кристаллизуется в формах правильной системы - в виде октаэдров.
Плотность 11340 кг/м3 (20°С); tпл=327,4 °С; tкип=1725
°С; удельная теплоёмкость при 20°С - 0,128 кДж/(кг·К); теплопроводность - 33,5
Вт/(м·К); температурный коэффициент линейного расширения 29,1·10-6 К-1 при
комнатной температуре; твёрдость по Бринеллю 25-40 МПа; предел прочности при
растяжении 12-13 МПа, при сжатии около 50 МПа; относительное
удлинение при разрыве 50-70 %. Наклёп не повышает
механических свойств свинца, т. к. температура его рекристаллизации лежит ниже
комнатной (около минус 35 °С при степени деформации 40 % и выше). Свинец
диамагнитен. При 7,18 К становится сверхпроводником [15].
Для изготовления образцов использовался свинцовый
порошок ПСА ТУ 9211-001-02.
Порошок свинца получают распылением расплава свинца
марки С2 ГОСТ 3778-77. Химический состав свинцового порошка приведен в таблице
2.4. Гранулометрический состав - в таблице 2.5.
Таблица 2.4 - Химический состав свинцового порошка
|
Массовая доля свинца, %, не
менее
|
99,7000
|
|
Массовая доля примесей, %,
не более:
|
|
|
Fe
|
0,0010
|
|
Си
|
0,0010
|
|
Sb
|
0,0005
|
|
As
|
0,0005
|
|
Bl
|
0,0050
|
|
О
|
0,2000
|
|
Прокаленный остаток после
обработки порошка азотной кислотой
|
0,0100
|
Таблица 2.5 - Гранулометрический состав свинцового
порошка
|
Марка
|
Насыпная плотность, кг/м3
|
Относительная доля частиц
по размерам, %
|
|
|
до 0,045 мм
|
до 0,071 мм
|
до 0,250 мм
|
|
ПСА
|
5000-6000
|
75-90
|
9-25
|
до 1
|
2.2 Методы исследования
В ходе дипломного проекта были проведены исследования прочностных
характеристик материала, предложенного в качестве защиты от смешанного
ионизирующего (n-γ)
излучения. Для чего были
изготовлены образцы из данного материала и испытаны на испытательной машине Instron (рисунок 2.1). Процесс установки
параметров испытаний и работа системы управляются программно.
Рисунок 2.1 - Испытательная машина Instron модель 3369
Были проведены испытания на растяжение по ГОСТ 11262-80, сжатие по ГОСТ
4651-82 и статический изгиб по ГОСТ 4648-71. Также были проведены испытания на
ударную вязкость по Шарпи на маятниковом копре по ГОСТ 4647-80.
Длина образцов для испытаний на растяжение L = 150 мм, толщина h=10 мм; тип образцов - 1; скорость нагружения образцов v=2,5 мм/мин.
Длина образцов для испытаний на статический изгиб L=200 мм, ширина b=20 мм, толщина h=10 мм, скорость нагружения v=3,5 мм/мин.
Размер
образцов на сжатие 10
1015 мм,
скорость нагружения v=0,45 мм/мин.
Длина
образцов для испытаний на ударную вязкость L=120 мм, ширина
b=10 мм, толщина h= 10мм.
На
рисунке 2.2 представлены образцы для испытаний на растяжение, изгиб и ударную
вязкость.
Рисунок 2.2 - Образцы для испытаний на: а) растяжение, б) ударную
вязкость, в) статический изгиб.
Толщина образцов максимально приближена к толщине будущего изделия (15
мм) для того, чтобы приблизить испытания к натурным.
.3 Выводы
В данной главе были рассмотрены материалы, использованные для изготовления
образцов для испытаний. Были указаны их основные свойства и характеристики.
Также приведены стандарты, по которым проводились испытания, и
оборудование. Указаны размеры образцов.
3. Исследование механических свойств КМ
.1 Результаты испытаний
Поскольку испытательная система работает под управлением программы фирмы
Instron - «Bluehill», результаты испытаний были получены
в электронном виде (таблица 3.1).
Таблица 3.1 - Результаты испытаний
|
Характеристика
|
Номер образца
|
|
Испытание на растяжение
|
|
Модуль Юнга, МПа
|
1695,06
|
1505,93
|
1537,06
|
|
Относительное удлинение при
максимальной нагрузке, %
|
0,47
|
1,14
|
1,18
|
|
Напряжение при максимальной
нагрузке, МПа
|
3,80
|
5,51
|
5,50
|
|
Относительное удлинение при
разрыве, %
|
0,47
|
1,15
|
1,19
|
|
Разрушающее напряжение при
разрыве, МПа
|
1,86
|
2,58
|
2,54
|
|
Испытание на статический
изгиб
|
|
Изгибающее напряжение в
момент разрушения, МПа
|
0,14
|
0,10
|
0,10
|
|
Изгибающее напряжение при
максимальной нагрузке, МПа
|
14,54
|
11,56
|
12,51
|
|
Модуль упругости при
изгибе, МПа
|
2272,14
|
1949,95
|
2575,53
|
|
Максимальный прогиб при
разрушении, м
|
0,0000
|
0,0001
|
0,0000
|
|
Испытание на сжатие
|
|
Модуль Юнга, МПа
|
196,60427
|
18,04180
|
30,460
|
|
Максимальное напряжение при
сжатии, МПа
|
112,73709
|
18,32343
|
30,519
|
|
Максимальная деформация при
сжатии, %
|
154,26843
|
20,95061
|
30,699
|
|
Испытание на ударную
вязкость
|
|
Угол подъема маятника после
удара, град
|
60
|
60
|
64
|
Графики испытаний приведены на рисунках 3.1-3.3.
Рисунок 3.1 - Зависимость напряжений от деформации в образцах при сжатии.
Рисунок 3.2 - Зависимость напряжений от деформации в образцах при изгибе
Рисунок 3.3 - Зависимость напряжений от деформации в образцах при
растяжении
На рисунке 3.3 видно, что прочность первого образца оказалась почти в 2
раза меньшей остальных. Это можно объяснить фактором распределения гранул
полиэтилена в образцах. Их неравномерное распределение снижает прочность
материала. Скопление гранул полиэтилена является областью наименьшей прочности
из-за слабой адгезии полиэтилена.
.2 Статистическая обработка данных
Среднее
значение определяемого показателя (
)
определяют по формуле
(3.1)
где
- отдельное значение определяемого показателя 
; 
-
количество отдельных значений определяемых показателей, входящих в расчёт.
Среднее
значение определяемого показателя (
)
вычисляют как среднее арифметическое или как среднее логарифмическое в
соответствии с требованиями стандарта на методы испытаний.
Если
испытанию подвергались образцы, изготовляемые из изделий или полуфабрикатов,
при расчёте средней определяемой величины используют все полученные результаты.
В тех случаях, когда испытания проводят на образцах, изготовленных не из
готовых изделий или полуфабрикатов, при расчёте среднего значения (
) либо используют все данные, либо предварительно
определяют возможность принятия в расчёт всех полученных данных.
Величину
стандартного отклонения отдельных значений (
)
вычисляют по формуле.
(3.2)
где
- отдельное значение определяемого показателя ; - среднее
значение определяемого показателя 
; 
- количество отдельных значений определяемых
показателей, входящих в расчёт.
Величину
стандартного отклонения среднего значения (
)
вычисляют по формуле.
(3.3)
Границы
доверительного интервала, в которых заключено искомое значение показателя 
, определяют по формуле.
для нижней границы 
(3.4)
для верхней границы 
где
- вероятное отклонение искомого показателя 
от полученного среднего значения .
вычисляют
по формуле:.
(3.5)
где
t - критерий точности (критерий Стьюдента); S и 
- величины стандартного отклонения (1.2 и 1.3); - количество отдельных значений определяемых
показателей, входящих в расчёт.
Коэффициент
вариации среднего значения (
) в
процентах вычисляют по формуле.
(3.7)
где
- среднее значение определяемого показателя (1.1); -
стандартное отклонение среднего значения (1.3)
Относительную
ошибку (
) в процентах вычисляют по формуле.
(3.8)
Для
определения допустимых пределов вычисляют величину отклонения 
по формуле.
(3.9)
где
- ориентировочная величина стандартного отклонения,
определяемая по формуле (1.2).
Отброшенные
отдельные значения определяемого показателя должны быть заключены в пределах.
(3.10)
Если сомнительные показатели не укладываются в допустимые пределы, то их
отбрасывают. В этом случае
(3.11)
Если одно или несколько сомнительных значений определяемых показателей
укладывается в допустимые пределы, то эти значения определяемых показателей
считаются надежными и их включают в расчёт окончательных значений среднего
значения и стандартного отклонения средних значений по формулам (3.1) и (3.2).
