Efektywność modyfikacji materiałowej w celu poprawy właściwości osłonowych betonu przed promieniowaniem jonizującym

• Autorzy: Piotrowski Tomasz , Garbacz Andrzej
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawione zostały wyniki pierwszego etapu realizacji projektu NGS-Concrete, którego celem w zakresie optymalizacji materiałowej jest modyfikacja kompozytów na poziomie atomowym, tj. wypełniaczami zawierającymi atomy o właściwościach rozpraszających i absorbujących promieniowanie neutronowe, które spowodują uzyskanie korzystnych właściwości osłonowych bez pogorszenia innych właściwości użytkowych betonu. Pierwszy etap badań obejmował pomiary właściwości osłonowych betonów przed promieniowaniem gamma i neutronowym we wzorcowych polach promieniowania. Równocześnie przeprowadzono symulacje komputerowe metodą Monte Carlo przy użyciu kodu MCNPx. W efekcie uzyskano wyniki symulacyjne i eksperymentalne pozwalające na wiarygodną ocenę efektywności różnych sposobów modyfikacji materiałowych, m.in. dodatków polimerowych, włókien polimerowych czy niekonwencjonalnych dodatków chemicznych, na właściwości osłonowe betonu. Jednocześnie potwierdzono możliwość zastosowania algorytmów symulacji komputerowych metody Monte Carlo do opisu transportu neutronów i promieniowania gamma przez beton.

EN

The paper presents the results of the first phase of the project NGS-Concrete, which aims in material optimization is a modification of the composites at the atomic level; it means by addition of modifiers containing atoms of good scattering and absorbing properties against neutron radiation. As a result the concrete obtain the beneficial properties of shielding without compromising the usability performance of concrete. The first stage of the study included measurements of the shielding properties of concrete against gamma and neutron radiation in the reference radiation fields. At the same time computer simulations of the Monte Carlo method using code MCNPx has been carried out. The results of computer simulation and experimental measurements allow for a reliable assessment of the effectiveness of different ways of materials modification, including polymer additives, polymer fibers, or unconventional chemical additives on the shielding properties of concrete. It has been also confirmed the possibility of using Monte Carlo method algorithms for computer simulation to describe the transport of neutrons and gamma rays through the concrete.

Słowa kluczowe

PL

beton osłonowy; promieniowanie jonizujące; modyfikacja; właściwości osłonowe; symulacja komputerowa

• Wydawca: Stowarzyszenie Producentów Cementu
• Czasopismo: Budownictwo, Technologie, Architektura
• Rocznik: 2023
• Tom: nr 2
• Strony: 62--70
• Opis fizyczny: Bibliogr. 41 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Piotrowski Tomasz

