فرآيند طراحي و ساخت بتن هاي ويژه حفاظ تابش هاي هسته اي (نوترون و گاما)

امروزه درجهان و از جمله در كشور ما استفاده از تكنولوژي هسته اي در زمينه هاي گوناگون نيروگاهي، صنعتي، كشاورزي و پزشكي، هر روز گسترش بيشتري مي يابد . يكي ازمهمترين مسائل دركاربرد فن آوري هسته اي، حفاظت در برابر تابشهاي هسته اي مي باشد تا از اثرات زيان آور زيست محيطي آنها جلوگيري شود . جهت حفاظت در برابر تابشهاي هسته اي ممكن است از مواد گوناگوني نظير سرب، آهن، گرافيت، آب، پلي اتيلن و يا بتن استفاده شود . در بين اين مواد، بتن يكي از مناسب ترين و پركاربرد ترين مصالح براي ساخت حفاظ تابشهاي هسته اي نوترون و گاما مي باشد، زيرا علاوه بر دارا بودن خواص سازه اي مناسب، انتخابهاي متنوعي در استفاده از مواد براي ساخت آن وجود دارد كه منجر به ساخت بتن هائي با چگالي هاي مختلف و با تركيبات متفاوت مي شود . سهولت در ساخت، هزينه كم جهت ساخت و تعمير و نگهداري، از ديگر مزاياي بتن است . در تاسيسات ثابت و بزرگ هسته اي از قبيل نيروگاهها، مراكز پزشكي هسته اي و شتاب دهنده هاي ذرات از بتن براي حفاظت در برابر تابشهاي هسته اي استفاده مي شود . لذا آگاهي از مراحل طراحي و ساخت حفاظ بتني براي تاسيسات هسته اي حائز اهميت مي باشد .
براي طراحي حفاظ بتني در مرحله اول داشتن اطلاعاتي در خصوص مشخصات چشمه ( شامل نوع، طيف انرژي، توزيع مكاني، توزيع زاويه اي و شدت پرتوها ) وحد دز پشت حفاظ، ضروري است . در مرحله بعد، انتخاب ماده، تعيين ضخامت حفاظ، تحليل نتايج از نظر هسته اي، سازه اي و انتقال حرارت، و سپس در صورت وجود گراديان دمائي در حفاظ، آناليز تنشهاي ناشي از گراديان دمائي، انجام مي شود و نياز به خنك شدن توسط هوا، آب يا ساير سيالات، مورد بررسي قرار مي گيرد . در حفاظ بتني خواص فيزيكي و مكانيكي بتن از جمله ضريب تضعيف پرتوها، چگالي، مقاومت فشاري، مقاومت كششي، مدول الاستيسيته، جمع شدگي، خزش، هدايت حرارتي ، همچنين خواص شيميائي شامل نوع و تركيبات سنگدانه و سيمان و مقدار آب شيميائي غير قابل تبخير در بتن با اهميت هستند . همچنين تغيير خواص بتن در اثر شارش پرتوها، خصوصا " در مورد نوترونهاي سريع، يكي از فاكتورهاي تعيين عمر بتن حفاظ مي باشد و بايستي مورد توجه قرار گيرد . براي شبيه سازي ترابرد پرتوها در مواد بكار رفته در حفاظ مي توان از كدهاي كامپيوتري ترابرد پرتوها استفاده كرد . باتوجه به موارد فوق، در اين مقاله ضمن پرداختن به مقدماتي در خصوص انواع پرتوهاي هسته اي و فرآيند برخورد آنها با ماده و چگونگي جذب و تضعيف آنها، به بررسي خواص مورد نياز براي مواد مورد استفاده در حفاظ و مشخصات مورد نياز براي مصالح بتن حفاظ شامل سيمان و سنگدانه هاي ويژه و مراحل طراحي و ساخت بتن ويژه حفاظ پرداخته شده و مشخصات فيزيكي، مكانيكي و هسته اي چند نوع بتن ويژه ارائه گرديده و با بتن معمولي مقايسه شده است