Биологическая защита

Работа ядерного реактора связана с интенсивным радиоактивным излучением, причем наибольшую опасность для личного состава подводной лодки, а также для различных приборов и аппаратуры представляют нейтронное и у-излучения. При решении проблемы биологической защиты подводных лодок необходимо учитывать основные требования: защита должна быть эффективной, легкой и компактной.

Биологическая защита наземных атомных установок и транспортных судов отличается значительным весом. На атомном грузо-пассажирском судне «Саванна», например, суммарный вес защиты превышает 2100 т.

Для уменьшения веса биологической защиты подводных лодок американские конструкторы применяют так называемый «теневой» способ ее размещения. Защиту реакторного отсека при этом делят на полную и частичную. Полная биологическая защита отделяет реакторный отсек от жилых помещений и постов управления подводной лодки. На первых атомных подводных лодках, где жилые помещения расположены в. носовой и кормовой оконечностях, полная защита установлена на обеих поперечных переборках реакторного отсека; вес ее достигает 30— 35% веса всей энергетической установки. На подводных лодках более поздней постройки полная биологическая защита установлена лишь на носовой переборке реакторного отсека, а на кормовой переборке и палубе — частичная защита, так как личный состав находится в соседних с реакторным отсекомпомещениях в течение ограниченного времени (не более 8 час. в сутки). Толщина частичной биологической защиты составляет обычно половину от полной 1.

с бортов реакторный отсек окружен сравнительно тонким слоем защитного материала, дающим возможность осматривать корпус лодки в доке, когда реактор не работает. Кроме того, предусмотрено, чтобы излучение, проникшее за этот слой во время работы энергетической установки и отраженное от забортной воды, не представляло опасности для обитаемых помещений корабля, в наименьшей степени демаскировало подводную лодку.

На подводных лодках типа «Скейт» с АЗУ типа S-4W горизонтальную защищенную палубу в реакторном отсеке заменили цилиндрическим проходом через отсек. Однако, по сообщениям иностранной печати 2, подобная компоновка защиты не привела к снижению ее весо-габаритных характеристик.

По расположению относительно источника излучения биологическая защита подразделяется на первичную и вторичную з. Первичная защита, непосредственно окружающая активную зону реактора, должна настолько ослаблять поток быстрых нейтронов, чтобы не допускать сильной активации теплоносителя второго контура и свести к минимуму у-'излучение, сопровождающее захват нейтронов во вторичной защите. Кроме того, первичная защита должна снижать остаточное излучение до безопасного уровня, что дает возможность входить в отсек реакторной установки через некоторое время после остановки реактора. По опубликованным данным, первичная защита реакторов подводных лодок выполнена в виде водяных цистерн, окружающих, активную зону. Сверху и с боков цистерны облицованы свинцовыми листами. На подводной лодке «Наутилус», например, диаметр цистерны первичной защиты равен 4,5 м при диаметре активной зоны 2,7 м.

Вторичная биологическая защита, окружающая активное оборудовайие реакторной установки, снижает потоки нейтронного и у-излучения до безопасных уровней и препятствует радиоактивному загрязнению воздуха в жилых и служебных помещениях. При компоновке рборудования реакторной установки используют принцип самоэкранирования: менее активное оборудование прикрывает более активное (реактор, ионообменные фильтры) в направлении обитаемых отсеков*.

'Б. Прайси др.. Защита от ядерных излучений (перевод с английского), ИЛ, 1959.

= Nucleonics, 1959, т. 17, № 9.

^ Т. Р о KB ел л. Требования к защите реактора, в кн. Защита транспортных установок с ядерными двигателями (перевод с английского), ИЛ, 1961.

■♦Б. Прайс и др.. Рекомендации к расчету защиты атомных энергетических установок, в кн. Защита транспортных установок с ядерными двигателями (перевод с английского), ИЛ, 1961.

По материалам биологическая защита подводных лодок ->-композитная, т. е. содержит тяжелые и легкие элементы. Обычно применяют металло-водородную защиту, обеспечивающую наименьшие вес и объем на единицу площади Ч В Качестве компонентов, защищающих от у-излучения, используют сталь и свинец. На атомных подводных лодках «Скейт», «Тритон», «Скипджек» и других использованы плиты из свинца, изготовленные американской фирмой Федерэйтед Металле Дивижн. Фирма применяет' специальную технологию литья, обеспечивающую высокое качество металла, отсутствие пустот и пористости. Несмотря на^ большой удельный вес использование свинца в ме-талло-водородной защите на атомных подводных лодках дает выигрыш в весе по сравнению со сталью не менее чем на 20%.