Окончательно число значений N, принимаемых в расчёт среднего, не должно быть меньше, чем число
образцов, предусмотренных в стандарте на данный метод испытаний. Если
сомнительные значения определяемых показателей не укладываются в допустимые
пределы и в результате их отбрасывания число значений, принимаемых в расчёт,
окажется меньше чем требуется, то дополнительные испытывают необходимое
количество образцов и полученные значения определяемых показателей добавляют к
имеющимся с последующим перерасчётом всех результатов.
.2 Расчет полученных данных со статистической обработкой
.2.1 Расчет предела прочности при растяжении
В результате испытания получены индивидуальные величины предела прочности
при растяжении σ, приведенные в таблице 3.2.
Таблица 3.2 - Напряжение при максимальной нагрузке
|
Номер образца
|
1
|
2
|
3
|
|
Прочность  , МПа3,805,505,51
|
|
|
|
Величины среднего значения и стандартного отклонения определяют по
формулам (3.1) и (3.2).
.
Округляем
до того количества значащих цифр, которое было принято при определении
индивидуальных величин.
.
Доверительные
пределы находим по формулам (1.4) и (1.5). Из приложения Б для а=0,95 и N=3
находим t=3,182.
МПа.
Исходная
прочность материала лежит в пределах:
,92
МПа ≤ ≤ 5,96 МПа.
Коэффициент
вариации рассчитывается по формуле 1.7
МПа,
%.
Относительная
ошибка определяется по формуле (1.8).
%.
.2.2
Расчет модуля Юнга при растяжении
Таблица 3.3 - Модуль Юнга при растяжении
|
Номер образца
|
1
|
2
|
3
|
|
Модуль Юнга Е+, МПа
|
1695,06
|
1505,93
|
1537,06
|
.
МПа.
Модуль
Юнга материала лежит в пределах:
,05
МПа ≤ Е+ ≤ 1765,65 МПа.
58,55
МПа.
Коэффициент
вариации: 
3,71 %.
Относительная
ошибка: 
11,80 %.
.2.3.
Расчет предела прочности при статическом изгибе
Таблица 3.4 - Предел прочности при статическом изгибе
|
Номер образца
|
1
|
2
|
3
|
|
Прочность σв, МПа
|
14,54
|
11,56
|
12,51
|
12,81
МПа.
1,52 МПа.
2,80 МПа.
Модуль
Юнга материала лежит в пределах:
,01
МПа ≤ σв ≤ 15,61 МПа.
0,88 МПа,
Коэффициент
вариации: 6,83 %.
.2.4.
Расчет модуля упругости при статическом изгибе
Таблица 3.5 - Модуль упругости при изгибе
|
Номер образца
|
1
|
2
|
3
|
|
Прочность Е, МПа
|
2272,14
|
1949,95
|
2575,53
|
2265,87
МПа.
312,84
МПа.
465,48
МПа.
Модуль
Юнга материала лежит в пределах:
,39
МПа ≤ Е ≤ 2722,35 МПа.
180,62
МПа.
Коэффициент
вариации: 
7,97 %.
Относительная
ошибка: 20,55 %.
.2.5.
Расчет прочности при сжатии
Таблица 3.6 - Предел прочности при сжатии
|
Номер образца
|
1
|
2
|
3
|
|
Прочность σ-, МПа
|
18,04
|
18,32
|
20,95
|
19,11
МПа.
1,60 МПа.
2,95 МПа.
Модуль
Юнга материала лежит в пределах:
,16
МПа ≤ σ- ≤ 22,05 МПа.
0,93 МПа.
Коэффициент
вариации: 4,85 %.
Относительная
ошибка: 15,43 %.
.2.6
Расчет модуля Юнга при сжатии
Таблица 3.7 - Модуль Юнга при сжатии
|
Номер образца
|
1
|
2
|
3
|
|
Прочность Е-, МПа
|
196,60
|
112,74
|
154,27
|
154,54
МПа.
41,93
МПа.
44,04
МПа.
Модуль
Юнга материала лежит в пределах:
,50
МПа ≤ Е- ≤ 198,58 МПа.
24,21
МПа.
Коэффициент
вариации: 
15,67 %.
Относительная
ошибка: 28,50 %.
.2.7
Расчет ударной вязкости
Ниже
приведены таблицы 3.7 и 3.8, в которых указаны параметры маятникового копра и
геометрические размеры образцов, необходимые для расчета ударной вязкости.
Таблица
3.8 - Параметры маятникового копра
|
Длина подвеса маятника L,
м
|
0,225
|
|
Начальный угол подъема
маятника α1, град
|
160
|
|
Вес маятника m,
кг
|
0,1
|
|
Расстояние между опорами l,
м
|
0,004
|
Таблица 3.9 - Геометрические размеры образцов в месте удара копра
|
Высота, мм
|
Ширина, мм
|
Площадь, м²
|
|
18,0
|
12,5
|
0,0002250
|
|
16,5
|
13,0
|
0,0002145
|
|
16,0
|
14,0
|
0,0002240
|
Энергия разрушения образцов вычисляется по формуле:
, (1.12)
где
m - масса маятника, g - ускорение
свободного падения, L - длина подвеса маятника, α1 - начальный угол подъема маятника, α2 - угол подъема маятника после разрушения образца.
Ударная
вязкость вычисляется по формуле:
, (1.13)
где
Е - энергия разрушения, S - площадь сечения образцов в месте удара.
Е1=0,227
Дж,
Е2=0,227
Дж,
Е3=0,214
Дж.
=1010
Дж/м2,
=1060
Дж/м2,
=0,954
Дж/м2.
Таблица 3.10 - Результаты испытаний
|
Номер образца
|
Угол α2, град
|
Энергия разрушения, Дж
|
Ударная вязкость, кДж/м²
|
|
1
|
60
|
0,227
|
1,010
|
|
2
|
60
|
0,227
|
1,060
|
|
3
|
64
|
0,214
|
0,954
|
1,008
кДж/м², 0,053
кДж/м²,
0,097 кДж/м².
Модуль
Юнга материала лежит в пределах:
,911
кДж/м² ≤ а ≤ 1,105 кДж/м².
0,031
кДж/м².
Коэффициент
вариации: 
3,037%.
Относительная
ошибка: 9,665 %.
.3
Выводы
Проанализировав
полученные данные, были получены следующие результаты, которые представлены в
таблице 3.11.
Таблица
3.11 - Физико-механические характеристики КМ
|
Предел прочности при растяжении
, МПа4,94±0,38
|
|
|
Модуль Юнга при растяжении
Е+, МПа
|
1579±186
|
|
Предел прочности при сжатии
σ-, МПа
|
19,11±2,95
|
|
Модуль Юнга при сжатии Е-,
МПа
|
154,5±44,0
|
|
Предел прочности при статическом
изгибе σв, МПа
|
12,81±2,80
|
|
Модуль упругости при
статическом изгибе Е, МПа
|
2265±465
|
|
Ударная вязкость, кДж/м²
|
1,008±0,097
|
Из
приведенной выше таблицы видно, что материал обладает низкими механическими
характеристиками, поэтому он не может быть использован в качестве несущего
каркаса панелей биологической защиты, а лишь в качестве заполнителя. В роли
несущего каркаса может быть использован стальной лист толщиной 1 мм, который
обладает прочностными характеристиками на порядок выше (=400-500 МПа), а также будет служить дополнительной
защитой от бета-излучения.
контейнер
биологический излучение защита
4. Конструкция панелей
В данной главе будет рассмотрено конструкторское решение для формы и
крепления панелей биологической защиты.
В виду низких механических характеристик композиционного материала, не
представляется возможным его прямое использование в качестве самонесущей
конструкции.
Панели будут представлять собой двусторонний каркас из листовой стали
толщиной 1 мм. Между листами будет находится композиционный материал толщиной
150 мм. Прочность связи между листами и КМ будет обеспечиваться силами
адгезионного взаимодействия. Для лучшей адгезии можно повысить шероховатость
внутренних поверхностей каркаса.
Крепление таких панелей на корпус взрывозащитной капсулы нецелесообразно,
т.к. это усложнит форму самих панелей (а возможно и контейнера), также
добавятся дополнительные крепежные элементы, через которые возможно
проникновение радиации в окружающую среду.
Поэтому предлагается использование защитной конструкции в виде
контейнера, внутри которого будет размещаться капсула с радиоактивными
веществами.
Контейнер будет состоять из нескольких составных частей - панелей.
Арочные и торцовые панели имеют каркас из стали толщиной 1 мм. А донные панели
- 5 мм сталь.
Вид такой конструкции представлен на рисунке 4.1.
Такая конструкция не сложна в сборке и компактна, что приемлемо при
хранении на полигонах.
Рисунок 4.1 - Конструкция панелей биологической защиты в виде контейнера
В местах соединения панелей предусмотрено перекрытие композиционного
материала во избежание прямых стыков для лучшей защиты от радиации (рисунки 4.2
и 4.3)
Рисунок 4.2 - Схема перекрытия композиционного материала в боковых и
нижних панелях
Рисунок 4.3 - Схема перекрытия композиционного материала в боковой и
верхней панелях
Герметичность конструкции обеспечивается болтовыми соединениями по всему
контуру.