• Politechnika Warszawska

autor

Garbacz Andrzej

• Politechnika Warszawska

Bibliografia

• 1. P. Łukowski, Modyfikacja materiałowa betonu, Wyd. Stowarzyszenie Producentów Cementu, Kraków 2016
• 2. RCC-CW: Design and construction rules for civil works in PWR nuclear islands, AFCEN 2015;
• 3. PN-EN 206:2014-04, Beton - Wymagania, właściwości, produkcja i zgodność
• 4. T. Piotrowski, Wymagania dotyczące betonu w elektrowni jądrowej typu EPR wg ETC-C a normalizacja w Polsce, Materiały Budowlane, 5 (489) 2013, 35-38
• 5. Pohl E., Technika jądrowa w budownictwie, Arkady, Warszawa 1967, s. 263
• 6. Ablewicz Z., Jóźwik B., Budownictwo w technice jądrowej, Arkady, Warszawa 1978, s. 313
• 7. Ablewicz Z., Dubrowski, W.B., Osłony przed promieniowaniem jonizującym, Arkady Warszawa 1986, s. 300
• 8. Sears V.F., Neutron scattering lengths and cross sections, Neutron News, 3, 3 (1992), 29-37
• 9. Kharita M.H., Yousef S., Al Nassar M., The effect of the initial water to cement ratio on shielding properties of ordinary concrete, Progress in Nuclear Energy 52 (5) 2010, 491-493, doi:10.1016/j.pnucene.2009.11.005
• 10. Şahin R., Polat R., İçelli O., Çelik C, Determination of transmission factors of concretes with different water/cement ratio, curing condition, and dosage of cement and air entraining agent, Annals of Nuclear Energy, 38 (7) 2011, 1505-1511, doi:10.1016/j.anucene.2011.03.013
• 11. El-Khayatt A.M., Radiation shielding of concretes containing different lime/silica ratios, Annals of Nuclear Energy 37 (7) 2010, 991-995, doi:10.1016/j.anucene.2010.03.001
• 12. Piotrowski T., Tefelski D.B., Skubalski J., Żak A., Experiments on Neutron Transport through Concrete Member and the Potential for the Use in Material Investigation, Acta Phys Pol A, 128 (2B) 2015, B-13-18, doi:10.12693/APhysPolA.128.B-14
• 13. Piotrowski T., Skubalski J., Analiza zjawiska transportu neutronów przez przegrody betonowe i możliwości jego wykorzystania w badaniach materiałowych, Materiały Budowlane 5 (501) 2014, 94-96
• 14. Piotrowski T., Mazgaj M., Żak A., Skubalski J., Importance of atomic composition and moisture content of cement based composites in neutron radiation shielding, Procedia Engineering, 108, 2015, 616-623, doi:10.1016/j.proeng.2015.06.188
• 15. Mazgaj M., Piotrowski T., Improvement of neutron shielding properties of concrete by innovative material modification, Proc. Int. Symp. „Brittle Matrix Composites 11” A.M. Brandt, J. Olek, M.A. Glinicki, C.K.Y. Leung, J. Lis (ed.), Warsaw September 28-30, 2015, Institute of Fundamental Technological Research, Warsaw 2015, ISBN 978-83-89687-96-8
• 16. Prochoń P., Piotrowski T. Wpływ zawartości wody związanej w zaczynie i zaprawie cementowej na wartość liniowego współczynnika tłumienia promieniowania jonizującego. XX konferencja naukowo-techniczna. Trwałość budowli i ochrona przed korozją - KONTRA. PZITB; 2016, 35-38
• 17. Piotrowski T., Tefelski D.B., Polański A., Skubalski J., Monte Carlo simulations for optimization of neutron shielding concrete, Central European Journal of Engineering, 2(2) 2012, 296-303, doi: 10.2478/s13531-011-0063-0, doi:10.4028/www.scientific.net/AMR.1129.131
• 18. Brandt A.M. Concrete as a shielding material in nuclear energy constructions, Cement Wapno Beton 2, 2013, 115-132
• 19. Brandt A.M., Jóźwiak-Niedźwiedzka D. The influence of ionizing radiation on microstructure and properties of concrete shields - a review, Cement Wapno Beton 4, 2014, 216-237
• 20. Akkurt I., Kilincarslan S., Basyigit C., The photon attenuation coefficients of barite, marble and limra, Annals of Nuclear Energy 31 (5) 2004, 577-582, doi:10.1016/j.anucene.2003.07.002
• 21. Akkurt I., Basyigit C., Kilincarslan S., Mavi B., Akkurt A., Radiation shielding of concretes containing different aggregates, Cement and Concrete Composites 28 (2) 2006, 153-157, doi:10.1016/j.cemconcomp.2005.09.006
• 22. Akkurt I., Elkhayat A., The effect of barite proportion on neutron and gamma-ray shielding, Annals of Nuclear Energy 51 (2013) 5-9, doi:10.1016/j.anucene.2012.08.026