Для ослабления нейтронного излучения свинцовую защиту комбинируют с водородосодержащими веществами. Широко применяют в биологической защите воду и вещества с более высоким содержанием водорода в единице объема — полиэтилен и полистирин. в качестве компонента защиты на американских атомных подводных лодках используется запас дизельного топлива.

Фирма Империэл Кемикал Индастрис (США) разработала новый материал — боропласт, эффективно защищающий людей и аппаратуру от нейтронного излучения и уменьшающий, по сравнению с водой или полиэтиленом,'выход захватного у-излу-чения^. Боропласт представляет собой полиуретановую пластмассу с добавлением полиэтиленовых или нейлоновых гранул, содержащих до 10% карбида бора. Выпускают его листами толщиной 3—25 мм и шириной 915 мм. На каждой атомной подводной лодке применяют около 23 т такого материала.

В биологической защите АЭУ подводных лодок используют также бораль^-металлокерамическую композицию,состоящую из мелкодисперсных частиц карбида бора, распределенных в алюминии. Весовое соотношение обоих металлов 1:1. Бораль выпускают в виде листов толщиной 6 мм.

Английская фирма Ассошиэйтед Лид Мэньюфекчурерс предложила комбинированный защитный материал, названный ден-ситеном. Материал представляет собой механическую смесь свинцового порошка и полиэтилена. При шести весовых частях свинца и одной весовой части полиэтилена удельный вес ден-ситена равен 3,9 г/см^. Материал легко обрабатывается и хорошо скрепляется с металлическими поверхностями*.

' Б. П р а й с и др., Металло-водородиая защита, в ки. Защита транспортных установок с ядерными двигателями (неревод с английского), ИЛ, 1961. 2 Financial Times, 1961, 20/IV.

^ Копелылан, Материалы для ядерных реакторов (перевод с английского), Госатомиздат, 1962.

* Financial Times, 1961, 13/УП.

Примерные толщины основных материалов биологической защиты, обеспечивающие десятикратное ослабление радиоактивного излучения, приведены в табл. 27. На практике для нейтронного и у-излучения требуется ослабление порядка 10«—10^. Суммарная толщина первичной и вторичной биологической защиты при этом может достигать нескольких метров (на «Си-вулфе», например, толщина защиты 2,4 м)

Таблица 27

Примерные толщины материалов биологической защиты, дающие десятикратное ослабление излучения

 

Толщина, см

Ой ГТЯГТЬ НГП П ПК-

 

зования Материал

 

материалов

 
   
 

' ~ ^ ^ ^

" a. tfC^

 

^ о Cm ^

 

P ' 2 a" ^ ^^ «OS

Защита'от Полиэтилен

0,9 96,4 20,3 60,9

быстрых ней- Вода

1,0 96,4 22,8 60,9

тронов Дизельное

0,8 122,0 22,8 76,2

топливо ■

 

Защита от •(- Сталь

7,8 11,7 14,0* 9,1

излучения Свинец

11,3 5,1 20,3* 5,3

Комбинирован- -Бетон

2,3 44,5 25,4 30,5

ная защита Бариевый бетон

* С учетом слоя воды, полиэтилена ил

3,5 23,9 . 19,1 19,1

I топлива толщиной 30—45 см.

Расчет биологической защиты АЭУ — весьма трудоемкий процесс 2. Особенно усложняет его возможность «прострела» излучений, вызванная местной неоднородностью материала, (в состав защиты могут входить корпусные конструкции — шпангоуты, стойки переборок, балки набора цистерн" и т. п.). Следует учитывать также радиационную, тепловую и химическую стойкость применяемых материалов. В состав биологической защиты иногда включают специальный слой тепловой изоляции или предусматривают систему охлаждения элементов защиты.

1 Our Navy, 1958, № 6.

^ Процесс расчета защиты описан в статье Б. Прайса и др., Рекомендации к расчету защиты, опубликоваииои в ки. Защита транспортных установок с ядерными двигателями (перевод с английского), ИЛ, 1961.

Для расчетов биологической защиты подводных лодок в научно-исследовательских и конструкторских организациях США широко используют электронные вычислительные машины.

Предыдущая глава Оглавление Следующая глава