.1 Вывод
Разработанная конструкция обеспечивает защиту капсулы со всех сторон.
Простота самой конструкции предполагает и несложную технологию изготовления.
Эта конструкция является также разборной и мобильной. Масса одной панели -
примерно 115 кг, следовательно, масса всей конструкции не превышает 1500 кг.
5. Технология изготовления панелей биологической защиты
В ходе дипломного проекта была разработана технология изготовления
панелей биологической защиты, схема которой представлена на рисунке 5.1
Рисунок 5.1 - Технологическая схема процесса изготовления панели
биологической защиты
. Входной контроль качества материалов осуществляется с целью проверки их
соответствия сопроводительной документации. Проверка проводится в заводской
лаборатории. Для проверки качества материалов на соответствие стандартам или ТУ
отбирают контрольные пробы из партии поставки.
Свинцовый порошок подвергается анализу на влажность по ГОСТ 18317-94, на
химический и гранулометрический составы. Пробу для испытаний отбирают по ГОСТ
23148. Масса пробы для испытаний должна быть не менее 200 г.
Для контроля качества полиэтилена отбирают точечные пробы из мешков
совком или щупом, а из контейнера или цистерны - щупом из трех слоев по высоте.
Отобранные точечные пробы соединяют в объединенную пробу и перемешивают на
чистом поддоне не менее 5 мин. Масса объединенной пробы должна быть не менее
700 г. Образцы для определения плотности, предела текучести при растяжении, прочности
при разрыве, относительного удлинения при разрыве, вырубают из пластин, для
чего объединенную пробу полиэтилена прессуют в открытой пресс-форме типа
ограничительной рамки. Плотность определяют по ГОСТ 15139 флотационным методом
или методом градиентной колонки при температуре (20,0±0,1) °С. Предел текучести
и прочность при разрыве, относительное удлинение при разрыве определяют по ГОСТ
11262 на образцах типа 1 при (20±2) °С, при этом относительная влажность не
нормируется. Скорость перемещения подвижного захвата должна быть (500±50)
мм/мин. Определяют массовую долю гранул размером свыше 1 до 2 мм и свыше 5 до 8
мм по ГОСТ 16337. Определяют массовую долю серых и окисленных гранул по ГОСТ
16337.
Для контроля качества эпоксидной смолы отбирают точечные пробы
пробоотборником, соединяют вместе, тщательно перемешивают и отбирают среднюю
пробу в количестве не менее 0,5 кг, которую помещают в чистую сухую, плотно
закрываемую банку. Определение массовой доли эпоксидных групп проводят по ГОСТ
12497-78, раздел 3. Массовую долю летучих веществ определяют по ГОСТ 22456-77,
при этом температура сушки (130±2) °С, время - 50 мин, навеска - 5 г.
Определение динамической вязкости по ГОСТ 10587-84. Определение времени
желатинизации с отвердителем ГОСТ 10587-84.
. Для изготовления панелей используются стальные листы толщиной 1 мм и
листы толщиной 5 мм для панелей подложки. Листы толщиной 1 мм отрезаются и
сгибаются на механическом оборудовании в цехе, а листы толщиной 5 мм
заказываются.
Перед отрезкой листов производится его разметка, а также накерняют места
будущих отверстий под болты. Отрезка производится на механической ручной
гильотине SCHECHTL HT200. Гильотина позволяет резать сталь толщиной до 1,75 мм.
Рез производится при помощи рычага слева или справа. Прижимная балка
оборудована прокладкой предотвращающей повреждение материала и обеспечивающую
надежную фиксацию изделия. Подшипники и направляющие - не требуют технического
обслуживания.
. Отбортовка листов производится на механическом сегментальном листогибе
METALMASTER MTB S 1515. Ножной привод станка обеспечивает быструю, простую
работу и позволяя рукам оператора оставаться свободными. Максимальная толщина
сгибаемого стального листа 1,5 мм. Максимальный угол загиба - 135º.
. Сверление отверстий производится по заранее размеченным областям ручной
электродрелью BOSH CSB 630 IP.
Максимальный диаметр отверстий при сверлении стали - 15 мм.
. Форма для поддержания этих листов и предотвращения растечения массы
изготавливается на заказ под конкретный размер. Перед установкой листов в
форму, на ее внутренние поверхности наносится слой антиадгезива (силикона).
Форма подводится к головке экструдера, через которую будет впрыскиваться масса.
. Смешение компонентов связующего ЭДИ производится в механическом
смесителе МСП-М в процентном соотношении по массе: ЭД-22 - 50 %, изо-МГТФА -
49,8 %, УП 606/23 - 0,2 %. В смесителе предусмотрена автоматическая выгрузка,
что может обеспечить непосредственную подачу связующего в бункер дозатор.
. В бункеры-дозаторы загружаются компоненты, а затем дозировано по массе
подаются в загрузочную зону цилиндра.
. В экструдере производится смешение компонентов при температуре 60 ºС. Такая температура обеспечивает
низкую вязкость связующего, при этом она ниже температуры плавления
полиэтилена. После чего происходит впрыск полученной массы в форму.
. После экструзии форма направляется в печь KSV-0,4-5,1. Отверждение композиции осуществляется вместе
с рамой (во избежание растекания) по следующей схеме:
нагрев печки вместе с формой от комнатной температуры до 150 ºС со скоростью нагрева 2 ºС/мин;
выдержка при температуре 150 ºС в течение 3 часов;
охлаждение постепенное вместе с печкой до комнатной температуры.
. Шлифование поверхности производится с целью обеспечения наилучшей
стыковки панелей. Шлифование поверхностей производится ленточной шлифмашиной
AEG HBS 1000 E. Предусмотрена легкая замена шлифовальной ленты с помощью
быстросъемного устройства. Компактный дизайн, идеален для работы в местах,
близко расположенных к краям. Возможно подсоединение к пылесборнику или к
системе пылеудаления.
.1 Вывод
В этом разделе разработана технология изготовления панелей биологической
защиты методом экструзии. В качестве компонентов КМ использованы: связующее
ЭДИ, свинцовый порошок ПСА, полиэтилен высокого давления 15003-002, сорт 1,
ГОСТ 16337-77. Примерное время изготовления одной панели 6 часов, при этом
большую часть (около 4 часов) занимает процесс отверждения конструкции.
6. Расчет экономических показателей при производстве одной панели
биологической защиты от ионизирующих излучений
6.1 Краткое описание технологического процесса
На мехаиенической гильотине производится отрезка стальных листов
необходимого размера с припусками под отверстия для крепежных элементов
(болтов). Затем производится отбортовка кромок и сверление отверстий. Далее эти
листы устанавливаются в специально изготовленную раму обработанную
антидгезивом. Рама направляется к экструдеру для закачки в форму
композиционного материала.
Композиционный материал состоит из свинцового порошка, гранулированного
полиэтилена и эпоксидного связующего, состоящего из эпоксидной смолы ЭД-22,
отвердителя изо-МТГФА и ускорителя УП-606/23. Смешение компонентов производится
в экструдере, а затем производится впрыск КМ в форму.
После экструзии проводится отверждение материала в печи вместе с рамой.
Далее, после отверждения производится обработка поверхностей стыков панелей.
Список оборудования приведен в таблице 6.1.
Таблица 6.1 - Оборудование, используемое в процессе производства панели
биологической защиты
|
№ операции
|
Наименование операции
|
Используемое оборудование
|
|
1
|
Отрезка стальных листов
толщиной 1 мм необходимых размеров
|
Механическая гильотина
SCHECHTL HT200
|
|
2
|
Отбортовка кромок
|
Механический сегментальный
листогиб METALMASTER MTB S 1515
|
|
3
|
Сверление отверстий
|
Электродрель BOSСH CSB 630 IP
|
|
4
|
Приготовление связующего
ЭДИ на основе эпоксидной смолы ЭД-22
|
Смеситель МСП-М
|
|
5
|
Экструзия
|
Экструдер одношнековый
SJ-9025
|
|
6
|
Отверждение панели
|
Печь KSV-0,4-5,1
|
|
7
|
Шлифование поверхностей
|
Ленточная шлифмашина AEG HBS 1000 E
|
6.2 Расчет
.2.1 Затраты на материалы
Расчет себестоимости композитной панели производится с целью установления
ее ориентировочной стоимости. На себестоимость существенное влияние оказывают
следующие параметры:
затраты на сырье;
затраты на оборудование;
затраты на электроэнергию;
затраты на заработную плату основным и вспомогательным рабочим;
общецеховые и общезаводские расходы.
Затраты на сырье и материалы складываются из затрат на полиэтилен, свинцовый
порошок ПСА, компоненты связующего (смола ЭД-22, отвердитель изо-МГТФА,
ускоритель УП-606/23). Расчет затрат на материалы считается по одной общей
формуле:
, (6.1)
где З - затраты, М - масса использованного материала(сырья) конкретного
наименования, Ц - цена единицы массы материала.
