alternativeАльтернативная энергетика и экология (ISJAEE)Alternative Energy and Ecology (ISJAEE)1608-8298Международный издательский дом научной периодики "Спейс10.15518/isjaee.2024.01.075-086alternative-2368Research ArticleII. НЕВОЗОБНОВЛЯЕМАЯ ЭНЕРГЕТИКА 9. Атомная энергетикаИсследование природных минералов Вьетнама для оценки потенциала их применения в качестве защиты от ионизирующего излученияVietnamese natural stone materials for γ-ray shielding purposes: an extensive theoretical and experimental studyПыльцоваД. О.PyltsovaD. O.

Екатеринбург

Yekaterinburg

ТашлыковО. Л.TashlykovO. L.

Екатеринбург

Yekaterinburg

otashlykov@list.ruТа ВанТхыонгTa VanThuong

Yekaterinburg

КувшиноваЕ. В.KuvshinovaE. V.

Екатеринбург

Yekaterinburg

ШиронинаА. М.ShironinaA. M.

Екатеринбург

Yekaterinburg

ВоронинИ. П.VoroninI. P.

Екатеринбург

Yekaterinburg

МахмудК. А.MahmoudK. A.

Екатеринбург;

Эль Маади, Каир

Yekaterinburg;

El Maadi, Cairo

ЩеклеинС. Е.ShchekleinS. E.

Екатеринбург

Yekaterinburg

Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. ЕльцинаРоссияUral Federal University named after the first President of Russia B. N. YeltsinRussian FederationУральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина; Управление ядерных материаловЕгипетUral Federal University named after the first President of Russia B. N. Yeltsin; Nuclear Materials AuthorityEgypt202416052024017586Copyright © Международный издательский дом научной периодики "Спейс, 20232023Международный издательский дом научной периодики "СпейсМеждународный издательский дом научной периодики "Спейсhttps://www.isjaee.com/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.isjaee.com/jour/article/view/2368

Стоимость защиты современных ядерно-технических установок составляет 20-30 % стоимости сооружения. Поэтому оптимизация состава радиационно-защитных материалов является важным мероприятием с целью снижения общей стоимости радиационной защиты при максимальных показателях защитных свойств материалов. При этом значительный вклад в минимизацию затрат на сооружение ОИАЭ вносит использование природных ресурсов, месторождения которых находятся вблизи этих объектов.

В качестве защитных материалов при использовании радиационных технологий важную роль играют композитные радиационно-защитные материалы (РЗМ) с матрицей (стекло, полимеры, цемент и др.), в состав которой вводятся различные наполнители. При этом появляется возможность проектировать оптимальный состав наполнителей применительно к планируемым условиям облучения, которые определяются изотопным составом радиоактивных загрязнений. В качестве наполнителей можно использовать как природные материалы, так и отходы промышленного производства, что способствует решению проблемы их удаления (в данном случае их утилизации).

В статье приведены результаты расчетно-экспериментальных исследований образцов природных минералов из северной части Вьетнама, представляющих один из этапов комплекса исследований радиационно-защитных свойств природных минералов и их комбинаций, а также промышленных отходов для оценки потенциальной возможности их использования в составе строительных материалов для радиационной защиты объектов использования атомной энергии (ОИАЭ), которые проводятся более 10 лет на кафедре «Атомные станции и ВИЭ» УрФУ.

Для расчетного определения радиационно-защитных свойств минералов с помощью базы данных XCOM были определены плотности образцов методом Архимеда с помощью плотномера MH-300A, а также исследован химический состав образцов с помощью рентгенофлуоресцентного анализа (X-ray fluorescence spectrometry) в лаборатории Управления по ядерным материалам Египта (г. Каир). Экспериментальные исследования экранирующих свойств образцов проводились с помощью спектрометрической установки «Роботрон» с использованием гамма-источника цезий-137.

Результаты исследования 8 образцов природных материалов показали, что зеленый гранит (образец GG 8.2) может быть использован в качестве наполнителя бетона при сооружении АЭС и других объектов использования атомной энергии во Вьетнаме.

The cost of protecting modern nuclear engineering installations is 20-30% of the cost of the facility. Therefore, optimization of the composition of radiation protection materials is an important measure to reduce the total cost of radiation protection at maximum protective properties of materials. At the same time, the use of natural resources, the deposits of which are located near these facilities, makes a significant contribution to minimizing the costs of the construction of the nuclear power plant.

