بخشی از مقاله
چکیده
در پژوهش حاضر خواص کامپوزیت ژئوپلیمری جاذب نوترون مورد بررسی قرار گرفت. به منظور تشکیل فاز ژئوپلیمر، هیدروکسید سدیم و سیلیکات سدیم به عنوان فعال کننده به زمینه خاکستر آتشفشانی کوه تفتان به عنوان منبع آلومینوسیلیکاتی اضافه شد. برای بهبود خواص جذبی کامپوزیت، به میزان 5 تا 10 درصد وزنی خاکستر آتشفشانی، کاربید بور به مواد اولیه افزوده شد. برای تشکیل فاز ژئوپلیمر، ترکیبات فوق در دمای 65 درجه سانتی گراد به مدت 24 ساعت درون آون قرار گرفت.
به منظور کامل شدن فرایند تشکیل ژئوپلیمریزاسیون ترکیب حاصل به مدت هفت روز در دمای محیط نگهداری شد. در نهایت آنالیز XRD، FTIR ، آزمون فشار و آزمون جذب نوترون انجام شد. نتایج به دست آمده از آنالیز XRD وجود فاز آمورف مربوط به ژئوپلیمرها و نتایج آنالیز FTIR وجود شبکه ژئوپلیمری را تایید کرد. پس از انجام آزمون فشار مقاومت فشاری نمونههای ژئوپلیمری38 مگاپاسکال بدست آمد که افزودن کاربید بور سبب کاهش این مقاومت فشاری میشود. نتایج آزمون جذب نوترون حاکی از این است شدت پرتوهای خروجی به میزان 90 درصدکاهش یافته است.
مقدمه
امروزه در جهان و به ویژه در کشور ما استفاده از تکنولوژی هستهای در زمینه های گوناگون نیروگاهی، صنعتی، کشاورزی، پزشکی، هر روز گسترش بیشتری مییابد. یکی از مهمترین مسائل در کاربرد فناوری هسته-ای، حفاظت در برابر تابشهای هستهای می باشد تا از اثرات زیان آور زیست محیطی آنها جلوگیری شود. از دیدگاه محافظت، همه تابشها و ذرات از اهمیت یکسانی برخوردار نیستند، زیرا میزان نفوذ و تاثیر گذاری آنها بر مواد مختلف از جمله بافت زنده برابر نیست.
در بحث حفاظت در برابر اشعه، تابش های نوترون و گاما از اهمیت ویژه ای برخوردارند، زیرا به دلیل بدون بار بودن می توانند ضخامت های نسبتا زیادی از حفاظ را پشت سر گذاشته و در افزایش میزان دز در بیرون حفاظ مشارکت داشته باشند.[1] طراحی یک حفاظ مناسب و موثر در مقابل ذرات، نیازمند انتخاب مواد و پیکربندی مناسب و در نظر گرفتن ضخامت لازم برای آنها است.[2] این امر ارتباط تنگاتنگی با بهینه سازی حفاظ از نظر وزن، حجم، بهای تمام شده، در دسترس بودن و ملاحظاتی از این قبیل دارد. این ملاحظات به طور مطمئن بر انتخاب مواد و در نتیجه بر طراحی نهایی حفاظ تاثیر خواهد گذاشت. با وجود این، معمولاً نمیتوان حفاظی طراحی کرد که تمام موارد را ارضا نموده و از همه نظر بهینه باشد.
معمولاً برای مقاصد علمی یکی از موارد به عنوان هدف اصلی در نظر گرفته شده و سایر اهداف در کنار آن، به سمت بهینه شدن تنظیم می شوند. در حالت کلی حفاظت در برابر نوترون ها مشکل تر از حفاظت در برابر ذرات باردار و گاما است. بهترین حفاظ برای نوترون ها موادی با وزن اتمی کم و برای پرتوهای گاما موادی با وزن اتمی زیاد است. هنگام عبور باریکه نوترون ها از حجم زیاد ماده، شدت باریکه در اثر واکنش های هسته ای کاهش می یابد و بخشی از نوترون ها از باریکه حذف می شوند 1]و.[3 نوترونها ذراتی هستند با جرم تقریبا برابر جرم پروتون و بدون بار الکتریکی که بر خلاف پروتونها در حالت آزاد هم واپاشی میکنند.