Результаты расчетов сведены в таблице 6.2.
Таблица 6.2
Затраты на сырье и материалы при производстве панели биологической защиты
|
Материал
|
Цена, руб/кг
|
Масса, кг
|
Затраты, руб
|
|
ПСА
|
54
|
77,024
|
4159,3
|
|
Эд-22
|
120
|
2,485
|
298,2
|
|
Изо-МТГФА
|
135
|
2,475
|
334,1
|
|
УП-606/23
|
100
|
0,010
|
1,0
|
|
Полиэтилен
|
38
|
5,069
|
192,6
|
|
Сталь 1 мм
|
22
|
27,360
|
601,9
|
|
Итого
|
114,423
|
5587,2
|
.2.2 Затраты на электроэнергию
Рассчитаем стоимость силовой электроэнергии, согласно потребляемой
мощности по формуле 6.2.
Ссил.эл.=Wраб.вр.·Цэл, (6.2)
где
- цена электроэнергии, руб./кВт·ч; Wраб.вр
- расход силовой элек-троэнергии за рабочее время, затрачиваемое на изготовление
одной панели, кВт·ч:
Wраб.вр
=Σt·Макт·kзаг·kисп, (6.3)
где
t - время работы оборудования для изготовления одной
панели; 
-активная мощность, кВт·ч; kзаг - средний
коэффициент загрузки оборудования; kисп - коэффициент использования
электрооборудования по времени и мощности.
Цена
за электроэнергию для предприятий в Алтайском крае составляет 3285,47 руб. за 1
МВт·ч.
В
таблице 6.3 приведены данные по относительному времени использования
оборудования и затратам на электроэнергию.
Таблица
6.3 - Данные о потреблении электроэнергии технологическим оборудованием и
затраты на эту энергию
|
Оборудование
|
t, ч
|
Макт, кВт/ч
|
kисп
|
kзаг
|
Затраты на э/энергию, руб
|
|
Экструдер
|
1,0
|
37
|
1,00
|
0,80
|
97,1
|
|
Смеситель
|
0,5
|
4
|
1,00
|
0,75
|
4,9
|
|
Печь
|
5,0
|
60
|
1,00
|
0,65
|
639,6
|
|
Шлифовальная машинка
|
0,5
|
1
|
1,00
|
0,75
|
1,2
|
|
Электродрель
|
0,5
|
2
|
1,00
|
0,95
|
3,1
|
|
Итого
|
745,9
|
.2.3 Затраты на амортизационные отчисления
Для возмещения стоимости оборудования используется амортизационный фонд,
который формируется из амортизационных отчислений. Начисления амортизации
осуществляются с помощью норм, которые устанавливаются в процентах от стоимости
оборудования.
Затраты на амортизацию оборудования определяем по формуле:
, (6.4)
где Цотп - оптовая цена оборудования, руб.; Ктр.м - коэффициент
транспортно-монтажных работ, равный 1,1; Ноб - норма амортизации оборудования,
%; Коб - количество принятого оборудования, шт; Фгод - годовой фонд времени
работы оборудования, Фгод=4800 ч.
Основные амортизационные отчисления представлены в таблице 6.4.
Таблица 6.4 - Амортизационные отчисления на оборудование
|
Наименование оборудования
|
Цена оборудования, тыс.руб.
|
Норма амортизации
оборудования, %
|
Количество принятого
оборудования, шт
|
Амортизационные отчисления,
руб
|
|
Экструдер SJ - 1203075010115,8
|
|
|
|
|
|
Смеситель МСП-М
|
110
|
12
|
1
|
1,4
|
|
Электродрель и шлифмашина
|
11
|
15
|
1
|
0,3
|
|
Гильотина SCHECHTL HT200
|
225
|
5
|
1
|
1,2
|
|
Листогиб METALMASTER MTB S
1515
|
400
|
10
|
1
|
4,2
|
|
Печь KSV-0,4-5,1
|
301
|
10
|
1
|
31,7
|
|
Итого:
|
54,6
|
.2.4 Затраты на содержание и эксплуатацию оборудования
Затраты на содержание и эксплуатацию оборудования:
·t, (6.5)
где Псод.об. - затраты на содержание и эксплуатацию оборудования, %.
Затраты на содержание и эксплуатацию оборудования представлены в таблице
6.5.
Таблица 6.5 - Затраты на содержание и эксплуатацию оборудования
|
Наименование оборудования
|
Цена оборудования, тыс.руб.
|
Затраты на содержание и
эксплуатацию оборудования, %
|
Затраты на содержание, руб
|
|
Экструдер SJ - 12030750711,1
|
|
|
|
|
Смеситель МСП-М
|
110
|
1
|
0,1
|
11
|
5
|
0,1
|
|
Гильотина SCHECHTL HT200
|
225
|
5
|
1,2
|
|
Листогиб METALMASTER MTB S 1515
|
400
|
1
|
0,4
|
|
Печь KSV-0,4-5,1
|
301
|
1
|
3,2
|
|
Итого:
|
16,1
|
.2.5 Затраты на заработную плату основных производственных рабочих
Количество основных рабочих представлено в таблице 6.6.
Таблица 6.6 - Количество основных рабочих
|
Обслуживаемое оборудование
|
Кол-во, чел.
|
Разряд
|
|
Экструдер, смеситель, печь,
мешалка
|
2
|
5
|
|
Гильотина, листогиб,
электродрель, шлифмашинка
|
2
|
5
|
|
Итого
|
4
|
|
Общий фонд заработной платы основных производственных рабочих состоит из
основной заработной платы, дополнительной заработной платы и премий.
Однако, расчет норм штучного времени на каждой из операций весьма
трудоемок и альтернативным путем начисления заработной платы является
установление суммы оплаты труда на договорной основе непосредственно с рабочим
того или иного разряда. За базисную оплату возьмем средний уровень заработной
платы при сорокачасовой рабочей неделе по Российской Федерации, который
составляет 17,2 тыс. рублей в месяц.
Затраты на заработную плату основных рабочих составят
Зосн=ΣЗi·t·Косн, (6.6)
где Зi - заработная плата основных рабочих
на i-той операции, руб/ч; t время длительности операции для
изготовления одной панели; Косн - количество рабочих на операции.
В таблице 6.7 приведены данные о заработной плате основных
производственных рабочих с учетом поправки на разряд.
Таблица 6.7 - Данные о заработной плате основных производственных рабочих
|
Наименование операции
|
Заработная плата, руб/ч.
|
Заработная плата за
изготовление одной панели, руб.
|
|
Отрезка листов, сверление
отверстий, шлифование
|
50
|
150
|
|
Изготовление связующего,
контроль качества, экструзия, отверждение панели
|
75
|
450
|
|
Итого:
|
600
|
.2.6 Затраты на заработную плату вспомогательных рабочих
Количество основных рабочих представлено в таблице 6.8.
Таблица 6.8 - Количество
вспомогательных рабочих
|
Категория работ
|
Количество, чел.
|
|
Слесарь по механическому
ремонтному обслуживанию
|
1
|
|
Слесарь по межремонтному
обслуживанию электрической части оборудования
|
1
|
|
Наладчик
|
1
|
|
Разнорабочий
|
1
|
|
Итого:
|
4
|
Заработная плата вспомогательных рабочих рассчитывается по той же
формуле, что и для основных с учетом того, что их рабочее время составляет 1/3
от времени основных рабочих.
Звспом=Квспом·Зчас·Кр.к·tвспом, (6.7)
где
Квспом - количество вспомогательных рабочих по списку (4 человека); Зчас -
заработная плата вспомогательных рабочих (70 руб\ч); 
районный коэффициент, по Алтайскому краю 1,15; tвспом
- время работы вспомогательных рабочих, приходящееся на изготовление одной
панели tвспом =2,3 ч.
Звспом=740,6
руб.
Определим
общий фонд заработной платы основных и вспомогательных рабочих:
Зобщ=Зосн+Звспом, (6.8)
Зобщ=1340,6 руб.
Рассчитаем размер единого социального налога:
, (6.9)
где
- ставка единого социального налога в процентном
отношении (26 %).
Ос/с=348,6
руб.
.2.7
Общецеховые расходы
Общецеховые
расходы включают амортизацию зданий общецехового назначения, заработную плату
цеховых специалистов, затраты по технике безопасности и т.д.
Ццех=Зобщ·Рцех, (6.10)
где Рцех - цеховые расходы, % (180 %); Зобщ - общий фонд заработной платы
основных и вспомогательных рабочих.
Ццех=2413,1 руб.
.2.8 Себестоимость одной панели
Теперь, имея все данные о затратах, рассчитаем себестоимость одной панели
биологической защиты. Данные о расчетах приведены в таблице 6.9.
