Sản phẩm bê tông siêu nặng có khả năng cản phóng xạ.
Hướng đi mới cho vật liệu xây dựng cản phóng xạ
Việc sản xuất quy mô lớn các chất phóng xạ và vật liệu phóng xạ, xây dựng và sử dụng lò phản ứng hạt nhân, máy gia tốc hạt, chụp X - quang công nghiệp, liệu pháp tia gamma đòi hỏi phải có vật liệu che chắn để bảo vệ nhân viên vận hành chống lại các mối nguy sinh học của bức xạ. Bê tông từ lâu đã được sử dụng làm một phần của các kết cấu trong nhà máy điện hạt nhân, phòng chụp X - quang và kho chứa phóng xạ. Bê tông được biết đến là một loại vật liệu truyền thống và được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như xây dựng, giao thông, công nghiệp, thủy lợi. Sự ra đời của ngành năng lượng hạt nhân cho thấy nhu cầu đáng kể về công nghệ bê tông hướng tới mục đích cản chất phóng xạ. Bê tông là một vật liệu che chắn tuyệt vời sở hữu các đặc tính cần thiết cho cả sự suy giảm tia neutron và tia gamma, có tính chất cơ học thỏa đáng và có chi phí chế tạo thi công bảo trì tương đối thấp. Ngoài ra sự dễ dàng của việc chế tạo thi công làm cho bê tông trở thành một vật liệu đặc biệt phù hợp để cản bức xạ. Công nghệ thiết kế chế tạo bê tông có sự thay đổi mạnh mẽ nhằm tăng hiệu quả chống cản xạ của vật liệu này. Một trong các hướng đó là thay thế các cốt liệu bê tông truyền thống bằng các nguồn cốt liệu tự nhiên khác hoặc cốt liệu nhân tạo nhằm tăng đặc tính cản xạ của bê tông đối với các nguồn bức xạ gamma và neutron.
Hiện nay, hướng nghiên cứu bê tông cản phóng xạ đang nhận được sự quan tâm không chỉ ở Việt Nam mà còn ở các quốc gia trên thế giới. Các nghiên cứu đều hướng đến cải thiện độ chắc chắn, tăng khối lượng thể tích, tăng hiệu quả chắn phóng xạ, giảm chi phí chế tạo và tăng độ bền, tuổi thọ của vật liệu. Mặt khác, với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, việc thi công toàn khối có thể được thi công dễ dàng hơn bằng phương pháp bê tông phun, hoặc phương pháp ghép cốp pha sau đó thi công bơm bê tông và phương pháp thi công lắp ghép. Tuy nhiên ở Việt Nam, các công trình xây dựng có hạng mục yêu cầu đảm bảo an toàn bức xạ như phòng xạ trị máy gia tốc hay phòng chụp ảnh bức xạ trong công nghiệp đã và đang thi công đưa vào sử dụng chủ yếu dùng vật liệu bê tông thông thường điều này gây ra mối nguy hiểm tiềm ẩn cho các nhân viên làm việc trong môi trường không đảm bảo an toàn.
Từ thực tế đó, nhóm nghiên cứu của Trường Đại học Mỏ - Địa chất đã chế tạo thành công sản phẩm bê tông cản phóng xạ sử dụng quặng sắt magnetit (Phú Thọ) kết hợp với xi măng Portland, cốt sợi phân tán và phụ gia khoáng - hóa để chế tạo bê tông siêu nặng. Theo TS Tăng Văn Lâm, đây là loại bê tông đặc biệt được thiết kế với khả năng hấp thụ và ngăn cản các tia phóng xạ bao gồm tia anpha, tia gamma, tia X và tia neutron, cũng như các dạng bức xạ khác. Cốt liệu được sử dụng trong bê tông cản xạ là các loại cốt liệu đặc biệt có khối lượng riêng cao và độ đặc chắc lớn, khả năng cản phóng xạ của bê tông được tăng cường bằng cách sử dụng các vật liệu nặng, có mật độ cao như quặng Barite, chì, hoặc các hợp chất Boron. Với những thành phần cấu tạo như vậy, bê tông cản phóng xạ sẽ có chức năng hấp thụ bức xạ, ngăn cản sự xuyên qua nhằm tạo ra môi trường an toàn đảm bảo an toàn sức khỏe cho cán bộ làm việc
Kết quả thu được
Kết quả ứng dụng thử nghiệm thực tế của mẫu sản phẩm bê tông cản phóng xạ 28 ngày tuổi cho thấy: Bê tông siêu nặng đặc hơn và nặng hơn khoảng 1,4 đến 1,5 lần so với bê tông xi măng thông thường, phù hợp cho các công trình chuyên dụng đòi hỏi mật độ bê tông cao. Bên cạnh đó, mặc dù hỗn hợp bê tông có tỷ lệ nước trên xi măng rất thấp nhưng khả năng thi công rất tốt và không bị phân tầng, tách lớp. Cường độ nén trung bình của bê tông đạt khoảng 60-70 MPa, trong khi đó, độ bền kéo khi uốn trung bình của các loại bê tông thông thường chỉ đạt khoảng 10,82 MPa. Điều này được giải thích vào bản chất của khả năng cản phóng xạ là làm tăng mật độ bê tông để nâng cao khả năng che chắn và cản xạ của vật liệu bê tông. Mở ra hướng đi mới trong chế tạo vật liệu xây dựng cản phóng xạ trong các cơ sở chiếu xạ hoặc lò phản ứng hạt nhân tại Việt Nam.
Báo cáo bê tông siêu nặng cản xạ tại Viện Khoa học và Kỹ thuật hạt nhân.
Nghiên cứu này đã được các chuyên gia của Viện Khoa học và Kỹ thuật hạt nhân đánh giá cao về tiềm năng sử dụng vật liệu quặng nặng tại Việt Nam chế tạo bê tông siêu nặng cản phóng xạ định hướng áp dụng trong các kết cấu làm việc tại nhà máy điện hạt nhân trong thời gian sắp tới.
Việc sử dụng các loại quặng nặng sẵn có ở trong nước để chế tạo bê tông siêu nặng với mục đích cản phóng xạ là một hướng đi mới của nhóm nghiên cứu có thể ứng dụng thực tiễn trong các phòng xạ trị, máy gia tốc... Với kết quả này có thể hy vọng trong thời gian tới, các nhà khoa học trong nước sẽ từng bước làm chủ các nguồn vật liệu có tính chất đặc biệt. Với sự phát triển của nhà máy điện hạt nhân hiện nay, việc nghiên cứu các chủng loại bê tông đặc biệt, có độ bền cao để áp dụng trong các cơ sở phóng xạ là cần thiết và có tính thời sự.
PT