Радиационно-защитные свойства ячеистого баритсодержащего бетона

В современной практике для защиты медицинского персонала от воздействия ионизирующих излучений применяются материалы, обладающие высокой плотностью и массой, что пагубно сказывается на технико-экономических показателях возведения подобных конструкций. В данной работе рассмотрена возможность применения ячеистого баритсодержащего бетона в качестве материала конструкции радиационной защиты медицинских помещений. Главной задачей такого подхода является снижение массы защитной конструкции при сохранении требуемых эксплуатационных характеристик. Методом математического моделирования, исходя из данных об элементных составах и плотностях исследуемых материалов, определены радиационно-защитные характеристики баритсодержащего ячеистого бетона, предназначенного для ослабления интенсивности излучения в соответствии с существующей нормативно-технической документацией. Проведен расчет допустимой кратности ослабления фотонного излучения, возникающего в результате работы аппарата с цифровой обработкой информации, для ограждающих конструкций помещения постоянного пребывания персонала и для смежных помещений. Определены линейные коэффициенты ослабления фотонного излучения, необходимые толщины и масса единицы площади защитных конструкций. Полученные результаты сравнивались с аналогичными показателями конструкций из стандартного бетона, применяемого для защиты рентгенологических кабинетов от ионизирующих излучений. Снижение плотности материала приводит к снижению радиационно-защитных характеристик, однако при увеличении толщины конструкции из рассматриваемого материала можно добиться снижения массы конструкции, необходимой для достижения нормативных радиационно-защитных показателей. Наибольшего эффекта удается достичь при экранировании излучений мощностью 0,02–0,1 МэВ. В этом диапазоне мощностей можно добиться снижения массы ограждающей конструкции на 28–59%. При мощности излучения 0,2–3 МэВ снижение массы составляет 2–8%.

С.В. САМЧЕНКО, д-р техн. наук, профессор, заведующая кафедрой строительного материаловедения,
М.Г. БРУЯКО, канд. техн. наук, доцент,
Н.В. НОВИКОВ, инженер (аспирант) (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.)

Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (129337, г. Москва, Ярославское ш., 26)