Таблица 6.9 - Данные о затратах на производство одной панели
|
Статьи расходов
|
Сумма, руб.
|
|
1. Основные материалы
|
5587,2
|
|
3. Затраты на
электроэнергию
|
745,9
|
|
4. Затраты на амортизацию,
содержание и эксплуатацию оборудования
|
70,7
|
|
5. Заработная плата ОПР
|
600,0
|
|
6 Заработная плата
вспомогательных рабочих
|
740,6
|
|
7. Единый социальный налог
|
348,6
|
|
8. Общецеховые расходы
|
2413,1
|
|
ИТОГО:
|
10506,1
|
.3 Вывод
В данной главе были рассчитаны основные технико-экономические показатели
при производстве панели биологической защиты от смешанного ионизирующего
излучения без учета затрат на оборудование и общезаводских затрат, т.к. это
штучное производство и может производится на оборудовании других производств.
Себестоимость одной панели составила 10506,1 руб. Основная часть затрат
приходится на материалы - 5587,2 руб. Кроме того при изменении размеров панелей
нужно будет заказывать другую раму и закладные элементы.
7. Охрана труда
.1 Краткое описание технологического процесса изготовления панелей
биологической защиты контейнеров хранения взрывчатых веществ
В ходе дипломного проекта была разработана технология изготовления
панелей биологической защиты из КМ. Технологический процесс изготовления
панелей включает в себя следующие операции:
входной контроль сырья и материалов на соответствие ГОСТ;
отрезка стальных листов толщиной 1 мм необходимых размеров;
отбортовка кромок;
сверление отверстий;
загрузка листов в формовочную раму;
приготовление связующего ЭДИ на основе эпоксидной смолы ЭД-22;
приготовление КМ на основе ЭДИ (смешение компонентов в экструдере);
впрыск приготовленной массы в формовочную раму;
отверждение композиции в печке;
шлифование поверхностей стыков.
.2 Анализ опасных и вредных производственных факторов, действующих на
протяжении технологического процесса изготовления панелей биологической защиты
Анализ опасных и вредных производственных факторов (ОВПФ), действующих на
протяжении технологического процесса изготовления газового баллона высокого
давления, проводится, следуя ГОСТ 12.0.003-74 «Опасные и вредные
производственные факторы. Классификация».
В соответствии с ГОСТ 12.0.003-74 опасные и вредные производственные
факторы подразделяются на: физические, химические, психофизиологические,
биологические. Результаты анализа представлены в таблице 7.1.
Таблица 7.1 - Анализ опасных и вредных производственных факторов
|
Наименование ОВПФ по ГОСТ
12.0.003-74
|
Источник возникновения,
величина ОВПФ
|
Виды защиты
|
|
1. Физические
|
|
Повышенный уровень шума на
рабочем месте
|
Вытяжная вентиляция,
смеситель связующего, экструдер
|
Применение СИЗ (наушники)
|
|
Движущиеся машины и
механизмы
|
Смеситель, механическая
гильотина, листогиб
|
Инструктаж по ТБ, СИЗ
(перчатки)
|
|
Повышенная температура
поверхностей оборудования
|
Печь, экструдер
|
Тепловая изоляция стенок
печи, вытяжная вентиляция
|
|
Повышенное значение
напряжения в эл. цепи, замыкание
|
Смеситель, печь, экструдер,
электродрель
|
Защитное заземление и
зануление
|
|
Повышенная запыленность и
загазованность воздуха рабочей зоны
|
Порошок свинца
|
Вытяжная вентиляция,
применение СИЗ (респиратор)
|
|
2. Химические
|
|
Раздражающие, токсические
|
Эпоксидная смола ЭД-22,
изо-МТГФА, УП 606/2, ацетон, порошок свинца
|
Местная вентиляция,
применение СИЗ
|
Основные сведения по характеристике пожароопасных и токсических свойств
сырья, полуфабрикатов, готовой продукции и отходов производства:
1. При работе с эпоксидно-диановыми смолами возможны
два пути проникновения в организм вредных веществ - ингаляционный и кожный.
Ингаляционный обусловлен наличием в смолах летучих компонентов - эпихлоргидрина
и толуола (не более 0,9 % по массе), кожный - непосредственным контактом с
летучими и нелетучими компонентами смолы.
Летучие компоненты оказывают раздражающее и
сенсибилизирующее действие на кожу и слизистые оболочки верхних дыхательных
путей и глаз, а также общетоксическое действие.
Эпихлоргидрин в концентрациях, превышающих предельно
допустимую, обладает высокой токсичностью и резко выраженными раздражающими и
сенсибилизирующими свойствами, вызывает тяжелые изменения в легких, печени и
почках, легко проникает через неповрежденную кожу и вызывает острое и
хроническое отравление.
Пары толуола в высоких концентрациях действуют
наркотически, оказывают раздражающее действие на кожу. При длительном
воздействии толуол вызывает раздражение слизистых оболочек глаз, верхних
дыхательных путей головокружение, рвоту, потерю аппетита.
Толуол и эпихлоргидрин относятся к легкогорючим
веществам (таблица 7.1), второму классу опасности по ГОСТ 12.1.007-76 [2].
Таблица 7.1 - Нормы для показателей горючести
эпихлоргидрина и толуола
|
Наименование показателя
|
Норма для летучих веществ
|
|
эпихлоргидрин
|
толуол
|
|
1. Предельно допустимая
концентрация, мг/м3
|
1,0
|
50,0
|
|
2. Температура
самовоспламенения, °С
|
410
|
552
|
|
3. Температура вспышки, °С
|
|
|
|
в закрытом тигле
|
26
|
40
|
|
в открытом тигле
|
35
|
|
|
4. Температурные пределы
воспламенения паров, °С
|
|
|
|
нижний
|
26
|
-
|
|
верхний
|
96
|
-
|
|
5. Концентрационные пределы
воспламенения паров, %, (по объему)
|
|
|
|
нижний
|
2,3
|
2,27
|
|
верхний
|
49
|
7,0
|
. Отвердитель Изо-МТГФА - токсичен, пары малеинового ангидрида,
выделяющегося при нагревании отвердителя более 80 °С, вызывают раздражение
слизистых оболочек глаз, верхних дыхательных путей и пищеварительного тракта.
По степени воздействия на организм человека относится ко второму классу
опасности. ПДК по малеиновому ангидриду - 1 мг/м3. Пожароопасен.
. Ускоритель УП-606/2 (агидол 53) - токсичен, вызывает резкое раздражение
при контакте со слизистой оболочкой глаз. По степени воздействия на организм
человека относится ко второму классу опасности. ПДК по диметиламину - 1мг/м3
При длительном воздействии на кожу вызывает развитие воспалений, эрозии, язв
[4].
. Ацетон - токсичен, оказывает наркотическое действие на организм
человека, поражает нервную систему. По степени воздействия на организм человека
относится к четвертому классу опасности по ГОСТ 12.1.007-76. ПДК 200 мг/м3. ЛВЖ
относится ко 2-ой группе веществ, имеющих высокую чувствительность к искре, температура
вспышки - 18 °С, взрывоопасен при концентрации в смеси с воздухом 2,9-12,8 %.
. Ультрадисперсный свинец
Свинец является ядом, действующим на вес живое. Он и
его соединения опасны не только болезнетворным действием, но также
кумулятивностью терапевтического эффекта, высоким коэффициентом накопления в
организме, малой скоростью и неполнотой выделения с продуктами
жизнедеятельности.
Уже при концентрации 10-4 % в почве свинец угнетает
активность ферментов, причем особенно вредны в этом отношении хорошо растворимые
соединения. Присутствие в воде 2·10-5 % свинца вредно для рыб. Даже низкие
концентрации свинца в воде уменьшают количество каротиноида и хлорофилла у
водорослей.
За 1952 - 1965 гг. зарегистрировано свыше 11 тыс.
профессиональных заболеваний свинцовой болезнью.
Степень токсичности зависит от концентрации,
физико-химического состояния и природы соединений свинца. Особенно опасен
свинец в состоянии молекулярно-ионной дисперсности; он проникает из легких в
кровеносную систему и оттуда транспортируется по всему организму. Хотя
качественно свинец и его неорганические соединения действуют сходно,
токсичность растет симбатно их растворимости в биологических жидкостях
организма. Это не умаляет опасность труднорастворимых соединений, изменяющихся
в кишечнике с последующим повышением их всасываемости.
Ионы свинца, связываясь с электронодонорными атомами
серы сульфгидрильных групп, отравляют ферменты. Именно поэтому свинец подавляет
многие ферментативные процессы в организме. При свинцовой интоксикации наступают
серьезные изменения в нервной системе, нарушаются терморегуляция,
кровообращение и трофические процессы, изменяются иммунобиологические свойства
организма и его генетический аппарат.
Аналогичные, но более остро выраженные эффекты
наблюдаются даже при непродолжительном воздействии органических соединений,
особенно тетраэтил- и тетраметилсвинца, растворимых в липоидах и потому
способных проникать в организм не только через легкие, но и через кожу. В
начальной фазе отравления наблюдается нарушение условно-рефлекторной
деятельности, а затем наступают расстройства симпатической и парасимпатической
нервной системы с возможным появлением бессонницы, галлюцинаций и судорог.
