PE borato vs acqua/cemento/piombo: Pro, contro e pile ibride

Quando si inizia a progettare una vera schermatura dalle radiazioni, si nota subito una cosa:
nessun materiale può fare tutto il lavoro.

Il polietilene borato (PE borato), l'acqua, il calcestruzzo e il piombo sembrano tutti “standard” nei disegni. Ma si comportano in modo molto diverso se si tiene conto del rateo di dose, dei punti caldi, dello spazio di installazione e del budget per la schermatura.

Di seguito illustreremo il funzionamento di ciascun materiale e parleremo di stack ibridi intelligenti da utilizzare nei progetti.

Panoramica dei materiali per la schermatura dalle radiazioni

Per la progettazione di scudi, di solito ci si preoccupa di tre cose:

• Neutroni (veloce + termico)
• Raggi gamma (compresi i gammi di cattura)
• Cose del mondo reale: peso, spessore, installazione, servizio a lungo termine

Ecco una semplice tabella di confronto che potete mostrare al vostro team. I numeri sono valori di riferimento tipici da raggiungere simile attenuazione dei neutroni in un caso di prova comune. Non si tratta di dati di progettazione esatti, ma la tendenza è corretta e utile.

Proprietà del materiale e spessore richiesto

Si capisce quindi perché il PE borato è così popolare:
sottile, leggero e molto efficace per i neutroni.

Dongxing Rubber si concentra su questo tipo di prodotti in PE ad alte prestazioni. Abbiamo già eseguito lavorazioni simili per estrusione e lastre per Lastre e fogli di UHMWPE e HDPE, parafanghi, cuscinetti per stabilizzatori, tappetini per il terreno e protezioni per il tiro di pratica dell'hockey, Per questo motivo il passaggio ai gradi borati per le pareti di schermatura è un passo naturale.

Prestazioni della schermatura neutronica in polietilene borato

Il PE borato è fondamentalmente polietilene + composto di boro (spesso 5-10% in peso).
L'idea è semplice:

• Idrogeno in PE rallenta i neutroni veloci
• Boro (B-10) cattura i neutroni termici e termina la storia

Perché agli ingegneri piace il PE borato

Si ottengono alcuni vantaggi molto pratici:

• Alta efficienza neutronica
  I pannelli sottili riducono già di molto il flusso di neutroni, soprattutto per la gamma termica ed epitermica.
• Peso inferiore
  Circa 1,0-1,1 g/cm³, più facile per l'installazione e il retrofit.
• Facilità di lavorazione
  È possibile segare, forare, tracciare e svasare come le altre lastre in PE. Non ci sono strumenti assurdi.
• Design modulare
  È possibile realizzare pannelli a incastro, blocchi ad incastro, porte scorrevoli, carrelli mobili, ecc.

Nei lavori reali si usa il PE borato:

• Come rivestimento interno su pareti in calcestruzzo
• All'interno porte della botte di neutroni
• Intorno scarichi di fasci di acceleratori
• Come blocchi di schermatura locale intorno ai punti critici rilevati dall'indagine sulle dosi

In Dongxing Rubber vediamo esigenze di movimentazione simili in prodotti per piste di ghiaccio e pastiglie per esercitazioni: lastre di grandi dimensioni, resistenza agli urti, superficie liscia, planarità precisa. Lo stesso controllo del processo è utile quando si richiedono lastre borate stabili per la schermatura.

Se desiderate altre schede dedicate al boro, potete anche consultare le nostre schede piastre in polietilene al piombo e boro e soluzioni in fogli di polietilene borato per progetti di schermatura personalizzati.

Caratteristiche della schermatura neutronica dell'acqua

L'acqua è il classico scudo neutronico. È economica, facile da capire e funziona bene per rallentare i neutroni.

Pro:

• Molto buono moderazione dei neutroni (alto contenuto di idrogeno)
• Il materiale è di per sé economico e diffuso ovunque
• Buono per volumi enormiPiscine per il combustibile esaurito, piscine dei reattori, serbatoi di stoccaggio.

Contro:

• Esigenze serbatoi, rivestimenti, strutture per tenerlo
• Rischio di perdite, corrosione, contaminazione
• Difficile da utilizzare in spazi ristretti o in piccoli interventi di retrofit
• Necessita di uno spessore maggiore rispetto al PE borato per lo stesso lavoro con i neutroni.

Quindi, se si progetta una nuova struttura con grandi opere civili, i muri d'acqua e le piscine possono sembrare perfetti.
Ma quando si vuole un pannello a parete sottile, asciutto e pulito, l'acqua diventa molto scomoda.

Proprietà di schermatura delle radiazioni del calcestruzzo

Il calcestruzzo è il cavallo di battaglia della maggior parte dei disegni. Offre:

• Struttura + schermatura in un unico corpo
• Decente attenuazione gamma
• Un certo rallentamento dei neutroni, perché contiene acqua ed elementi leggeri.

Tuttavia, il calcestruzzo è pesante e poco flessibile:

• Se si ha bisogno di una schermatura neutronica più forte, spesso si deve ricorrere a molto spesso
• Una volta versato, è difficile e costoso cambiarlo.
• Il carico sul pavimento può essere enorme per le pareti alte

Ecco perché molti ingegneri oggi ragionano in questo modo:

“Lasciate che il cemento faccia la struttura e un po' di schermatura.
Allora lasciamo che sia Borated PE a fare il lavoro fine dei neutroni”.”

