Conceção de paredes de proteção modulares com placas de PE boratadas

Quando se concebe uma parede de proteção, não se combate apenas a radiação.
Também luta contra espaço, orçamento, e futuras actualizações.

É aí que paredes de proteção modulares com folhas de PE boratadas entrar.
Obtém-se uma proteção sólida contra neutrões, uma instalação limpa e, mais tarde, ainda se pode ajustar a parede como se fossem blocos de Lego e não como se fosse betão vazado.

Índice

Porquê utilizar placas de polietileno boratado para paredes de blindagem modulares

Polietileno (PE) já tem uma grande vantagem: está cheio de hidrogénio.
O hidrogénio abranda os neutrões rápidos. Depois adicionamos boro ao PE. O boro “come” os neutrões térmicos.

Assim polietileno boratado (PE boratado) funciona da seguinte forma:

Parte PE: abranda os neutrões rápidos
Parte de boro: captura neutrões lentos
Resultado: menos fluxo de neutrões, menos dores de cabeça no seu mapa de doses

Em comparação com o betão pesado apenas, as folhas de PE boratadas:

são isqueiro
são fácil de maquinar (corta-se, fura-se, fresa-se como qualquer outro plástico)
são modular - pode tratá-los como painéis e não como uma parede monolítica

Segue-se uma comparação simples que pode ser apresentada a um engenheiro ou responsável pela segurança.

Tabela 1 - Propriedades típicas: Folha de PE simples vs 5% boratada

Imóveis	Folha de PE simples (típica)	5% Folha de PE boratada (típica)	O que significa para si
Densidade ρ (aprox.)	~0,94 g/cm³	~1,05-1,10 g/cm³	O PE boratado é um pouco mais pesado, mas ainda assim leve
Teor de hidrogénio	Elevado	Elevado	Ambos abrandam os neutrões rápidos
Teor de boro (em peso)	0	~5%	O PE boratado capta neutrões térmicos
Maquinabilidade	Bom	Bom	Fresagem, perfuração e corte CNC, tudo OK
Espessura típica da chapa	10-50 mm	10-70 mm	Empilhar as folhas para obter a espessura pretendida
Utilização típica	Proteção geral de PE, estrutural	Camada de proteção contra neutrões	Utilizar PE boratado quando a dose de neutrões é importante

É que o material em si não é exótico.
É que PE + boro, mas utilizado de forma inteligente no interior da sua parede de proteção.

Parâmetros-chave de projeto para paredes de blindagem modulares em PE boratado

Fonte de radiação e espetro de neutrões

Antes de introduzir qualquer modelo 3D no CAD, é preciso ter em atenção estes pontos:

Qual é a fonte? LINAC, isótopo, linha de feixe de investigação ou outra coisa qualquer?
O que é o espetro de energia dos neutrões? Apenas rápido ou de largo espetro?
Que limites de dose são necessários fora da parede (regulamento + regra do hospital/da fábrica)?

Se não se conhecer o espetro, corre-se o risco de uma conceção excessiva ou de uma conceção insuficiente, ambas muito dolorosas mais tarde.

Teor de boro em folhas de polietileno boratado

Nem sempre é necessário o mesmo teor de boro.
Demasiado baixo, a captura de neutrões é fraca. Demasiado elevado, o custo e a densidade aumentam e a maquinagem pode tornar-se menos favorável.

Tabela 2 - Opções de teor de boro em chapas de PE boratadas (concetual)

Nível de boro (em peso)	Caso de utilização típico	Prós	Compensações
~2% B	Projectos sensíveis aos custos, paredes espessas permitidas	Melhor do que o simples PE, bom ponto de partida	Captura de neutrões não tão forte como a do 5%
~5% B	Camada de proteção normal contra neutrões em paredes modulares	Bom equilíbrio: desempenho vs peso vs manuseamento	Muitas vezes, a escolha ideal em muitas salas
10-30% B	Segurança de criticidade, espaço muito apertado, pontos quentes	Captura térmica de neutrões muito forte	Mais pesadas, mais caras, para utilizações mais especiais

O mesmo acontece em muitos projectos “normais” de linac ou de laboratório, 5% PE boratado é como se fosse o grau de trabalhador.
Se tiver um “ponto quente” ou um orçamento curto de TVL perto de uma linha de feixe, então o grau de boro elevado pode entrar na discussão.

