بخشی از مقاله
خلاصه
پرتوهای ایکس و گامای تولید شده به وسیلهی پرتوهای یون ساز، به هنگام عبور از مواد، جذب شده و انرژی خود را از دست میدهند. حفاظ های ساخته شده در برابر چشمههای تولید شده از تشعشعات نوترونیعموماً از دو لایه تشکیل میشوند: که شامل لایههای از مواد هیدروژن و لایههای از مواد با اتم سنگین میباشند. ویژگی های بتن در برابر جلوگیری از تشعشعات راکتور از جمله ارزانی، شرایط مکانیکی رضایت بخش، مخلوط هیدروژن موجود در آب، قابلیت عدد اتمی بالا، نوع سنگدانه و چگالی بیش از 2600 کیلوگرم بر مترمکعب و… میباشد.
پتانسیل آسیب دیدگی واکنش سیلیس- قلیایی اهمیت ویژهای برای ایمنی ساختمان، دستگاههای پر قدرت هستهای دارد. مشخصات سنگدانه به طور کلی در دو بخش خواص تأثیر گزار بر نسبتهای اختلاط، رفتار بتن تازه و سخت شده مورد بررسی قرار می گیرد. معرفی سنگدانهها از نظر فیزیکی و شیمیایی که منجر به تعریف کانیهای سنگین و نوع چگالی سنگین دانهها میشود. معرفی برخی از سنگدانههای فلزی و مصنوعی که تا به امروزه کار شدهاند . شیوه کار عملی آزمایشگاهی بر روی نمونههای بتن سنگین برای اندازه گیری تضعیف تشعشعات که از منبعهای هستهای تولید میشوند.
بررسی مواد افزودنی به بتن - خاکستر آتشفشانی، دوده سیلیس، سرباره آهن گدازی - در برابر اشعه گاما با ترکیب سنگدانههای - باریت، مگنتیت، هماتیت - که دارای کانی سیلیس هستند امکان به وجود آمدن فرآیند واکنش سیلیس- قلیایی در مخلوط بتن سنگین را در پی دارد.
.1 مقدمه
پرتو ایکس و گاما به هنگام عبور از مواد در اثر پرتوهای یون ساز، جذب شده و یا انرژی خود را از دست میدهند. به خاطر اینکه پرتوهای گاما با الکترون های ماده جاذب بر خورد می کنند. پس هر چقدر الکترونها به ازاء هر اتم و تعداد اتمها در واحد سطح در یک ماده بیشتر باشند، ماده مناسب تری به عنوان محافظ خواهد بود. هم چنین نوترون های سریع باید کند شوند تا بتوان آنها را جذب نمود. بیشتر انتقال انرژی وقتی رخ میدهد که نوترونها با هستهی اتم هیدروژن برخورد بکنند، بنابراین در حفاظ گذاری در برابر نوترون ها از مواد هیدروژن دار مانند آب یا پارافین استفاده میشود. پس کند شدن نترون ها می تواند در اثر جذب در مواد جاذب، از بین رفته و ایجاد پرتوهای گامای آنی بکند که این مورد نیز در موقع حفاظ گذاری نوترون ها می بایست مد نظر قرار گیرد. حفاظ چشمهای نوترونی عموماً از دو لایه تشکیل میشوند:
الف - لایهای از مواد هیدروژن دار.
ب - لایه ای از مواد با اتم سنگین مثل سرب.
به عنوان مثال بتن به دلیل ساختار فیزیکی خود و نیز وجود آب در آن می تواند به عنوان حفاظ نوترونی معرفی گردد.[1] اما بتن ممکن است از انواع مختلف سیمان و نیز پوزولان ها، مواد مضاف، گوگرد، مواد افزودنی، پلیمرها، الیاف و غیره تهیه شود. همچنین در نحوهی ساخت آن ممکن است از حرارت، بخار آب، اتوکلاو، خلاء، فشارهای هیدرولیکی و متراکم کننده های مختلف استفاده شود.[2]ک ه هرکدام از این موارد می توانند در نفوذپذیری یا نفوذناپذیری بتن در برابر تشعشعات تأثیر داشته باشند.که در این موارد یاد شده به تأثیر مواد افزودنی هم چون دوده سیلیس، سرباره آهن گدازی و خاکستر بادی در بتن سنگین با سنگدانههای باریت، مگنتیت و هماتیت پرداخته می شود. در این پژوهش سعی شده علاوه بر معرفی بتن سنگین تأثیر فرآیند واکنش سیلیس- قلیایی1 در نفوذ تشعشعات نیز بیان شود.
.2 بتن سنگین
بتن با مواد خاص مختلف به طور گسترده برای محافظت از راکتور به دلیل ارزانی - دسترسی به مصالح بتن، راحت و کم هزینه است - و ویژگیهای مکانیکی رضایت بخش از آن استفاده می شود. آن معمولا مخلوطی از هیدروژن و هسته ای نسبتأ با عدد اتمی بالا است و از این رو هر دو در جذب اشعه گاما و کند کردن سریع نترونها در حالت ارتجاعی و غیر ارتجاعی کارآمد دارند. از طرفی هیدروژن موجود در آب از هیدراتاسیون ملات سیمان برای انرژی حرارتی متوسط نوترونهای سریع کافی است.[3]
مجموعه بتنهایی که حاوی بسیاری از عناصر سنگین هستند نقش مهمی را در بهبود خواص بتن محافظ ایفا می کنند و در نتیجه دارای خواص محافظ خوبی برای تضعیف فوتونها و نوترونها هستند. چگالی بتن سنگین بر اساس وزن مخصوص سنگدانهها و خواص قطعات دیگر بتن تعیین میشود. بتنهایی با وزن مخصوص بالاتر از 2600 کیلوگرم بر مترمکعب بتن سنگین محسوب میشوند و دانههای با وزن مخصوص بیش از 3000 کیلوگرم بر مترمکعب دانههای سنگین وزن مطابق با TSEN 206-1 هستند.