Концентрации свинца, меньшие предельно допустимых
(ПДК), считаются безвредными и не вызывают никаких признаков отравления.
Официальные величины ПДК для свинца и его
неорганических соединений составляют:
в воздухе - 0,01 мг/м3 (РФ); 0,15 мг/м3 (США),
в питьевой воде - 0,03 мг/л (РФ); 0,1 мг/л
(международная норма),
в питьевых минеральных водах - 0,3 мг/л,
в консервированных овощных и фруктовых соках - 0,4
мг/л.
В соответствии с изложенными соображениями о
токсичности для органических соединений - тетраэтилсвинца, а также свинцовых
солей
гидрохинона и салициловой кислоты - действуют более
жесткие нормы: для них установлена ПДК в воздухе 0,005 мг/м3.
Опасность свинца очевидна, и соблюдение ПДК в
производственных и бытовых условиях подлежит строгому аналитическому контролю.
В результате количество случаев свинцовой интоксикации уменьшается, но все же
они наблюдаются и в наши дни. Поэтому средства диагностики и терапии сохраняют
свое значение [1].
.3 Мероприятия по снижению воздействия ОВПФ
.3.1 Пожарная безопасность
Меры, принимаемые для обеспечения пожарной безопасности регламентируются
по ГОСТ 12.1.004-91 «Пожарная безопасность. Общие требования». В соответствии
со схемой технологического процесса на каждом производственном участке должна
быть инструкция по технике безопасности и пожарной безопасности.
На предприятии должен проводиться инженером по охране труда (технике
безопасности) вводный инструктаж со всеми принимаемыми на работу. Первичный
инструктаж на рабочем месте проходят все вновь принятые на предприятие,
работники, выполняющие новую для них работу. Ежемесячно проводится повторный
инструктаж всех работающих с целью проверки и повышения уровня знаний правил и
инструкций по охране труда по программе инструктажа на рабочем месте. Его также
проводит мастер. Внеплановый инструктаж проводится в случае: изменения правил
по охране труда; изменения технологического процесса и т.д. Целевой инструктаж
проводят с работниками перед производством особо опасных работ, на которые
оформляют наряд - допуск. Работающий, получивший инструктаж и показавший
неудовлетворительные знания, к работе не допускается. Он обязан вновь пройти
инструктаж.
Помещение по пожароопасности можно отнести к категории В -
характеризуется наличием горючих жидкостей с температурой вспышки паров выше 61
ºС; веществ способных гореть при
взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом. Класс П-1 -
помещения, в которых применяют или хранят горючие жидкости с температурой
вспышки выше 45 ºС.
Рабочие места должны быть обеспечены первичными
средствами пожаротушения.
.3.2 Микроклимат
Действующими нормами параметров воздуха рабочей зоны производственных
помещений являются нормы микроклимата ГОСТ 12.1.005-88 «Воздух рабочей зоны» и
СанПиН 2.2.4.548-96 «Гигиенические требования к микроклимату производственных
помещений».
Производственный микроклимат - важнейшая санитарно-гигиеническая
характеристика условий труда - оказывает существенное влияние на самочувствие,
работоспособность человека и производительность его труда. Оптимальные
микроклиматические условия обеспечивают общее или локальное ощущение теплового
комфорта в течение восьмичасовой рабочей смены при минимальном напряжении
механизмов терморегуляции, не вызывают отклонений в состоянии здоровья, создают
предпосылки для высокой работоспособности и являются предпочтительными на
рабочих местах [3].
Основные нормативные параметры микроклимата в рабочей зоне
производственных помещений приведены в таблицах 7.2 и 7.3.
Таблица 7.2 - Оптимальные величины показателей микроклимата на рабочих
местах производственных помещений
|
Период года
|
Температура воздуха, °С
|
Относительная влажность
воздуха, %
|
Скорость движения воздуха,
не более, м/с
|
|
Холодный
|
22…24
|
60…40
|
0,1
|
|
Теплый
|
23…25
|
60…40
|
0,1
|
Восполнение объёма воздуха, удаляемого системами
вытяжной вентиляции, осуществляется естественной приточной вентиляцией.
Конструкция вентиляционных систем должна исключать возможность отложения
или скопления в них пожаро- и взрывоопасных веществ.
Таблица 7.3 - Допустимые величины показателей микроклимата на рабочих
местах производственных помещений
|
Период года
|
Температура воздуха, °С
|
Относительная влажность воздуха,
%
|
Скорость движения воздуха,
м/с
|
|
Диапазон иже оптимальных
величин
|
Диапазон выше оптимальных
величин
|
|
Для диапазонов температур
воздуха ниже оптимальных величин, не более
|
Для диапазонов температур
воздуха выше оптимальных величин, не более
|
|
Холодный
|
20,0…21,9
|
24,1…25,0
|
15…75
|
0,1
|
0,1
|
|
Теплый
|
21,0…22,9
|
25,1…28,0
|
15…75
|
0,1
|
0,2
|
В современных условиях наиболее приемлемым средством борьбы с
выделяющимися при переработке ПКМ вредными веществами является устройство
местных отсосов, и в первую очередь - встроенных в технологическое
оборудование.
.3.3 Электробезопасность
Действие электрического тока на человека может привести к таким видам
поражений, как: электротравмы, электроудары, электрошок. Во избежание получения
рабочими травм от воздействия электрического тока, должны соблюдаться правила
электробезопасности в соответствие с ГОСТ 12.1.019 ССБТ «Электробезопасность.
Общие требования».
Электробезопасность обеспечивается:
- конструкцией электроустановок (должна
соответствовать условиям их эксплуатации и содержать ограждение токоведущих
частей),
- техническими способами и средствами защиты (защитное заземление,
зануление, защитное отключение, изоляция токоведущих частей, электрозащитные
средства),
организационными и техническими мероприятиями (инструктаж и обучение
безопасным методам труда, отключение установки от источника напряжения и другие
мероприятия, обеспечивающие невозможность ошибочной подачи напряжения к месту
работы).
Меры по соблюдению электробезопасности должны отвечать следующим
требованиям:
перед началом работы проверить исправность защитного заземления;
исправность электрических шнуров, токопроводов;
исправность электрической аппаратуры (кнопок, пускателей, пакетных
выключателей, специальных ламп, измерительных электроприборов);
исправность блокировочных устройств.
После окончания работы всё оборудование необходимо обесточить. Всё
оборудование должно иметь:
защитное заземление, зануление;
должны быть предусмотрены защитное отключение, применение надёжной
изоляции и механических ограждений, блокировочные и сигнальные устройства,
основные и дополнительные защитные средства;
- там, где возможно, оборудование должно работать под
невысоким напряжением.
.3.4
Требования к применению средств защиты
Рабочие должны выполнять работу в положенной по нормам спецодежде,
представленной в таблице 7.4.
По окончании работы руки и лицо моют теплой водой с мылом. Один раз в
месяц необходимо проводить генеральную уборку с чисткой всех коммуникаций.
Таблица 7.4 - Перечень спецодежды
|
Наименование
|
Обозначение стандарта
|
Срок эксплуатации
|
Примечание
|
|
1. Халат х/б женский или
халат х/б мужской или костюм
|
ГОСТ 12.4.13-83, ГОСТ
27574-87, ГОСТ 27575-87
|
9 месяцев 9 месяцев 9
месяцев
|
Стирка верхней одежды
должна проводиться не реже 1 раза в неделю
|
|
2. Обувь кожаная
|
ГОСТ 12.4.187-97
|
12 месяцев
|
|
|
3. Берет мужской или
косынка из х/б ткани
|
ГОСТ 11680-76
|
12 месяцев
|
|
|
4. Перчатки резиновые
|
ГОСТ 20010-93
|
до износа
|
|
|
5. Перчатки х/б с ПВХ
точками или волнами
|
ГОСТ 3897-87, ТУ 17 РСФСР
21.1-178-5975-90
|
до износа
|
|
|
6. Респиратор лепесток
|
ГОСТ 5001-87, ГОСТ
12.4.028-76
|
12 часов
|
|
7.4 Расчет защитного заземления
Цель расчета защитного заземления - определение
количества электродов заземлителя и заземляющих проводников, их размеров и
схемы размещения в земле, при которых сопротивление заземляющего устройства
растеканию тока или напряжение прикосновения при замыкании фазы на заземленные
части электроустановок превышают допустимые значения.
Вначале определяем сопротивление единичного
вертикального электрода Rв:
, (7.1)
где
ρуд - сопротивление грунта, l - длина
электрода (3 м), d - диаметр электрода (0,005 м).
, (7.2)
где
ρ - удельное электрическое сопротивление грунта (145
Ом·м), ψ - коэффициент сезонности (1,5).
Ом·м.
=61,97
Ом.
Ориентировочное
количество вертикальных электродов n определяем следующим образом.