نوترونها را برحسب انرژی آنها به اشکال مختلف تقسیم بندی میکنند که یکی از آنها به شرح زیر است: نوترونهای سریع، با انرژی جنبشی بیشتر از 0.1 Mev و نوترونهای با انرژی متوسط، با انرژی بیشتر از نوترونهای حرارتی و کمتر از نوترونهای سریع میباشند. نوترونهای حرارتی با انرژی بسیار کم که در دمای 20 درجه سانتی گراد در تعادل با مولکولها یا اتمهای محیطی هستند که در آن قرار دارند. نوترونهای حرارتی سرعت متوسط 2200m/s و متناظر با انرژی 0/025 ev دارند.[4] فرایند کندسازی نوترونهای سریع در اثر پراکندگی کشسان نوترون توسط عناصر سبک انجام می پذیرد.
هیدروژن بهترین کند کننده نوترونهای تند میباشد. بور و ترکیبات آن نیز به دلیل داشتن سطح مقطع بالای جذب نوترون های حرارتی در حفاظت از اشعه های نوترونی کاربرد های زیادی دارد.[1] نوترون جزء امواج الکترومغناطیس نیست، لذا برخوردی با الکترونهای ماده جاذب نخواهند داشت. نوترون پس از نفوذ به داخل ماده، مسیر خود را تا به هنگامی که به هسته یک اتم برخورد کند، ادامه میدهد. بطور کلی این برخورد از نوع پراکندگی کشسان، ناکشسان و یا جذب میباشد. تضعیف نوترون در ماده نیز به صورت نمایی است و از فرمول زیر تبعیت میکند:
رابطه - 1 -
که در آن سطح مقطع میکروسکوپیک برخورد نوترون با هسته یک اتم بر حسب سانتی متر، N تعدا اتم-های ماده جاذب بر حسب سانتی متر مکعب و x ضخامت ماده جاذب بر حسب سانتی متر است. حاصل ضرب در N را سطح مقطع ماکروسکوپیک مینامند و آن را با نشان میدهند. واحد سطح مقطع ماکروسکوپیک، عکس واحد طول است.[4]
معرفی ژئوپلیمرها
اصطلاح ژئوپلیمر در دهه 1970 توسط دانشمند و مهندس فرانسوی، پروفسور جوزف داویووچ ابداع شدو به گروهی از مواد جامد سنتز شده به وسیله واکنش بین پودر آلومینوسیلیکات و محلول قلیایی اطلاق داده میشود. این مواد در ابتدا به عنوان یک جایگزین برای پلیمرهای ترموست آلی جهت افزایش مقاومت در برابر آتش به دنبال یک سری آتش سوزیها در اروپا ارائه شد. منابع آلومینوسیلیکاتی در سنتز ژئوپلیمرها شامل کائولن، متاکائولن، نرمه خاکستر، سربارههای متالورژیکی و کانیهای آلومینوسیلیکاتی میباشند.
محلولهای فعال کننده مورد استفاده معمولا سیلیکات سدیم یا پتاسیم میباشند که میتوان همراه با آنها از هیدروکسید سدیم یا پتاسیم نیز استفاده نمود. در حقیقت ژئوپلیمرها یک جایگزین ارزان برای کامپوزیتهای سیمانی میباشند، زیرا مواد مورد استفاده برای تولید آنها نسبت به سیمانهای مرسوم ارزان بوده و به وفور یافت میشوند. همچنین محدوده دمایی تولید آنها به مراتب پایین تر از سیمان و پلاستیک میباشد.