Composite radiation protection materials (REM) with a matrix (glass, polymers, cement, etc.), which contains various fillers, play an important role as protective materials when using radiation technologies. At the same time, it becomes possible to design the optimal composition of fillers in relation to the planned irradiation conditions, which are determined by the isotopic composition of radioactive contaminants. Both natural materials and industrial waste can be used as fillers, which helps to solve the problem of their removal (in this case, their disposal).

The article presents the results of computational and experimental studies of samples of natural minerals from the northern part of Vietnam, representing one of the stages of a complex of studies of the radiation-protective properties of natural minerals and their combinations, as well as industrial waste to assess the potential possibility of their use as part of building materials for radiation protection of nuclear energy facilities (OIAE), which are conducted more than 10 years at the Department of Nuclear Power Plants and Renewable Energy of UrFU.

To calculate the radiation-protective properties of minerals using the XCOM database, the sample densities were determined by the Archimedes method using the MH-300A density meter, and the chemical composition of the samples was studied using X-ray fluorescence spectrometry in the laboratory of the Egyptian Nuclear Materials Administration (Cairo). Experimental studies of the shielding properties of the samples were carried out using the Robotron spectrometric installation using a cesium-137 gamma source.

The results of the study of 8 samples of natural materials showed that green granite (sample GG 8.2), mined in Sapa, can be used as a concrete filler in the construction of nuclear power plants and other nuclear energy facilities in Vietnam.

