Д. Л. Бродер, Л. Н. Зайцев, Μ. М. Комочков,
В. В. Мальков, В. С. Сычен
БЕТОН В ЗАЩИТЕ ЯДЕРНЫХ УСТАНОВОК
АТОМИЗДАТ МОСКВА 1960
ОТ АВТОРОВ
Важнейшая составная часть современной ядерной установки — эффективная биологическая защита, предохраняющая человека от воздействия радиоактивных излучений. Хорошо спроектированная и выполненная защита обеспечивает безопасную эксплуатацию ядерных установок и дает возможность наиболее полно и гибко использовать их для исследовательских целей. Плохо спроектированная защита может стать серьезным источником помех при проведении опытов, ограничить экспериментальные возможности или снизить качество исследований.
Строительство большого числа атомных электростанций, различных ядерных энергетических установок, исследовательских реакторов и ускорителей заряженных частиц ставит задачи, одна из которых — создание дешевой биологической защиты, удовлетворяющей соответствующим требованиям экспериментальной физики и обеспечивающей надежность эксплуатации.
Для различных установок требования, определяющие конструкцию и состав материалов биологической защиты,— это минимальная стоимость, минимальные вес или габариты, обеспечение достаточной прочности и др. Например, биологическая защита реакторов атомных электростанций должна иметь минимальную стоимость, так как экономичность установки является основным фактором, влияющим на стоимость вырабатываемой электроэнергии.
К защите исследовательских реакторов, ускорителей заряженных частиц, а также транспортных установок предъявляются требования минимальности габаритов и веса. Это вызвано (в случае исследовательских реакторов и ускорителей) необходимостью получать интенсивные пучки нейтронов или гамма-квантов на выходе экспериментальных каналов, проложенных в биологической защите.
В зависимости от предъявляемых требований выбираются и материалы биологической защиты.
Наилучшими защитными свойствами в отношении эффективности замедления и поглощения смешанного гамма- и нейтронного излучений обладают различные смеси веществ с малым атомным весом, преимущественно содержащие водород и металлы.
Однако такая защита менее экономична, чем защита из бетонов, представляющих собой смесь элементов с малым и средним атомным весом. Благодаря этому свойству бетоны чаще других материалов применяются для биологической защиты атомных электростанций и даже некоторых транспортных реакторов (например, для части защиты реакторов на атомном ледоколе «Ленин» и на атомном грузо-пассажирском судне «Саванна»). Даже в тех случаях, когда требование минимальности габаритов стоит не на последнем месте, применяют защиту из бетона. Так, большинство исследовательских реакторов и ускорителей имеет защиту из тяжелых и особо тяжелых бетонов. Бетоны сочетают в себе свойства, которые делают их эффективными в строительстве биологической защиты. Это хорошие конструктивные материалы, обладающие достаточной прочностью и удовлетворительными теплофизическими и технологическими показателями.
При конструировании биологической защиты возникает проблема правильного подбора вида бетона, который наиболее рационально использовать в различных частях атомной установки и который наилучшим образом соответствует назначению установки в целом. Кроме того, необходимо достаточно точно рассчитать ослабление выбранной бетонной защитой различных излучений, возникающих в установке. Обе задачи тесно связаны друг с другом.
В настоящее время имеются достаточно точные методы расчета биологической защиты, однако они трудоемки и, как правило, требуют применения электронно-счетных машин. Приближенная методика расчета защиты применительно к бетонам разработана менее подробно, поэтому авторы поставили себе цель — дать читателям приемы и способы, которые позволят быстро оценить варианты защиты.
В книге расчетные положения тесно связаны с инженерно- техническими проблемами проектирования и сооружения защиты.
Логическая схема книги такова, что она как бы повторяет этапы расчета защиты и выбора для нее типа бетона. В связи с этим краткое содержание каждой главы изложено в разд. 1.3 гл. 1.
Особое место в книге занимает описание методов расчета биологической защиты ускорителей высоких энергий. Это объясняется, с одной стороны, тем, что физика защиты мощных ускорителей менее разработана, чем физика защиты реакторов. С другой стороны, защитные конструкции таких ускорителей велики по объему и составляют весьма ощутимую часть всех капитальных затрат на строительство установки.
Авторы выражают глубокую благодарность профессору А. Н. Комаровскому и доценту В. Б. Дубровскому за ценные советы и рекомендации при подготовке рукописи к изданию, а также очень признательны А. В. Кудрявцевой, А. М. Туголукову и В. С. Киселеву за помощь при некоторых расчетах.
В разработке вопросов влияния количества бора в бетоне на толщину защиты реактора принимал участие П. А. Лавданский.