Предварительно
находим произведение коэффициента использования вертикальных электродов ηв на их количество n по формуле:
, (7.3)
где
Rдоп - наибольше допустимое заземляющее сопротивление
заземляющего устройства (10 Ом).
= 6,197.
Затем
по таблице 7.5 определяем количество вертикальных электродов.
Таблица
7.5 - Коэффициенты использования вертикальных электродов ηв при размещении в ряд без учета влияния полосы связи
и их количество n
|
ηв·n
|
n
|
ηв
|
|
1,70
|
2
|
0,85
|
|
2,34
|
3
|
0,78
|
|
2,92
|
4
|
0,73
|
|
3,50
|
5
|
0,70
|
|
3,90
|
6
|
0,65
|
|
5,90
|
10
|
0,59
|
|
8,10
|
15
|
0,54
|
|
9,60
|
20
|
0,48
|
Таким образом n=10.
Находим длину горизонтального проводника связи L при расположении электродов в ряд по
формуле:
L=1,05·(n-1)·a, (7.4)
где a -
расстояние между соседними вертикальными электродами.
L=1,05·9·3 м=28,35 м.
Сопротивление горизонтального проводника Rг вычисляем по формуле:
. (7.5)
=8,5 Ом.
Определяем
результирующее сопротивление искусственного группового заземлителя:
, (7.6)
где
ηг - коэффициент использования полосового электрода,
соединяющего вертикальные электроды, определяемый из таблицы 5.6.
Таблицы 7.6 - Коэффициент использования полосового
электрода, соединяющего вертикальные электроды ηг
|
Число вертикальных
электродов n
|
ηг
|
|
2
|
0,85
|
|
4
|
0,77
|
|
6
|
|
8
|
0,67
|
|
10
|
0,62
|
|
20
|
0,42
|
Таким образом ηг=0,62.
= 1,42
Ом.
Полученные
данные удовлетворяют условию Rи<Rв, следовательно расчет верен.
.5 Выводы
В данном разделе дипломного проекта были рассмотрена охрана труда при
изготовлении панелей биологической защиты контейнеров хранения взрывчатых
веществ со вспомогательными технологическими операциями. Проведен анализ
опасных и вредных производственных факторов, степень их влияния на рабочий
персонал. Также были выявлены технологические операции, представляющие для
рабочих наибольшую опасность в связи с максимальным количеством ОВПФ на данной
операции и их наибольшей степенью влияния на персонал. Наиболее опасным
фактором при производстве баллона является опасность поражения персонала током
от незаземленного оборудования. Таким образом, возникла необходимость расчета
защитного заземления.
В результате расчета были определены ориентировочное количество
вертикальных электродов, которое составило n=10; сопротивление единичного вертикального электрода Rв=61,97 Ом; сопротивление
горизонтального проводника Rг=8,5
Ом и его длина L=28,35, а также
результирующее сопротивление искусственного группового заземлителя Rи=1,42 Ом.
Рассчитанное защитное заземление позволяет обеспечить на рабочем месте
безопасные условия труда в процессе изготовлении панелей.
Заключение
В данной дипломной работе были разработаны конструкция и технология
изготовления панелей биологической защиты от воздействия смешанного
ионизирующего (n-γ) излучения капсул для хранения
взрывоопасных материалов.
После анализа воздействия различных видов ионизирующих излучений на
вещество, предложен в качестве защиты от смешанного ионизирующего излучения
композиционный материал на основе эпоксидного связующего.
По результатам исследований на радиационную стойкость выявлен наилучший
компонентный состав (по массе: связующего - 5,71 %, свинца - 88,47 г,
полиэтилена - 5,82 г). И посчитана толщина такой защиты (15 мм) по кратности
ослабления, которая обеспечивает соблюдение требований НРБ-99 для категории
работников группы А.
Сделаны образцы в лабораторных условиях и произведены испытания на
прочность. По результатам сделан вывод о необходимости стального каркаса для
панелей.
Разработана конструкция в виде контейнера, обеспечивающая защиту
окружающей среды от проникновения радиации со всех сторон.
Разработана технология изготовления панелей методом экструзии в форму и
схема технологического процесса.
В работе было произведен расчёт технико-экономических показателей
производства панелей биологической защиты. В результате расчёта был определёна
ориентировочная себестоимость одной панели, которая составила 15543,4 рублей.
Была рассмотрена охрана труда при изготовлении панелей биологической
защиты. Проанализированы опасные и вредные производственные факторы,
рекомендованы мероприятия по защите от них.
В результате расчета были определены ориентировочное количество
вертикальных электродов, которое составило n=10; сопротивление единичного вертикального электрода Rв=61,97 Ом; сопротивление
горизонтального проводника Rг=8,5
Ом и его длина L=28,35, а также
результирующее сопротивление искусственного группового заземлителя Rи=1,42 Ом.
Список литературы
1. Полянский, Н.Г. Свинец [Текст]: монография. - М.: Наука, 1986. - 357
с.
2. Смолы
эпоксидно-диановые неотвержденные. Технические условия [Текст]: ГОСТ 10587-84.
- Введ. 1984-02-06. - М.: Изд-во стандартов, 1984. - 12 с.
. Лазарев,
А.В. Вредные вещества в промышленности [Текст]: монография. - М.: Мир, 1976. -
640 с.
. Макаров,
Г.В. Охрана труда в химической промышленности [Текст]: учеб. для вузов / Г.В.
Макаров, Л.К. Маринина. - М.: Химия, 1989. - 328 с.
5. Технические свойства полимерных материалов: Учеб.-справ. пособие/ В.К.
КрыжановскиЙ [и др.] - 2-е изд., испр. и доп. - СПб.: Профессия, 2005. - 248
с.: ил.
. Полиэтилен высокого давления. Технические условия [Текст]: ГОСТ
16337-77. - Введ. 1977-10-11. - М.: Стандартинформ, 2005. - 38 с.: ил.
7.
Бондаренко, И.П. Основы дозиметрии и защиты от излучений [Текст]: учеб. пособие
для вузов / И.П. Бондаренко, Н.В. Бударова. - М.: Высшая школа, - 1962. - 298
с.: ил.
. Вопросы
дозиметрии и радиационная безопасность на атомных электрических станциях
[Текст]: учеб. Пособие / под ред. А.В. Носовского. - Славутич: Укратомиздат, -
1998. - 372 с.: ил.
. Козлов,
В.Ф. Справочник по радиационной безопасности [Текст]: 5-е изд., перераб. и доп.
- М.: Энергоатомиздат, - 1999. - 520 с.: ил.
.
Радиационная стойкость органических материалов [Текст]: справочник / В.К.
Милинчук [и др.]; по ред. В.К. Милинчука. - М.: Энергоатомиздат, - 1986. - 272
с.
. Фаддеев,
М.А. Элементарная обработка результатов эксперимента [Текст]: учеб. пособие. -
Нижний Новгород: Изд-во Нижегородского государственного университета, - 2002. -
108 с.
. Гусев, А.И.
Нанокристаллические материалы: методы получения и свойства [Текст]. - Екатеринбург:
УрО РАН, - 1998. - 200 с.
. Академия
Конъюнктуры Промышленных Рынков. Свойства и области применения эпоксидных смол.
- 2008. - (http://www.newchemistry.ru/letter.php?n_id=1938).
. Свойства и
применение полиэтилена. - 2008. -
(http://www.polimerportal.ru/index.php/2008/11/polietilena/).
. Свинец. -
(http://bse.sci-lib.com/article100288.html).
. Машкович,
В.П. Защита от ионизирующих излучений [Текст]: справочник. - 4-е изд. перераб.
и доп. / В.П. Машкович, А.В. Кудрявцева. - М.: Энергоатомиздат, - 1982. - 496
с.: ил.
ПРИЛОЖЕНИЕ А
Исходные данные
Компонентный состав композиционного материала для панелей биологической
защиты, данные по радиационной стойкости такого материала.
