Введение. На сегодняшний день во многих сферах жизнедеятельности человека используются различные энергетические установки, в том числе и те установки, при работе которых возможно испускание ионизирующего излучения различной природы. Ионизирующее излучение - это излучение, энергия которого достаточна для ионизации облучаемой среды (например, тканей тела человека). Человек может столкнуться со следующими разновидностями ионизирующего излучения: электромагнитное (рентгеновское и гамма-излучение) и корпускулярное (альфа-излучение, бета-излучение, нейтронное и протонное излучение, позийтронное излучение и пр.), а также облучением от радиоактивных газов, таких как радон, торон, актинон (образуются в горных породах и минералах при альфа-распаде естественных радиоизотопов радия). Ионизирующее излучение, в отличие от других видов излучений, к примеру, таких как ультрафиолетового, светового, инфракрасного, микроволнового способно вызывать различные физико-химические изменения в клетках организма, вплоть до необратимых [1–2].
И действительно, различные энергетические установки уже широко применяются не только на ядерно-энергетических объектах, но и во многих производственных процессах, медицине. В медицине на сегодняшний день применяют несколько видов радиотерапии: системная лучевая терапия (это лечение облучением всего организма, которое применяется, в частности в терапии злокачественных опухолей щитовидной железы); брахитерапия – лечение внутреннем облучением (метод основан на облучении пораженного органа изнутри с помощью радиоактивных веществ, которые находятся в имплантатах); наружная радиотерапия (источник радиации воздействует на определенную часть организма снаружи); различные рентгенологические диагностические методы. Человек использует в своей жизнедеятельности -дефектоскопы, много разновидностей радиационных приборов технологического контроля, радиационные g-установки, ускорители заряженных частиц, g-терапевтические установки, бортовые атомные электростанции, радионуклидные источники тепловой и электрической энергии, энергоблоки [3–4].
Использование такого большого количества радиационных приборов и установок в жизнедеятельности, конечно выдвигает на первый план проблему обеспечения высокой степени биологической защиты, организации безопасной работы рабочего и обслуживающего персонала с таким оборудованием, а также контакта с таким оборудованием лиц из населения при строгом выполнении требований обеспечения современных норм радиационной безопасности [3–4].
Целью настоящей работы является обзор результатов исследований и последних разработок в области создания современных композиционных радиационно-защитных материалов строительного назначения, способных обеспечить необходимый уровень биологической защиты при эксплуатации вышеперечисленного оборудования.
Основная часть. На сегодняшний день в области радиационно-защитного материаловедения используются такие традиционные материалы как: железосодержащие и вольфрамсодержащие (ослабляют потоки фотонного излучения); свинецсодержащие (ослабляют фотонное излучение); боросодержащие (поглощают тепловые нейтроны); тяжелые и серпентинитовые бетоны (наиболее широко распространенный строительный радиационно-защитный материал); гидриды металлов [4].
Кроме вышеперечисленных широко используемых радиационно-защитных материалов также в мировой практике широко использовались и такие полимер содержащие материалы как: отечественный материал "Неутростоп" (представляет собой защитные блоки, которые изготавливаются из полиэтилена высокой чистоты с определенными добавками и предназначены для защиты от нейтронного и гамма-излучения); зарубежный материал "Pb-B-Poly" (представляющий комбинацию свинца и бора в полиэтилене, содержит водород для торможения быстрых нейтронов, бор для захвата тепловых нейтронов и свинец для подавления гамма-излучения); зарубежный материал "Light-Lead" (предназначеный для защиты от гамма-излучения, представлял собой смесь свинца в инертном полимере); зарубежные гибкие свинцовые обмотки "Lead Blanket" (материал представляет собой гамма-защитный эластомер с высоким содержанием свинца) [4].
