MATERIAL PARA LA ABSORCIÓN Y ATENUACIÓN DE RADIACIONES.

Material para la absorción y atenuación de radiaciones.

Se consiguen productos para la obtención de masas para vertido,

ladrillos, losetas y cualquier otro formato, en las que participan áridos y ligantes asfálticos, así como también aditivos para regular el proceso. Con la invención se consigue un notable incremento en la capacidad de radioprotección neutrónica, de Rayos X y/o de fotones, para ello se ha previsto la utilización como ligante de Hidrocarburo asfáltico, mientras que como árido se utiliza la Colemanita en la absorción y atenuación de neutrones, la Barita en el caso de Rayos X y la Magnetita, Hematite y/o Granalla de acero en el caso de los fotones.

Material para la absorción y atenuación de radiaciones

OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a una masa, especialmente concebida para la fabricación de productos de alta capacidad de radio-protección, tales como material en masa, ladrillos, plaquetas y/o formas especiales.

El objeto de la invención es conseguir una masa de alta homogeneidad, con un óptimo efecto barrera frente a diverso tipo de radiación y de diversa energía, que permite una acusada reducción del espesor de las barreras de blindaje frente a materiales estandar para conseguir el mismo efecto barrera a dichas radiaciones.

El otro objeto de la invención en una de sus reivindicaciones, es provocar y/o acentuar el efecto de absorción neutrónica y simultáneamente el efecto “captura” en sus diversas energías por parte de este material, y eliminar o aminorar de forma muy significativa el efecto de dispersión neutrónica en recintos cerrados (scatter) , que en el caso de los búnkeres de tratamiento oncológico, significaría que el paciente solo recibiría los neutrones que recibe directamente del haz principal de forma directa, eliminándose la recibida por efecto scatter. La electrónica y sistemas de control de la sala también se ven beneficiados por este hecho, se produce una aminoración significativa del blindaje de la puerta del bunker, entre otros aspecto beneficiosos.

La invención es aplicable a cualquier sistema de protección radiológica, tales como contenedores y/o barreras móviles de recintos radiactivos, búnkeres de radioterapia, o cualquier instalación en donde se prevea la existencia de partículas radiactivas, y que no se requiera capacidad estructural.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Los hormigones con capacidad de radio-protección tienen, aparte de los componentes habituales de cemento, agua y aditivos químicos que varían en función de las características que se pretendan para los mismos, tales como resistencia, tiempo de fraguado, protección frente a la congelación, aseguramiento de la ausencia de fisuración, ambiente marino, etc., y un árido que los diferencia de los hormigones convencionales.

El problema que presenta este tipo de hormigones es que para proporcionar unas buenas propiedades de radio-protección, es necesario disponer de un espesor de pared considerable, con la consecuente y negativa repercusión a nivel de peso, espacio y costes, dado que el contenido de Hidrógeno en los mismos es normalmente bajo.

Tratando de obviar este problema, es conocida la Patente de Invención con número de solicitud P 200900481 y número de publicación ES 2 344 290, en la que se describe una masa para la fabricación de productos con alta capacidad de radio-protección neutrónica, masa que como la de cualquier hormigón convencional, está estructurada a base de cemento, áridos, agua y aditivos químicos que modifican las características del hormigón, con la particularidad de que dicha masa utiliza como árido Colemanita con una granulometría muy continua para conseguir una perfecta homogeneidad en la masa, determinante para obtener un efecto barrera frente a las radiaciones de neutrones, lo que permite disminuir sensiblemente el espesor de pared sin menoscabo del efecto barrera.

De forma mas concreta, en dicha Patente se preveía la utilización de cemento Pórtland, agua, Colemanita y aditivos.

Efectos parecidos para otras partículas y energías, y utilizando otro tipo de áridos se dan en las patentes de invención P200703404 y P200601392, para Rayos X y Fotones de alta energía respectivamente.

Indudablemente sería deseable poder seguir mejorando estos resultados.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

El material para la absorción y atenuación de radiaciones que la invención propone constituye un nuevo avance en este ámbito tecnológico, con unos resultados claramente mejorados frente a las Patentes de Invención citadas anteriormente.

Para ello, de forma más concreta y de acuerdo con una de las características de la invención, el clásico cemento Portland, o en su caso el cemento de Alúmina utilizado hasta la fecha, se sustituye por un ligante asfáltico consistente en una mezcla de hidrocarburos tales como asfaltenos, parafinas, olefinas, nafténicos, aromáticos, etc.

A estos ligantes asfálticos se le pueden añadir polímeros , cuando interese aumentar el rango de trabajo del producto en cuanto a temperatura se refiere, siendo mas alta ésta, a la que se perdería la consistencia.

Los materiales asfálticos se caracterizan, entre otras cosas, porque su contenido en Hidrógeno y Carbono es muy alto, siendo esta situación muy adecuada para la construcción de blindajes neutrónicos.

Como medio para la captura y absorción de neutrones, se muestra la utilización como árido de Colemanita (Ca2B6O11 5H2O) , que es un borato de Calcio, que por su contenido en Boro y en Hidrógeno resulta muy eficaz en la atenuación neutrónica.

Se ha previsto también que la Colemanita presente una granulometría muy continua, que por otro lado puede ser variable en función de que la masa esté destinada a ser vertida, a la fabricación de ladrillos o a la fabricación de losetas.