Un dettaglio tipico è:

• Parete in calcestruzzo da 300-600 mm
  • 25-100 mm Rivestimento interno in PE borato, fissato con dispositivi di fissaggio meccanici

In questo modo, si continua a utilizzare le opere civili standard, ma si può regolare la prestazione di radiazione in un secondo momento con rivestimenti in plastica di fornitori come Dongxing Rubber.

Proprietà di schermatura gamma del piombo

Il piombo è molto denso e ottimo per gamma. Ma per i neutroni è quasi “trasparente”.

Cosa fa bene il piombo:

• I fogli sottili offrono già una forte attenuazione gamma
• Buono per celle calde, sale PET/CT, laboratori di radiografia, ecc.
• Facile da combinare con acciaio, porte o armadietti

Cosa fa male il piombo:

• Quasi nessuna moderazione o cattura di neutroni
• Pesante, quindi cerniere, pareti e soffitto sono sottoposti a un carico elevato.
• Tossici, quindi preoccupati per la manipolazione, le polveri, i rifiuti e le normative.

Per questo motivo, il piombo diventa un specialista nella pila:
si usa per catturare i raggi gamma e per catturare i gamma, non per combattere i neutroni.

Progettazione di stack di schermatura ibridi per neutroni e raggi gamma

La maggior parte dei layout moderni finisce con pile ibride. Si combinano i materiali per controllare sia i neutroni che i raggi gamma, pur rispettando lo spazio, il peso e il budget.

Ecco tre idee comuni di stack che potete proporre rapidamente in una riunione interna.

Sistema di pareti in calcestruzzo + PE borato

• Strato esterno: calcestruzzo spesso (struttura, schermatura di base)
• Strato interno: Piastre in PE borato, bullonate o ancorate

Utilizzarlo quando:

• Costruite o avete già bunker in cemento
• Si desidera migliorare le prestazioni del neutrone senza ricostruire la parete
• È necessaria una buona stabilità a lungo termine e una manutenzione semplice

Dongxing Rubber può fornire lastre borate tagliate su misura, in modo simile a come fornisce tappeti di terra UHMWPE personalizzati e tappeti stradali di protezione del suolo: Taglio CNC, bordi smussati, fori svasati, semplice installazione in loco.

Pannello sandwich PE borato + piombo

• Lato sorgente: PE borato (lento + assorbe i neutroni)
• All'esterno: foglio di piombo (gestire i gammi dalla cattura e dalla fonte primaria)

Utilizzarlo quando:

• Avete neutroni misti + gamma campi, come intorno ad alcune sorgenti di neutroni
• Lo spazio è limitato e si vogliono prestazioni elevate in uno stack sottile
• È necessario scudi mobili o porte mobili

Il gergo tipico del settore è “PE-lead sandwich” o “stack-up panel”.
Potreste anche sentire i tecnici dire “prima il PE morde i neutroni, poi il piombo raccoglie i gammi”.

Scudi e carrelli modulari leggeri

Per lavori di manutenzione o hot spot temporanei è possibile:

• Costruire Blocchi di PE borato su telai in acciaio
• Aggiungi piccole maschere di piombo dove la gamma è ancora alta
• Indossare il tutto rotelle per un facile spostamento

Qui si sente davvero il vantaggio della plastica:

• Peso inferiore a quello del calcestruzzo
• Nessun rischio di perdite d'acqua
• È possibile lavorare il pannello per adattarlo a tubature, valvole e passacavi.

Scelta dei materiali di schermatura per progetti reali

Quando vi sedete con il vostro team, la domanda non è “quale materiale è il migliore”.
La domanda è piuttosto:

• Che cosa è radiazione dominante qui, neutroni o gamma?
• Quanto spazio abbiamo per le pareti o per i carrelli?
• Che cosa è carico del pavimento e il limite della struttura dell'edificio?
• Quanto è facile per noi installare, modificare o ampliare più tardi?

Un modo semplice di pensare:

• Se i neutroni sono importanti e lo spazio è ristretto → Il PE borato deve essere presente nella pila
• Se la gamma è pesante → aggiungere piombo o uno strato ad alta Z
• Se avete bisogno di una struttura → lasciate che calcestruzzo o acciaio portare il carico, non la plastica da sola
• Se desiderate una soluzione flessibile e modulare → andate più su blocchi e pannelli in PE borato

Per Dongxing Rubber, questo si adatta alla nostra posizione di base come azienda di produttore di prodotti in plastica ad alte prestazioni.
Abbiamo già utilizzato lastre in UHMWPE e HDPE, tamponi per parafanghi, tamponi per stabilizzatori, Protezione del suolo e tappeti stradali, prodotti per piste di pattinaggio e personalizzati Prodotti in PP/PE. Lo stesso Servizi OEM/ODM La mentalità funziona per il PE borato: ascoltiamo il vostro disegno di schermatura, poi tagliamo, foriamo e assembliamo i pannelli in modo che il vostro team in loco non perda tempo.

Non è necessario progettare un “materiale perfetto”.
Si progetta un combinazione intelligente di materiali e lasciare che ognuno svolga il lavoro che gli compete.
Si dà il caso che il PE borato sia molto efficace nella parte neutronica di questa storia, ed è per questo che sempre più ingegneri lo inseriscono nelle loro schermature ad acqua/cemento/piombo come strato chiave.