Введение к работе
Актуальность темы. Анализируя литературные источники, посвященные задаче защиты биологических объектов от воздействия нейтронного излучения, можно сделать вывод о том, что универсального нейтро-нозащитного материала пока не создано. Современная защита представляет собой полислойную композицию, каждый из компонентов которой вносит свой вклад в снижение интенсивности излучения до уровня санитарных норм.
Одним из таких компонентов защиты служит материал на основе бо-рированной древесины. Однако, неоднородность макростроения цельной древесины не позволяет гарантировать равномерное распределение атомов бора в ее объеме. Эта задача может быть выполнена при формировании защитных блоков из борированной измельченной древесины, использование которой является рациональным и экономически выгодным в свете положений Перечня критических технологий РФ до 2010 г., которые содержат раздел «Переработка и воспроизводство лесных ресурсов», одобренном правительственной комиссией по научно-инновационной политике, протокол № 1 от 18.01.2002 года.
Для получения нового нейтронозащитного материала в качестве исходного сырья применяется малоиспользуемая древесина мягких лиственных пород: березы, ольхи, осины.
В предлагаемой работе исследованы способы формования защитных блоков, борирования измельченной древесины, пьезотермической обработки прессмасс. Установлены показатели защитных свойств нового материала при воздействии нейтронных потоков малых и средних энергий (до 5 МэВ).
Результаты проведенных исследований расширяют и углубляют представления о процессах деревообработки, а новый защитный материал может найти широкое применение при строительстве объектов ядерной энергетики, защитных сооружений гражданской обороны и контейнеров для перевозки радиоактивных отходов. Таким образом, обоснование технологии изготовления нейтронозащитного материала на основе измельченной древесины, позволяющее расширить возможности глубокой переработки и комплексного использования низкосортной лиственной древесины, является актуальной научно-технической задачей лесопромышленного комплекса.
Цель работы. Разработка научных и технических основ технологии изготовления нейтронозащитного материала из измельченной древесины мягких лиственных пород.
Объекты исследований. Физические явления, технологические процессы и оборудование для формирования нейтронозащитных блоков из измельченной древесины.
Научная новизна работы,
1. Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена способ
ность древесины эффективно снижать энергию нейтронного излучения.
При этом установлено:
снижение энергии потока быстрых нейтронов прямопропорциональ-но плотности защитных блоков из древесных частиц;
поглощение энергии потока тепловых нейтронов обусловлено введением в древесину бора; измельчение древесины способствует равномерному распределению боросодержащих компонентов по объему защитной среды.
2. Сформулированы, обоснованы и математически описаны основные за
кономерности формования защитных блоков из измельченной древеси
ны:
учет деформации прессформы при одноосном уплотнении измельченной древесины позволяет корректировать величину усилий пресса;
взаимосвязь деформаций и давления, возникающего на поверхности прилегания прессовки к прессформе можно определить из условия суммирования абсолютных значений перемещений деформируемых тел в их поперечном сечении.
-
Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена методика расчета процесса экструдирования полых защитных блоков с прямоугольной конфигурацией их поперечного сечения.
-
Экспериментально определены функциональные характеристики ней-тронозащитного материала из измельченной древесины. Обоснована конфигурация нейтронозащитных блоков для формирования сборно-разборных защитных сооружений.
-
Обоснованы критерии эффективности процесса формования нейтронозащитных блоков; полученные математические модели, позволяют управлять процессом и получать продукцию с заданными свойствами.
Научные положения, выносимые на защиту.
-
Математическая модель процесса взаимодействия нейтронных потоков с атомами водорода, концентрация которых обусловлена плотностью блока из измельченной борированной древесины.
-
Анализ последовательных стадий напряженно-деформированного состояния уплотняемой прессмассы, при одноосном уплотнении измельченной древесины в закрытых прессформах.
-
Методика расчета определяющих факторов и производительности процесса при формовании нейтронозащитных блоков полого прямоугольного сечения экструдированием.
-
Результаты экспериментов по определению основных функциональных параметров нового нейтронозащитного материала.
-
Технология формования нейтронозащитных блоков, учитывающая требования равномерного распределения боросодержащих компонентов по объему защитного элемента.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций: приемлемое совпадение результатов теоретических исследований с опытными данными, полученными при проведении экспериментальных исследований; корректные допущения при замене реальных процессов математическими моделями; использование положений теории упругости; апробированные методы решения контактных задач деформируемых материалов; адекватность разработанных моделей реальным процессам.
Значимость результатов исследований для теории и практики.
Для теории имеют значение:
теоретическое и экспериментальное обоснование способности древесины снижать энергию нейтронного излучения;
закономерности процесса взаимодействия нейтронов с борированной древесиной;
математическая модель напряженно-деформированного состояния древесной прессмассы при одноосном прессовании;
методика расчета параметров процесса экструдирования прессмассы при производстве полых деталей прямоугольного сечения.
Для практики имеют значение:
технология и оборудование для изготовления нейтронозащитных блоков из измельченной древесины;
показатели качества нового нейтронозащитного материала и режимы обработки прессмассы;
технические решения, обеспечивающие возможность создания сборно-разборных защитных конструкций для объектов ядерной энергетики;
методики определения производительности технологических процессов формования нейтронозащитных блоков;
нормативные документы для организации производства нового материала для защиты от нейтронного излучения.
Апробация работы. Основные положения диссертации и отдельные ее разделы были заслушаны и одобрены на ежегодных научно-технических конференциях СПб ГЛТАим. СМ. Кирова в 1998-2004 гг; международном лесопромышленном форуме «Лесопромышленный комплекс России XXI
века», СПб, 2003 г; девятой международной выставке - конгрессе «Высокие технологии, инновации, инвестиции» 8-11 июля 2004 г; международной научно-практической конференции «Состояние и перспективы развития современного лесопиления», 23-25 марта 2004 г. СПб ГЛТА.
Реализация работы. Основные результаты работы использованы в учебном процессе Военно-инженерной космической академии им. А.Ф. Можайского.
Публикации. Материалы диссертации опубликованы в статьях.
Результаты исследований отражены в научно-технических отчетах по НИР.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и рекомендаций, приложений, списка литературы, включающего 107 наименований. Общий объем работы 156 страниц, включая 47 рисунков, 25 таблиц.