Espessura do painel e acumulação de camadas

Em vez de perguntar “Preciso de 150 mm?”, pode pensar da seguinte forma:

Utilizar aço / chumbo / betão pesado para manusear gama / raios X
Utilizar PE boratado para manusear neutrões e radiação gama secundária da captura

Depois é que se decide:

Espessura total de PE boratado (por exemplo, 100-150 mm, dependendo do cálculo/simulação)
Número de camadas (por exemplo, 4 × 25 mm em vez de 1 × 100 mm)
Como empilhá-los numa estrutura modular

Este conceito de camada：
Pode sempre acrescentar mais uma camada de PE boratado se uma futura atualização tornar a viga mais forte.

Construção de paredes de proteção modulares com painéis de PE boratado

Agora passamos dos números para hardware real.
A conceção modular significa que as pessoas no local podem instalar, reconfigurar e reparar sem grandes obras de construção civil.

Tamanho do painel, juntas e fixação

As folhas de PE boratado típicas são fornecidas em tamanhos de placa semelhantes aos de outros plásticos de engenharia. Por exemplo:

cerca de 1000 × 500 mm, 1200 × 2400 mm, e tamanhos de corte personalizados
espessura de 10 mm até 50-70 mm para uma camada

Numa parede modular que lhe interessa:

Conceção conjunta - utilizar juntas de sobreposição, juntas macho e fêmea ou juntas em degrau, em vez de juntas de “topo” rectas
Sem caminhos de transmissão - é outra gíria industrial que se ouve muito (ninguém quer uma “autoestrada de neutrões” a atravessar a parede)
Fixação mecânica - parafusos, suportes ou armações que não esmaguem a folha e não deixem grandes espaços

Uma vez que o PE boratado continua a ser uma base de PE, é possível maquiná-lo de forma semelhante ao UHMWPE ou ao HDPE.
Se já comprou tábuas de chão da Dongxing Rubber, conhece a sensação: sólida, resistente, mas fácil de cortar à medida ou de abrir uma ranhura.

Combinação de PE borado com aço, chumbo ou betão

Em muitas instalações modernas, a parede é como uma sanduíche:

Pele exterior ou interior: chapa de aço ou folha de chumbo
Núcleo: folhas de PE boratadas
Talvez com betão ou blocos pesados atrás

Esta construção híbrida ajuda-o:

bloquear os fotões com aço/chumbo
retardar e capturar neutrões com PE boratado
manter a espessura e o peso globais sob controlo

E como a peça de PE boratado é modular, pode ajustar a disposição com base na sua mapa de doses após a entrada em funcionamento.

Casos práticos de utilização: De salas de Linac a paredes de proteção temporárias

Vamos olhar para algumas cenas típicas, não apenas teoria：

Atualização da sala de linac do hospital
- O velho muro de betão é quase suficiente, mas não totalmente.
- Acrescenta-se uma estrutura modular no interior e reveste-se com painéis de PE boratado e talvez mais uma camada de aço.
- Se uma direção apresentar uma dose mais elevada, basta reforçar essa secção com painéis suplementares e não toda a divisão.
Linha de feixe de investigação com layout variável
- O equipamento desloca-se, as portas de feixe mudam, o “temporário” torna-se “semi-permanente”.
- As paredes modulares de PE boratado permitem-lhe construir uma proteção local contra neutrões em torno de novos pontos quentes sem ter de despejar um novo labirinto de betão todos os anos.
Proteção temporária durante a entrada em funcionamento ou a manutenção
- É possível montar ecrãs de PE boratado autónomos, por vezes combinados com carrinhos de aço.
- Quando o trabalho termina, basta desmontar e guardar os módulos. A parede vai para o armazém e não para o aterro.

Em todos estes casos de utilização, flexibilidade é a palavra-chave.
O betão é para sempre; os painéis modulares de PE boratado são mais como hardware que pode ser afinado.

Como o fabricante de borracha e UHMWPE da Dongxing apoia seu projeto

Dongxing Rubber, através de uhmwpe-manufacturer.com, já funciona como um Fabricante de produtos plásticos de engenharia de alto desempenho.

A Dongxing Rubber concentra-se em:

personalização para módulos de blindagem OEM/ODM
venda por grosso a granel para grandes projectos de radiação
amostragem rápida (dias, não meses) e resposta rápida, pelo que o seu ciclo de conceção é mais curto

Assim, quando planeia a sua próxima parede de blindagem modular com placas de PE boratado, não se limita a escolher um material.
Escolhe um parceiro que pode transformar esse material em painéis reais e bem ajustados que se encaixam na sua estrutura e simplesmente funcionam.

Talvez a parte da simulação seja complexa, mas o hardware não precisa de o ser.