В последнее время были разработаны новые виды материалов, которые состоят из двух и более разнородных компонентов, обладающих различными физико-химическими и механическими свойствами. Такие композиционные материалы проектируются на разных основах: полимерных, бетонных, металлических основах. Это и кремнийсодержащие материалы, полимерные композиционные материалы, материалы на основе термопластичных эластомеров, на основе бетонных и металлических матриц и пр. [5–21]. Многие такие композиционные материалы обладают и радиационно-защитными свойствами. Наполнителями таких радиационно-защитных композитов могут быть органосилоксановые материалы, железорудные породы КМА (на магнетитовой и гематитовой основе), термостойкие нанотрубчатые наполнители, нанопорошки вольфрамата свинца, наполнители на основе стальной и чугунной дроби и пр. [22–34].
Известны и такие радиационно-защитные материалы, как: защитные строительные бетоны на основе магнезий и цементов; материалы на основе порошка металлических отходов вольфрама и оксидов диспрозия, гадолиния, церия; полиэтиленсодержащие материалы с аморфным бором, гидроокиси алюминия, бромсодержащие ароматические соединения; на основе смеси каучуков с металлосодержащими наполнителями из оксидов висмута и оксидов редкоземельных элементов легкой и средней группы; жидкого стекла, кремнефтористого натрия, сульфата бария; бутадиенового или бутадиен-нитрильного и дивинилстирольного каучуков, фторопласта-4 и агидола; диметилсилоксанового каучука, катализатора - диэтилдикаприлата олова (IV) в растворе тетраэтоксисилана и наполнителя, содержащего смесь оксидов сурьмы (III) и иттрия; кремнийсодержащего низкомолекулярного каучука, диэтилдикаприлата олова (IV), оксида сурьмы (III), оксида иттрия и оксидов редкоземельных элементов; нефтяного дорожного битума с молотыми отходами оптического стекла; цемента, железорудного концентрата и баритового наполнителя; глетглицеринового цемента, оксида свинца, сажи и стального волокна; гипсосодержащих отходов промышленности и др. [4].
В последнее время интересным и перспективным направлением в области строительно-радиационного материаловедения является разработка новых видов композиционных материалов, на основе металлических алюминиевых матриц и железосодержащих наполнителей. Из композиционных материалов на основе металлических алюминиевых матриц возможно изготовление не только облицовочных материалов, но и сами несущие строительные конструкции, которые могут подвергаться кроме высоких механических воздействий интенсивному воздействию ионизирующего излучения и неоднократным знакопеременным температурным колебаниям [18, 21, 35–44].
Использование алюминия в качестве матрицы позволит придать материалу такие свойства как высокие значения теплопроводности и отражения тепловых потоков, свойства пластичности и стойкости к агрессивным средам, обеспечит монолитность конструкции, минимальную усадку при монтаже и эксплуатации защиты, водонепроницаемость и газонепроницаемость, коррозийную стойкость. Строительные конструкции на основе таких композиционных материалов способны сопротивляться внешним нагрузкам до 700 МПа, выдерживают 40 циклов нагрева до температуры 660 °С и резкого его охлаждения, 24 цикла нагрева до температуры 700 °С и резкого его охлаждения, 11 циклов нагрева до температуры 900 °С и резкого его охлаждения без изменения их геометрии (в случае отсутствие внешних нагрузок) и без образования микротрещин на их поверхности. Такие материалы стабильны по основным физико-механическим свойствам при облучении его потоками быстрых электронов с энергией до 6,2 МэВ с поглощенной дозой до 2 МГр и гамма-излучением с энергией до 1,2 МэВ с поглощенной дозой до 10 МГр [3-4, 42, 44].
Выводы. В данной статье дан обзор современных композиционных радиационно-защитных материалов, имеющие различную матричную основу и наполнители. Многие из таких материалов являются облицовочными. Для строительно-радиационной отрасли актуальным вопросом является использование радиационно-защитных материалов, способных нести значительные нагрузки, которые можно использовать в качестве несущих конструкций. Одними из таких материалов являются композиты на основе алюминиевых матриц с железосодержащими наполнителями, которые обладают высокими физико-механическими и радиационно-защитными характеристиками. Материалы с такими свойствами можно рассматривать в альтернативу традиционно используемых в строительстве бетонных и кирпичных конструкций.