• 23. Akkurt I., Akyıldırıma H., Mavi B., Kilincarslan S., Basyigit C., Radiation shielding of concrete containing zeolite, Radiation Measurements, 45 (7) 2010, 827-830, doi:10.1016/j.radmeas.2010.04.012
• 24. Okuno K., Kawai M., Yamada H., Development of Novel Neutron Shielding Concrete, Nuclear Technology 168 (2) 2009, 545-552
• 25. Seshadri B.S., Transmission measurements of D-T neutrons through gadolinium loaded concrete and polypropylene, Journal of Nuclear Science and Technology, 26 (9) 1989, 881-886, doi: 10.1080/18811248.1989.9734400
• 26. Tefelski D.B., Piotrowski T., Bildeanu V., Polanski A., Skubalski J., Monte-Carlo aided design of neutron shielding concretes, Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences, 61 (1) 2013, 161-171, doi: 10.2478/bpasts-2013-0015
• 27. Türkmen İ., Özdemir Y., Kurudirek M., Demir F., Simsek Ö., Demirboğa R., Calculation of radiation attenuation coefficients in Portland cements mixed with silica fume, blast furnace slag and natural zeolite, Annals of Nuclear Energy, 35 (10) 2008
• 28. Yılmaz E., Baltas H., Kırıs E., Ustabas İ., Cevik U., El-Khayatt A.M., Gamma ray and neutron shielding properties of some concrete materials, Annals of Nuclear Energy 38 (10) 2011, 2204-2212, doi: 10.1016/j.anucene.2011.06.011
• 29. Mahdy M., Speare P.R.S., Abdel-Reheem A.H., Shielding properties of heavyweight, high strength concrete, Proc. of 2nd Material Speciality Conference of the Canadian Society for Civil Engineering, Montreal, Quebec, Canada 5-8 June 2002
• 30. Kharita M.H., Yousef S., Al Nassar M., The effect of carbon powder addition on the properties of hematite radiation shielding concrete, Progress in Nuclear Energy 51 (2) 2009, 388-392, doi:10.1016/j.pnucene.2008.10.0021937-1943, doi:10.1016/j.anucene.2008.03.012
• 31. Gallego E., Lorente A., Vega-Carrillo H.R., Testing of a High-Density Concrete as Neutron Shielding Material, Nuclear Technology 168 (2) 2009, 399-404
• 32. Belyakov V.V., Grigor’ev V.A., Lavdanskii P.A., Remeiko O.A., Khokhlov V.F., Calculation of shielding made of concrete with an increased hydrogen content, Sov Atom Energy, 44, 5 (1978) 526-528
• 33. Belyakov V.V., Grigorev V.A., Kozlov V.V., Lavdanskii P.A., Nazarov V., Shielding characteristics of polymer based concretes in neutron radiation fields Sov At Energy, 43, 4 (1977), 913
• 34. Malkapur S.M., Satdive H., Narasimhan M.C., Karkera N.B., Goverdhan P., Sathian V., Effect of mix parameters and hydrogen loading on neutron radiation shielding characteristics of latex modified concrete mixes, Progress in Nuclear Energy, 83 (8) 2015, 8-12, doi:10.1016/j.pnucene.2015.02.010
• 35. Piotrowski T., Tefelski D.B., Sokołowska J.J., Mazgaj M., Skubalski J., Żak A., Polymers in Concrete - The Shielding against Neutron Radiation, Advanced Materials Research, 1129, 2015, 131-138
• 36. Piotrowski T., Tefelski D.B., Sokołowska J.J., Jaworska B., NGS-Concrete - New Generation Shielding Concrete against Ionizing Radiation - the Potential Evaluation and Preliminary Investigation, Acta Phys Pol A, 128 (2B) 2015, B-9-13, doi:10.12693/APhysPolA.128.B-9
• 37. Piotrowski T., Nowej generacji beton osłonowy przed promieniowaniem jonizującym, Materiały Budowlane 9 (517) 2015, 34-36, doi:10.15199/33.2015.09.10
• 38. Domański S., Gryziński M. A., Maciak M., Murawski Ł., Tulik P., Tymińska K.: Experimental investigation on radiation shielding of high performance concrete for nuclear and radiotherapy facilities, Pol. J. Med. Phys. Eng., Vol. 22, No 2, 2016
• 39. NESCC Report “Concrete Codes and Standards for Nuclear Power Plants: Recommendations for Future Development”, July 2011, p. 48
• 40. Metropolis N., Ulam S., The Monte Carlo method, J Am Stat Assoc 1949;44(247): 335-41
• 41. MCNP6.1/MCNP5/MCNPX: Monte Carlo N-Particle Transport Code System Including MCNP6.1, MCNP5-1.60, MCNPX-2.7.0 and Data Libraries, Los Alamos National Laboratory, Los Alamos, New Mexico, 2013