文档介绍：第1章绪论
研究背景
防辐射混凝土又称为防射线混凝土、原子能防护混凝土、屏蔽混凝土、核反应堆混凝土或重混凝土。作为原子能反应堆、粒子加速器及含放射源装置的防护材料, 它能有效的屏蔽原子核辐射, 即射线,一般指α、β、γ、χ等射线和中子辐射。核技术自诞生以来便得到迅速的发展,目前已在如核电、军事、教育、科研、医疗等众多领域得到了广泛的应用, 然而其安全性一直是困扰其进一步发展的关键。众所周知,原子核反应产生的大量如α、β、γ、χ射线和中子射线能够诱发癌症、白血病和多发性骨髓癌、大胸恶性肿瘤、甲状腺技能紊乱、不育症、流产和生育缺陷等多种人类绝症以及诱发植物的基因变异, 危害农作物的生长, 而且其潜伏期长,短时间内无法得知。因此,为防止射线对人体的伤害,在建造有辐射源的建筑时,必须设置防护体。水泥混凝土是目前使用最为广泛的射线防护材料, 主要用于制作核反应堆的内外壳以及核废料的固化处理。虽然在核工业问世的50年里,尚未出现一例核事故是因为屏蔽工程所引起的, 但是核事故一旦发生,将会造成灾难性的破坏。1986年4月,前苏联的切尔诺贝利核泄漏事故酿成了使大半个欧洲受害, 2500平方公里的土地不能居住,10万人不得不大迁移的悲剧,死伤也不计其数。2011年,日本大地震导致的核泄漏事故,再次上演了这一悲剧,再次敲响了警钟。中国在1992 年发表科学技术白皮书——中国科学技术政策指南指出: 不仅要研究开发先进压水堆和固有安全压水堆技术以及先进的核燃料循环技术, 其中包括压水堆反应屏蔽及核废料后处理和贮存技术; 在建材工业一节中更是明确指出: 开发研究适用于核工业核电站发展的新型防护材料。近十年来美国、俄罗斯等多国政府也早已认识到这一问题的重要性, 并加大了研究核反应堆射线防护技术、核废料后处理技术以及新型防辐射材料的开发力度。因此, 对于建材行业来说, 开发研究新型、经济、安全合理的防辐射混凝土及其核肥料固化材料, 具有重大战略意义和深远的社会意义[1]。
当前核技术的安全性问题主要包括两个方面, 其一, 如何提高防辐射混凝土的射线屏蔽性能; 其二,如何安全处理日益增多的核废料。自前苏联于1954年建成世界上第一座核电厂以来,至今全世界已有核电厂400多座,核废料的排放量在与日俱增。据估计全世界核电放射性废物排放量已累计超过4×108 m 3,我国在今后十年中每年也将产生核废物7×105 m 3,而由于目前所使用的核废料水泥固化材料的抗渗出性能差,核废液渗入地下水,给人类的健康造成了巨大的危害,有关这类事件屡见不鲜。
另外,从当前的国际形势来看,总体和平,却是一种力量平衡下的“和平”,世界格局是总体和平与局部战争的相互平衡。人类自阶级社会产生以来,各类战争就没有间断过。“核技术将被越来越多的国家所掌握”的事实意味着,核战争爆发的可能性尽管很小,但还是存在的。此外,常规战争随时可能爆发。从国内局势来看,我国及周边地区仍存在重多不稳定因素。故我国新建人防工程必须面对这种挑战[2]!
本研究是根据当今人防工程及核电站防辐射工程面临的挑战,针对我国目前和将来在大型人防工程和核电站建设中所遇到的关键性技术问题而进行的研究与探讨,对目前及将来的人防工程和核电站建设具有重要的理论意义和实用意义!
国内外防辐射研究现状
防辐射混凝土一般要防止的是α、β、γ、χ射线和中子流。由于α、β射线穿透能力低, 易被吸收, 甚至很小的厚度的防护材料也能完全挡住它们, 因此表面防护材料本身就可以防护, 从防护的角度来看, 可以忽略。在设计中最重要的是考虑对γ射线和中子射线的屏蔽。因此, 防辐射混凝土结构主要问题是α、β、γ、χ射线和中子射线的防护。而γ射线穿透能力强, 通常通过高密度建筑材料时, 其能量能被减弱, 达到一定密度和厚度时, 可完全被吸收。中子射线是由不带电核的微粒组成, 具有高度的穿透能力, 其中可分为快速中速和慢速中子, 因为它们的防护机理不一样, 所以对于中子射线的防护只考虑材料的密度大还达不到目的。防止中子射线屏蔽不仅含重元素, 而且必须含充分数量的轻元素。目前国内外防辐射混凝土技术主要分为两个方面:
(1)采用磁铁矿石、褐铁矿石或重晶石作粗细集料, 同时引入充分数量的结晶水和含硼、锂等轻元素的化合物及其掺和料。该方法是目前使用最为广泛的一种, 其特点是密度高的粗细集料可以屏蔽射线, 含轻元素的化合物有效捕捉中子且不形成二次射线, 射线屏蔽作用较好。但是由于采用密度大的材料做集料, 易离析, 混凝土施工性能差, 水泥水化热大, 混凝土易开裂, 耐久性差, 核废料的固化安全效果差。
(2)应用高性能混凝土技术, 掺加矿物掺合料, 降低混凝土水灰比, 减少混凝土收缩率, 提高混凝土的密实性和混凝土抗开裂能力。如