1. Онищенко Г.Г., Романович И.К. Основные направления обеспечения радиационной безопасности населения Российской Федерации на современном этапе // Радиационная гигиена. 2014. Т. 7. № 4. С. 5–22.
1. Onishchenko G.G., Romanovich I.K. The main directions of ensuring the radiation safety of the population of the Russian Federation at the present stage Radiatsionnaya gygiena. 2014. Vol. 7. No. 4, pp. 5–22. (In Russian).
2. Балонов М.И., Голиков В.Ю., Звонова И.А., Кальницкий С.А., Репин В.С., Сарычева С.С., Чипига Л.А. Современные уровни медицинского облучения в России // Радиационная гигиена. 2015. Т. 8. № 3. С. 67–79.
2. Balonov M.I., Golikov V.Yu., Zvonova I.A., Kalnitsky S.A., Repin V.S., Sarycheva S.S., Chipiga L.A. Modern levels of medical exposure in Russia. Radiatsionnaya gygiena. 2015. Vol. 8. No. 3, pp. 67–79. (In Russian).
3. Онищенко Г.Г., Попова А.Ю., Романович И.К., Водоватов А.В., Башкетова Н.С., Историк О.А., Чипига Л.А., Шацкий И.Г., Репин Л.В., Библин А.М. Современные принципы обеспечения радиационной безопасности при использовании источников ионизирующего излучения в медицине. Ч. 1. Тенденции развития, структура лучевой диагностики и дозы медицинского облучения // Радиационная гигиена. 2019. Т. 12. № 1. С. 6–24. DOI: https://doi.org/10.21514/1998-426X-2019-12-1-6-24
3. Onischenko G.G., Popova A.Yu., Romanovich I.K., Vodovatov A.V., Bashketova N.S., Istorik O.A., Chipiga L.A., Shatsky I.G., Repin L.V., Biblin A.M. Modern principles of the radiation protection from sources of ionizing radiation in medicine. Part 1: Trends, structure of x-ray diagnostics and doses from medical exposure. Radiatsionnaya gygiena. 2019. Vol. 12. No. 1, pp. 6–24. (In Russian) https://doi.org/10.21514/1998-426X-2019-12-1-6-24
4. Yıldız A., Köse E., Demirtaş Ö.C. Analysis of precautions taken for protection from X-rays in a hospital in Gaziantep in the context of workplace health and safety. Journal of Radiation Research and Applied Sciences. 2022. Vol. 15. No. 4. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jrras.2022.08.004
5. Ташлыков О.Л., Щеклеин С.Е., Хомяков А.П., Русских И.М., Селезнев Е.Н. Расчетно-экспериментальное исследование гомогенных защит от гамма-излучения // Ядерная и радиационная безопасность. 2015. № 3 (77). С. 17–24.
5. Tashlykov O.L., Shcheklein S.E., Khomyakov A.P., Russkikh I.M., Seleznev E.N. Computational and experimental study of homogeneous protection against gamma radiation. Yadernaya i radiatsionnaya bezopasnost’. 2015. No. 3 (77), pp. 17–24. (In Russian).
6. Abu Al Roos N.J., Amin N.A.B., Zainon R. Conventional and new lead-free radiation shielding materials for radiation protection in nuclear medicine: A review. Radiation Physics and Chemistry. 2019. Vol. 165. DOI: https://doi.org/10.1016/j.radphyschem.2019.108439
7. Ташлыков О.Л., Щеклеин С.Е., Лукьяненко В.Ю., Михайлова А.Ф., Русских И.М., Селезнев Е.Н., Козлов А.В. Оптимизация состава радиационной защиты // Известия высших учебных заведений. Ядерная энергетика. 2015. № 4. С. 36–42. DOI: 10.26583/npe.2015.4.04
7. Tashlykov O.L., Shcheklein S.E., Lukyanenko V.Yu., Mikhailova A.F., Russkikh I.M., Seleznev E.N., Kozlov A.V. Optimization of the composition of radiation protection. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Yadernaya energetika. 2015. No. 4, pp. 36–42. (In Russian). DOI: 10.26583/npe.2015.4.04
8. Daungwilailuk T., Yenchai C., Rungjaroenkiti W., Pheinsusom P., Panwisawas C., Pansuk W. Use of barite concrete for radiation shielding against gamma-rays and neutrons. Construction and Building Materials. 2022. Vol. 326. DOI: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2022.126838
9. Akkurt I., Basyigit C., Kilincarslan S., Mavi B. The shielding of γ-rays by concretes produced with barite. Progress in Nuclear Energy. 2005. Vol. 46. No. 1, pp. 1–11. DOI: https://doi.org/10.1016/j.pnucene.2004.09.015
10. Saidani K., Ajam L., Ouezdou M. B. Barite powder as sand substitution in concrete: Effect on some mechanical properties. Construction and Building Materials. 2015. Vol. 95, pp. 287–295. DOI: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2015.07.140
11. Luković J., Biljana B., Bučevac D., Prekajski M., Pantić J., Baščarević Z., Matović B. Synthesis and characterization of tungsten carbide fine powders. Ceramics International. 2015. Vol. 41. No. 1. Part B, pp. 1271–1277. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2014.09.057
12. Duran S.U., Küçüköğmeroğlu B., Çiriş A., Ersoy H. Gamma-ray absorbing characteristic of obsidian rocks as a potential material for radiation protection. Radiation Physics and Chemistry. 2022. Vol. 199. DOI: https://doi.org/10.1016/j.radphyschem.2022.110309
13. Алфимова Н.И., Пириева С.Ю., Федоренко А.В., Шейченко М.С., Вишневская Я.Ю. Современные тенденции развития радиационно-защитного материаловедения // Вестник Белгородского госу-
дарственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2017. № 4. С. 20–25. DOI: 10.12737/article_58e24bcd42faa5.10006763
13. Alfimova N.I., Pirieva S.Yu., Fedorenko A.V., Sheichenko M.S., Vishnevskaya Ya.Yu. Modern trends in the development of radiation-protective materials science. Vestnik of the Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov. 2017. No. 4, pp. 20–25. (In Russian) DOI: 10.12737/article_58e24bcd42faa5.10006763
14. Костылев В.А., Наркевич Б.Я. Медицинская физика. М.: Медицина, 2008. 464 c.
14. Kostylev V.A., Narkevich B.Ya. Meditsinskaya fizika [Medical physics]. Moscow: Medicine. 2008. 464 p.
15. Reda S.M., Saleh H.M. Calculation of the gamma radiation shielding efficiency of cement-bitumen portable container using MCNPX code. 2021. Progress in Nuclear Energy. Vol. 142. DOI: https://doi.org/10.1016/j.pnucene.2021.104012
16. Cherkashina N., Gavrish V., Chayka T. Experiment – calculated investigation of composite materials for protection against radiation. Materials Today: Proceedings. 2019. Vol. 11. Part 1, pp. 554–560. DOI: https://doi.org/10.1016/j.matpr.2019.01.028
17. Şensoy A., Gökçe H. Simulation and optimization of gamma-ray linear attenuation coefficients of barite concrete shields. Construction and Building Materials. 2020. Vol. 253. DOI: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.119218
18. Lakshminarayana G., Kumar A., Dong M., Sayyed M., Long N.V., Mahdi M. Exploration of gamma radiation shielding features for titanate bismuth borotellurite glasses using relevant software program and Monte Carlo simulation code. Journal of Non-Crystalline Solids. 2018. Vol. 481, pp. 65–73. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2017.10.027
19. Baltas H., Sirin M., Celik A., Ustabas I., El-Khayatt A. Radiation shielding properties of mortars with minerals and ores additives. Cement and Concrete Composites. 2019. Vol. 97, pp. 268–278. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2019.01.006
20. Sayyed M., Askin A., Zaid M., Olukotun S., Khandaker M.U., Tishkevich D.I., Bradley D. Radiation shielding and mechanical properties of Bi₂O₃–Na₂O–TiO₂–ZnO–TeO₂ glass system. Radiation Physics and Chemistry. 2021. Vol. 186. DOI: https://doi.org/10.1016/j.radphyschem.2021.109556
21. Комаровский А.Н. Строительство ядерных установок. М.: Атомиздат, 1969. 503 c.
21. Komarovsky A.N. Stroitel’stvo yadernykh ustanovok [Construction of nuclear installations]. Moscow: Atomizdat. 1969. 503 p.
22. Немец О.Ф., Гофман Ю.В. Справочник по ядерной физике. Киев: Наукова думка, 1975. 414 c.
22. Nemets O.F., Gofman Yu.V. Spravochnik po yadernoi fizike [Handbook of nuclear physics]. Kyiv: Naukova Dumka. 1975. 414 p.