Содержание разделов проекта
|
Наименование и содержание
разделов проекта
|
Трудоемкость, % от всего
объема проекта
|
Срок выполнения
|
Консультант (Ф.И.О.,
подпись)
|
|
1 Расчетно-пояснительная
записка
|
75
|
|
Бердыченко А.А.
|
|
1.1 Обзор материалов защиты
от ионизирующих излучений
|
5
|
|
Бердыченко А.А.
|
|
1.1 Изготовление образцов и
проведение испытания
|
30
|
|
Бердыченко А.А.
|
|
1.2 Статистическая
обработка данных
|
5
|
|
Бердыченко А.А.
|
|
1.3 Разработка конструкции
панелей
|
10
|
|
Бердыченко А.А.
|
|
1.4 Разработка технологии
изготовления панелей
|
10
|
|
Бердыченко А.А.
|
|
1.5 Охрана труда на участке
изготовления панелей
|
5
|
|
Авдеев Е.Н.
|
|
1.6 Определение
себестоимости одной панели
|
10
|
|
Мягкова Н.А.
|
|
2 Графическая часть
|
25
|
|
Бердыченко А.А.
|
|
2.1 Тема проекта, цели
|
0,5
|
|
Бердыченко А.А.
|
|
2.3 Статистическая
обработка
|
1
|
|
Бердыченко А.А.
|
|
2.7 Конструкция панелей
|
18
|
|
Бердыченко А.А.
|
|
2.9 Технология изготовления
панелей
|
5
|
|
Бердыченко А.А.
|
|
2.12 Основные выводы
|
0,5
|
|
Бердыченко А.А.
|
ПРИЛОЖЕНИЕ Б
Таблица 1 - Значения критерия t распределения нормированных отклонений
|
0.80
|
0.90
|
0.95
|
0.98
|
0.99
|
0.995
|
0.998
|
0.999
|
|
1
|
3,0770
|
6,3130
|
12,7060
|
31,8200
|
63,6560
|
127,6560
|
318,3060
|
636,6190
|
|
2
|
1,8850
|
2,9200
|
4,3020
|
6,9640
|
9,9240
|
14,0890
|
22,3270
|
31,5990
|
|
3
|
1,6377
|
2,3534
|
3,1820
|
4,5400
|
5,8400
|
7,4580
|
10,2140
|
12,9240
|
|
4
|
1,5332
|
2,1318
|
2,7760
|
3,7460
|
4,6040
|
5,5970
|
7,1730
|
8,6100
|
|
5
|
1,4759
|
2,0150
|
2,5700
|
3,6490
|
4,0321
|
4,7730
|
5,8930
|
6,8630
|
|
6
|
1,4390
|
1,9430
|
2,4460
|
3,1420
|
3,7070
|
4,3160
|
5,2070
|
5,9580
|
|
7
|
1,4149
|
1,8946
|
2,3646
|
2,9980
|
3,4995
|
4,2293
|
4,7850
|
5,4079
|
|
8
|
1,3968
|
1,8596
|
2,3060
|
2,8965
|
3,3554
|
3,8320
|
4,5008
|
5,0413
|
|
9
|
1,3830
|
1,8331
|
2,2622
|
2,8214
|
3,2498
|
3,6897
|
4,2968
|
4,7800
|
|
10
|
1,3720
|
1,8125
|
2,2281
|
2,7638
|
3,1693
|
3,5814
|
4,1437
|
4,5869
|
|
11
|
1,3630
|
1,7950
|
2,2010
|
2,7180
|
3,1050
|
3,4960
|
4,0240
|
4,4370
|
|
12
|
1,3562
|
1,7823
|
2,1788
|
2,6810
|
3,0845
|
3,4284
|
3,9290
|
4,1780
|
|
13
|
1,3502
|
1,7709
|
2,1604
|
2,6503
|
3,1123
|
3,3725
|
3,8520
|
4,2200
|
|
14
|
1,3450
|
1,7613
|
2,1448
|
2,6245
|
2,9760
|
3,3257
|
3,7870
|
4,1400
|
|
15
|
1,3406
|
1,7530
|
2,1314
|
2,6025
|
2,9467
|
3,2860
|
3,7320
|
4,0720
|
|
16
|
1,3360
|
1,7450
|
2,1190
|
2,5830
|
2,9200
|
3,2520
|
3,6860
|
4,0150
|
|
17
|
1,3334
|
1,7396
|
2,1098
|
2,5668
|
2,8982
|
3,2224
|
3,6458
|
3,9650
|
|
18
|
1,3304
|
1,7341
|
2,1009
|
2,5514
|
2,8784
|
3,1966
|
3,6105
|
3,9216
|
|
19
|
1,3277
|
1,7291
|
2,0930
|
2,5395
|
2,8609
|
3,1737
|
3,5794
|
3,8834
|
|
20
|
1,3253
|
1,7247
|
2,0860
|
2,5280
|
2,8453
|
3,1534
|
3,5518
|
3,8495
|
|
21
|
1,3230
|
1,7200
|
2,0790
|
2,5170
|
2,8310
|
3,1350
|
3,5270
|
3,8190
|
|
22
|
1,3212
|
1,7117
|
2,0739
|
2,5083
|
2,8188
|
3,1188
|
3,5050
|
3,7921
|
|
23
|
1,3195
|
1,7139
|
2,0687
|
2,4999
|
2,8073
|
3,1040
|
3,4850
|
3,7676
|
|
24
|
1,3178
|
1,7109
|
2,0639
|
2,4922
|
2,7969
|
3,0905
|
3,4668
|
3,7454
|
|
25
|
1,3163
|
1,7081
|
2,0595
|
2,4851
|
2,7874
|
3,0782
|
3,4502
|
3,7251
|
|
26
|
1,3150
|
1,7050
|
2,0590
|
2,4780
|
2,7780
|
3,0660
|
3,4360
|
3,7060
|
|
27
|
1,3137
|
1,7033
|
2,0518
|
2,4727
|
2,7707
|
3,0565
|
3,4210
|
3,6896
|
|
28
|
1,3125
|
1,7011
|
2,0484
|
2,4671
|
2,7633
|
3,0469
|
3,6739
|
|
29
|
1,3114
|
1,6991
|
2,0452
|
2,4620
|
2,7564
|
3,0360
|
3,3962
|
3,8494
|
|
30
|
1,3104
|
1,6973
|
2,0423
|
2,4573
|
2,7500
|
3,0298
|
3,3852
|
3,6460
|
|
32
|
1,3080
|
1,6930
|
2,0360
|
2,4480
|
2,7380
|
3,0140
|
3,3650
|
3,6210
|
|
34
|
1,3070
|
1,6909
|
2,0322
|
2,4411
|
2,7284
|
3,9520
|
3,3479
|
3,6007
|
|
36
|
1,3050
|
1,6883
|
2,0281
|
2,4345
|
2,7195
|
9,4900
|
3,3326
|
3,5821
|
|
38
|
1,3042
|
1,6860
|
2,0244
|
2,4286
|
2,7116
|
3,9808
|
3,3190
|
3,5657
|
|
40
|
1,3030
|
1,6839
|
2,0211
|
2,4233
|
2,7045
|
3,9712
|
3,3069
|
3,5510
|
|
42
|
1,3200
|
1,6820
|
2,0180
|
2,4180
|
2,6980
|
2,6930
|
3,2960
|
3,5370
|
|
44
|
1,3010
|
1,6802
|
2,0154
|
2,4141
|
2,6923
|
3,9555
|
3,2861
|
3,5258
|
|
46
|
1,3000
|
1,6767
|
2,0129
|
2,4102
|
2,6870
|
3,9488
|
3,2771
|
3,5150
|
|
48
|
1,2990
|
1,6772
|
2,0106
|
2,4056
|
2,6822
|
3,9426
|
3,2689
|
3,5051
|
|
50
|
1,2980
|
1,6759
|
2,0086
|
2,4033
|
2,6778
|
3,9370
|
3,2614
|
3,4060
|
|
55
|
1,2997
|
1,6730
|
2,0040
|
2,3960
|
2,6680
|
2,9240
|
3,2560
|
3,4760
|
|
60
|
1,2958
|
1,6706
|
2,0003
|
2,3901
|
2,6603
|
3,9146
|
3,2317
|
3,4602
|
|
65
|
1,2947
|
1,6686
|
1,9970
|
2,3851
|
2,6536
|
3,9060
|
3,2204
|
3,4466
|
|
70
|
1,2938
|
1,6689
|
1,9944
|
2,3808
|
2,6479
|
3,8987
|
3,2108
|
3,4350
|
|
80
|
1,2820
|
1,6640
|
1,9900
|
2,3730
|
2,6380
|
2,8870
|
3,1950
|
3,4160
|
|
90
|
1,2910
|
1,6620
|
1,9867
|
2,3885
|
2,6316
|
2,8779
|
3,1833
|
3,4019
|
|
100
|
1,2901
|
1,6602
|
1,9840
|
2,3642
|
2,6259
|
2,8707
|
3,1737
|
3,3905
|
|
120
|
1,2888
|
1,6577
|
1,9719
|
2,3578
|
2,6174
|
2,8598
|
3,1595
|
3,3735
|
|
150
|
1,2872
|
1,6551
|
1,9759
|
2,3515
|
2,6090
|
2,8482
|
3,1455
|
3,3566
|
|
200
|
1,2858
|
1,6525
|
1,9719
|
2,3451
|
2,6006
|
2,8385
|
3,1315
|
3,3398
|
|
250
|
1,2849
|
1,6510
|
1,9695
|
2,3414
|
2,5966
|
2,8222
|
3,1232
|
3,3299
|
|
300
|
1,2844
|
1,6499
|
1,9679
|
2,3388
|
2,5923
|
2,8279
|
3,1176
|
3,3233
|
|
400
|
1,2837
|
1,6487
|
1,9659
|
2,3357
|
2,5882
|
2,8227
|
3,1107
|
3,3150
|
|
500
|
1,2830
|
1,6470
|
1,9640
|
2,3330
|
2,7850
|
2,8190
|
3,1060
|
3,3100
|