بتن سنگین وزن به طور گسترده به عنوان یک سپر در نیروگاه های هستهای، اتاق رادیولوژی، حمل ونقل و همچنین در ذخیره سازی زبالههای رادیواکتیو استفاده میشود. برای این منظور بتن باید ظرفیت بالایی از چگالی داشته باشد.[4] از طرفی در بتن سنگین، مواد افزودنی میتوانند در حفاظت از تشعشعات تأتیر داشته باشند. مطالعات بیشماری راجع به تأثیر مواد معدنی افزوده برروی قدرت، تراکم و ضریب هدایت حرارت ملات5]و[6، جذب آب[7]، قابلیت نفوذپذیری[8] و مقاومت در برابر خوردگی میلگردهای فولاد در عملکرد بالای بتن سبز[9]، صورت گرفته است.
به علاوه، ترکیب سیمان اصلی در بتنها با مواد معدنی افزوده در درصدهای متفاوت تغییر دهندهی پارامترهای تضعیف تشعشعات هستند. [10] بنابراین موضوع پتانسیل آسیب دیدگی ASR اهمیت ویژهای برای ایمنی ساختمان، دستگاههای پر قدرت هستهای دارد. و مقدار سیلیس فعال یک فاکتور عمده است که تأثیرگذار بر شدت ASR است. باید توجه داشت که نفوذناپذیری بتن در محفظههای راکتور ساختمان، یک حفاظ در برابر آزاد شدن مواد رادیواکتیو در جو است.[11]
.1.2 مشخصات سنگدانهها و اهمیت آنها
به طور کلی، خواص سنگدانه در دو بخش، یعنی براساس خواص تأثیرگذار بر نسبتهای اختلاط، رفتار بتن تازه و سخت شده مورد بحث قرار میگیرند. بخاطر ویژگی های مشترک زیاد بین این دو بخش، مناسبتر است که این خواص را به گروههای زیر، که بر اساس عوامل زیرساختار و فرآوری پایه گذاری شدهاند تقسیم نمود: -1 مشخصات وابسته به تخلخل: چگالی، جذب رطوبت، مقاومت، سختی، مدول الاستیسیته و سلامت - ثبات حجمی - . -2 مشخصات وابسته به عوامل محیطی قبلی و عوامل فرآوری: اندازه دانه، شکل و بافت.-3 مشخصات وابسته به ترکیب شیمیایی و کانی: مقاومت، سختی، مدول الاستیسیته و مواد زیانآور موجود .[12]
.2.2 معرفی سنگدانه سنگین مورد استفاده در بتن سنگین
اکثر سنگدانههای معدنی طبیعی، مانند شن و ماسه دارای چگالی حجمی بین1500 تا1700کیلوگرم بر مترمکعب هستند و تولید بتن با وزن معمولی، با وزن مخصوصتقریباً 2400 کیلوگرم بر مترمکعب است. برای نیازهای خاص، سنگدانهها با چگالی سبکتر یا سنگینتر میتوانند برای ساخت بتنهای سبک و سنگین بکار روند.
به طور کلی، سنگدانههایی با چگالی حجمی کمتر از 100 کیلوگرم بر متر مکعب سنگدانه سبک و بیشتر از2100 کیلوگرم بر متر مکعب سنگدانه سنگین نامیده میشوند.[12] کانیهای سنگین: ذرات ریز و با چگالی بالایی هستند که چگالی بیشتری نسبت به کانیهای دیگر دارند که تنوع و فراوانی این کانی ها زیاد است. طبق تعریف کانی، کانیهای سنگین اجزای تشکیل دهنده سنگدانههای سنگین هستند.[13] سنگین دانهها با جرم مخصوص زیاد در ساخت بتن سنگین به منظور سپر پرتوهای هستهای به کار میروند این سنگدانهها در دو نوع طبیعی - باریت، مگنتیت، هماتیت، لیمونیت، ایلمنیت، سرپانتین و - … و مصنوعی - آهن، فولاد، فروفسفرها و - … وجود دارند.
مهمترین عناصری که بتن سنگین را از بقیه بتنها متمایز میکند نوع سنگدانههای این بتن است که با توجه به خواص فیزیکی، مکانیکی و شیمیایی آنها و نوع کاربرد بتن، مورد استفاده قرار می گیرند . مهندسینی که نیاز به بتن سنگین با کاربرد مورد نظرشان داشته باشند حتی المقدور باید با برخی از این سنگدانهها که تا به امروز استفاده شدهاند آشنایی داشته باشند. بیشتر سنگدانههای استفاده شده در بتن سنگین از سنگ فلزات - فلزات واسطه- فلزات ضعیف- فلزات قلیایی خاکی- شبهه فلزات و فلزات ضعیف - هستند. در این پژوهش سعی شده است برخی از این سنگدانهها معرفی شوند. جداول - 1 - تا - 4 - کانی های تشکیل دهنده سنگدانههای سنگین را نشان میدهد.
جدول -1 مشخصات فیزیکی و شیمیایی یکی از مهم ترین کانی های سرب.[15]