Dicha granulometría estará comprendida entre 0 mm y 35 mm para la obtención de masa vertida, entre 0 mm y 12 mm para la obtención de ladrillos, y entre 0 mm y 8 mm para las losetas, características que pueden variar tanto en sentido positivo como en sentido negativo en magnitudes del orden del 25%, en función de las dimensiones del producto final.

De la combinación adecuada entre el árido y el ligante asfáltico, se deriva un aumento importante en la cantidad de moléculas de Hidrógeno, muy eficaz para la captura de neutrones, fundamentalmente los rápidos, absorbiéndolos o termalizándolos, siendo estos neutrones térmicos los que son capturados por el Boro contenido en la mezcla.

Para el blindaje y/o atenuación de los Rayos X, hasta energías de unos 500 KeV, rango energético en donde predomina el efecto fotoeléctrico, se ha previsto la utilización como árido la Barita, (BaSO4) dado que debido a la estructura atómica del componente principal del árido utilizado, el Bario, es mas eficaz, que otros áridos componentes con menor Z, en el efecto de blindaje que se pretende generar. Dado que la sección eficaz de absorción fotoeléctrica resulta ser proporcional en primera aproximación a Z5, o sea, muy dependiente del Nº Atómico del material absorbente, 56 en el caso del Bario, componente principal de la Barita, su utilización como base de este producto es óptima.

Para fotones de alta energía, por encima de los 500-600 KeV, que están sujetos al efecto Compton, en donde la masa es un aspecto fundamental para la atenuación yabsorción de estaspartículas, seha previsto la utilización de minerales como la magnetita, hematite, e incluso inclusión de granalla de acero, llegando a densidades de 4, 3 Kg/dm3 de forma habitual, (± 15%) , sin el añadido de granalla, utilizando el mismo hidrocarburo como ligante.

EJEMPLOS DE REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN

Ejemplo 1.

En una realización práctica del producto desarrollado especialmente para el blindaje de neutrones de forma específica, se ha efectuado la siguiente mezcla proporcionada en % en volumen y % en peso:

Componentes % Volumen % Peso

Hidrocarburos 14, 5 8

Colemanita 85, 5 92

Estas cifras pueden variar ± 15% en función de los procesos de producción a utilizar, fracción del árido a utilizar, y objetivos de peso prioritario como son, los coeficientes de radioprotección, resistencias mecánicas de la masa, fisuración, etc.

Se puede añadir filler del mineral hasta una relación de 1:1, 5 del peso en hidrocarburo en función de los cambios de comportamiento que se pretenda de la masa, como la fluidez, consistencia, resistencia, elasticidad, etc.

La densidad no es un parámetro a perseguir de forma especifica, y será consecuencia de la optimización de la mezcla, no obstante estará en el entorno a los 1, 86 Kg/dm3.

Ejemplo 2.

En una realización práctica del producto desarrollado especialmente para el blindaje frente a los Rayos X de forma especifica, se ha efectuado la siguiente mezcla proporcionada en % en volumen y % en peso.

Componentes % Volumen % Peso

Hidrocarburos 14, 8 4, 13

Barita 85, 52 95, 87

Estas cifras pueden variar ± 15% en función de los procesos de producción a utilizar, fracción del árido a utilizar, y objetivos de peso prioritario como son, los coeficientes de radioprotección, resistencias mecánicas de la masa, fisuración, etc.

Se puede añadir filler de mineral hasta una... [Seguir leyendo]

1ª. Material para la absorción y atenuación de radiaciones, para distintos tipos de partículas y energías, del tipo de los que incorporan un árido y un ligante, así como los aditivos necesarios para la realización de la masa, caracterizado porque como ligante utilizan hidrocarburos asfálticos, tales como asfaltenos, parafinas, olefinas, nafténicos, aromáticos y otros, en proporciones variables, de hidrocarburo/árido, en función del tipo de blindaje a obtener, con unas granulometrías del árido correspondiente, en función de que se pretenda la obtención de material en masa, ladrillo, o plaquetas.

2ª. Material para la absorción y atenuación de radiaciones, según reivindicación 1, caracterizado porque cuando dicho material está destinado específicamente al blindaje de neutrones, como árido se utiliza la Colemanita, y ello en base a la siguiente mezcla:

Componentes % Volumen % Peso

Hidrocarburos 14, 5 8

Colemanita 85, 5 92

Porcentajes variables en una magnitud del orden del 15%, tanto en sentido positivo como en sentido negativo.

3ª. Material para la absorción y atenuación de radiaciones, según reivindicación 1, caracterizado porque cuando dicho producto se refiere al blindaje de Rayos X, como árido se utiliza la Barita y ello en base a la siguiente mezcla:

Componentes % Volumen % Peso Hidrocarburos 14, 8 4, 13 Barita 85, 52 95, 87 Porcentajes variables en una magnitud del orden del 15%, tanto en sentido positivo como en sentido negativo. 4ª. Material para la absorción y atenuación de radiaciones, según reivindicación 1, caracterizado porque cuando dicho producto se refiere al blindaje de los fotones de alta energía, como árido se utiliza Magnetita, Hematite y/o granalla de acero, y ello en base a la siguiente mezcla: Componentes % Volumen % Peso Hidrocarburos 14, 47 3, 5 Magnetita, (*) 85, 53 96, 5 (*) Hematite, Granalla de acero. En el caso de la Granalla de acero, al ser de densidad superior a la Magnetita y/o Hematite, el % en Peso dentro de la muestra, se verá modificado en base a su participación en la misma, manteniendo el % en Volumen expresado. Porcentajes variables en una magnitud del orden del 15%, tanto en sentido positivo como en sentido negativo.