Inżynier i Fizyk Medyczny 2/2016 vol. 5
radiologia
/
radiology
83
artykuł
/
article
Betony podane badaniom spełniają naj-
bardziej popularną klasę wytrzymałości
betonu C30/37 i nadają się do pełnienia
funkcji konstrukcyjnej w budynkach. Moż-
na zauważyć istotną różnicę w gęstości be-
tonów, co wpływa na lepsze właściwości
osłonowe przed promieniowaniem gam-
ma w przypadku betonu magnetytowego.
Warto jednak mieć na uwadze, że wraz ze
zwiększeniem gęstości betonu zwiększa
się parcie mieszanki na deskowanie wymuszające jego większą
wytrzymałość, a także możliwa jest segregacja mieszanki przy
zachowaniu odpowiedniej urabialności pozwalającej na ukła-
danie przy pomocy pompy. W oparciu o składy przedstawione
w tabeli 1 oraz dane dotyczące składów chemicznych poszcze-
gólnych składników obliczono składy atomowe badanych beto-
nów, które zamieszczono w tabeli 2.
Badania przeprowadzono w laboratorium Wydziału Fizyki i In-
formatyki Stosowanej Uniwersytetu Łódzkiego w dwóch ukła-
dach pomiarowych z użyciem detektora helowego, który zlicza
liczbę neutronów termicznych za przegrodą betonową (Rys. 1).
W pierwszym układzie pomiarowym źródło Pu-Be oddalono od
kanału, który nie był już osłonięty blachą kadmową. W efekcie
praktycznie wszystkie neutrony prędkie emitowane przez źródło
przed dotarciem do próbki były spowolnione do neutronów ter-
micznych przez atomy wodoru w składzie parafiny znajdującej się
w bloku pomiędzy źródłem a próbką. W drugim układzie próbkę
umieszczanowkanale osłoniętymblachą kadmową, która pochła-
nia większość neutronów termicznych emitowanych przez źródło
Pu-Be. W efekcie do próbki dochodziły jedynie neutrony prędkie.
Aby wyeliminować wpływ wilgotności próbek [3-4] i uzyskać
wyniki zależne tylko od składu atomowego betonu, badania
przeprowadzono dla cylindrycznych wałków z otworem w środ-
ku na licznik helowy, które przed pomiarem zostały wysuszone
do stałej masy. Wyniki badań przedstawiono w postaci bez-
względnej wartości zmiany liczby zarejestrowanych neutronów
termicznych wobec tła
Wcp
oraz współczynnika tłumienia
µ
po-
kazano na wykresach poniżej. Dla pomiarów przy wiązce neutro-
nów termicznych
Wcp
można bezpośrednio interpretować jako
skuteczność osłabiania wiązki, gdyż jego wartość wskazuje, jaki
procent neutronów z wiązki pierwotnej został zatrzymany przez
przegrodę (Rys. 2). Wartość spadku liczby zarejestrowanych neu-
tronów termicznych wskazuje na to, że betony ciężkie magnety-
towe znacznie lepiej pochłaniają tego rodzaju promieniowanie
– wartość
Wcp
około 90% dla betonu ciężkiego Mwobec 70% dla
betonu zwykłego (Z). Co ciekawe, w przypadku betonu zwykłe-
go dodatek epoksydu miał lekki wpływ na wzrost skuteczności
absorpcji neutronów termicznych – z 69,2 do 77,7%, ale dla beto-
nu magnetytowego zmiany takiej nie zaobserwowano.
Powyższy wynik potwierdzają obliczone współczynniki tłu-
mienia (Rys. 3), których wartości są zbliżone do wartości otrzy-
mywanych z symulacji komputerowych [5].
Interpretacja wartości
Wcp
dla pomiaru przy wiązce neutro-
nów prędkich jest inna (Rys. 4). W tym przypadku obserwowano
wzrost liczby zarejestrowanych neutronów termicznych. Jest to
efekt spowolnienia (termalizacji) neutronów prędkich, ale nale-
ży przy tym pamiętać, że część spowolnionych neutronów jest
od razu absorbowana przez beton. W związku z powyższym nie
można jednoznacznie stwierdzić, czy beton zwykły (Z), który ma
największą wartość
Wcp
w drugim pomiarze spowalnia neutro-
ny prędkie najskuteczniej. Być może beton magnetytowy (M)
spowalnia taką samą lub większą liczbę neutronów prędkich co
beton zwykły (Z), ale z racji, że absorbuje neutrony termiczne
z prawie 90-procentową skutecznością (co wynika z pomiaru
w pierwszym układzie), większość z tych spowolnionych neu-
tronów jest od razu absorbowana przez beton i ostateczna
detekcja liczby neutronów przez licznik helowy jest mniejsza.
Zaskakujący jest jednak wynik dla betonów modyfikowanych
Tabela 1
Skład betonów poddanych badaniu oraz ich podstawowe właściwości
Typ
betonu CEM I42,5
Woda
Żwir
2/16
Magnetyt
8/20
Magnetyt
0/8
Piasek
0/2
Żywica
epoksyd.
Gęstość
[kg/m
3
]
fc [MPa]
Z
380
152
1345
-
-
576
-
2,38
49,9
ZE
380
152
1345
-
-
576
38
2,31
38,0
M
380
152
-
2260
350
576
-
3,61
56,9
ME
380
152
-
2260
350
576
38
3,45
42,1
Tabela 2
Skład atomowy betonów
Typ
betonu
H
O
Fe
Si
Al
Ca
K
Na
P
S
Cl
Mg
C
Z
0,14 47,63 2,74 28,47 7,00
7,69
0,74
1,25
-
0,22
0,01
4,11
-
ZE
0,82 49,02 2,56 26,52 6,52
7,16
0,69
1,16
-
0,20
0,01
3,83
1,52
M
0,10 33,09 50,24 8,53
0,48
6,48
0,18
0,19
0,45
0,17
0,01
0,09
-
ME
0,17 32,92 49,70 8,44
0,48
6,41
0,18
0,18
0,44
0,17
0,01
0,09
0,82
Rys. 1
. Układy pomiarowe do zliczania liczby neutronów termicznych za przegrodą betonową: a) pomiar przy wiązce
neutronów prędkich, b) pomiar przy wiązce neutronów termicznych
a)
b)