радиоактивные источникибезопасностьионизирующее излучениедоза облучениянормы безопасностиоптимизация радиационной защитыисточник гамма-излучениякратность ослабленияradioactive sourcessafety ofionizing radiationirradiation dosesafety standardsoptimization of radiation protectiongamma radiation sourcedegree of weakeningReferences. СанПин 2.6.1.24-03. Санитарные правила проектирования и эксплуатации атомных станций (СП АС-03). – М.: – 2003.. SanPin 2.6.1.24-03. Sanitary rules for the design and operation of nuclear power plants (SP AS-03). – M.: – 2003.. Нормы радиационной безопасности (НРБ-99/2009).– М.: Минздрав России, 2009.. Radiation safety standards (NRB-99/2009). – M.: Ministry of Health of Russia, 2009.. Машкович В.П. Защита от ионизирующих излучений / В.П. Машкович, А.В. Кудрявцева. – М.: Энергоатомиздат. – 1995. – 450 с.. Mashkovich V.P. Protection from ionizing radiation / V.P. Mashkovich, A.V. Kudryavtseva. – M.: Energoatomizdat. – 1995. – 450 p.. Mahmoud K.A. Assessment of mechanical and radiation shielding capacity for a ternary CdO–BaO–B2 O3 glass system: A comprehensive experimental, Monte Carlo simulation, and theoretical studies / K.A. Mahmoud [et al.] // Progress in Nuclear Energy. – 2022. – 146. 104169.. Mahmoud K.A. Assessment of mechanical and radiation shielding capacity for a ternary CdO–BaO–B2 O3 glass system: A comprehensive experimental, Monte Carlo simulation, and theoretical studies / K.A. Mahmoud [et al.] // Progress in Nuclear Energy. – 2022. – 146. 104169.. Mahmoud K. A. A new heavy-mineral doped clay brick for gamma-ray protection purposes / K. A. Mahmoud [et al.] // Applied Radiation and Isotopes. – 2021. – V.173: 109720.. Mahmoud K. A. A new heavy-mineral doped clay brick for gamma-ray protection purposes / K. A. Mahmoud [et al.] // Applied Radiation and Isotopes. – 2021. – V.173: 109720.. Aladailah M.W. Exploration of physical and optical properties of ZnO nanopowders filled with polydimethylsiloxane (PDMS) for radiation shielding applications. Simulation and theoretical study Aladailah M.W. [et al.] // Optical Materials. – 2022. – 134. 113197.. Aladailah M.W. Exploration of physical and optical properties of ZnO nanopowders filled with polydimethylsiloxane (PDMS) for radiation shielding applications. Simulation and theoretical study Aladailah M.W. [et al.] // Optical Materials. – 2022. – 134. 113197.. Ташлыков О. Л. Расчетно-экспериментальное исследование гомогенных защит от гамма-излучения / О. Л. Ташлыков // Ядерная и радиационная безопасность. – 2015. – № 3 (77). – С.17-24.. Tashlykov O. L. Computational and experimental study of homogeneous protection against gamma radiation / O. L. Tashlykov // Nuclear and radiation safety. – 2015. – No. 3 (77). – P.17-24.. Tashlykov O. L. Composition Optimization of Homogeneous Radiation-Protective Materials for Planned Irradiation Conditions / Tashlykov O. L. [et al.] // Atomic Energy. – 2017. – Vol. 121. – No. 4. – Рр. 303-307.. Tashlykov O. L. Composition Optimization of Homogeneous Radiation-Protective Materials for Planned Irradiation Conditions / Tashlykov O. L. [et al.] // Atomic Energy. – 2017. – Vol. 121. – No. 4. – Rr. 303-307.. The 2007 Recommendations of the International Commission on Radiological Protection. ICRP publication 103 // Annals of the ICRP. – 2007. – V. 37. – № 2-4.. The 2007 Recommendations of the International Commission on Radiological Protection. ICRP publication 103 // Annals of the ICRP. – 2007. – V. 37. – No. 2-4.. Балушкин Ф. А. Использование метода динамического программирования для оптимизации демонтажа оборудования энергоблоков АЭС, выводимых из эксплуатации, с целью минимизации облучения / Ф. А. Балушкин [и др.] // Известия вузов. Ядерная энергетика, – 2009. – № 4. – С. 169–176.. Balushkin F. A.Using the dynamic programming method to optimize the dismantling of equipment at nuclear power plants being decommissioned in order to minimize exposure / F. A. Balushkin [et al.] // Izvestiya vuzov. Nuclear energy, – 2009. – No. 4. – pp. 169–176.. Михайлова А. Ф. Пути реализации принципа оптимизации в радиологической защите персонала / А. Ф. Михайлова, О. Л. Ташлыков // Ядерная физика и инжиниринг. – 2018. – Том 9. – № 4. – С. 393-401.. Mikhailova A.F. Ways to implement the optimization principle in radiological protection of personnel / A.F. Mikhailova, O.L. Tashlykov // Nuclear physics and engineering. – 2018. – Volume 9. – No. 4. – pp. 393-401.. Ташлыков О. Л. Возможности математических методов моделирования в решении проблемы снижения облучаемости персонала / О.Л. Ташлыков [и др.] // Вопросы радиационной безопасности. – 2009. – № 4. – С. 47-57.. Tashlykov O.L. Possibilities of mathematical modeling methods in solving the problem of reducing personnel exposure / O.L. Tashlykov [et al.] // Issues of radiation safety. – 2009. – No. 4. – P. 47-57.. Кропачев Ю. А. Оптимизация радиационной защиты на этапе вывода энергоблоков АЭС из эксплуатации / Ю. А. Кропачев, О. Л. Ташлыков, С. Е. Щеклеин // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2019. – № 1. – С.119-130.. Kropachev Yu. A. Optimization of radiation protection at the stage of decommissioning of NPP power units / Yu. A. Kropachev, O. L. Tashlykov, S. E. Shcheklein // News of universities. Nuclear energy. – 2019. – No. 1. – P.119-130.. Носов Ю. В. Особенности вывода из эксплуатации быстрых реакторов БН-350, -600 / Ю. В. Носов [и др.] // Атомная энергия. – 2018. – Т. 125. – № 4. – С. 195-199.. Nosov Yu. V. Peculiarities of decommissioning of fast reactors BN-350, -600 / Yu. V. Nosov [etc.] // Atomic energy. – 2018. – T. 125. – No. 4. – P. 195-199.. Mahmoud K. A. Investigation of radiation shielding properties for some building materials reinforced by basalt powder / K. A. Mahmoud [et al.]. AIP Conference Proceedings. – 2019. – 2174(1): 020036.. Mahmoud K. A. Investigation of radiation shielding properties for some building materials reinforced by basalt powder / K. A. Mahmoud [et al.]. AIP Conference Proceedings. – 2019. – 2174(1): 020036.. Mahmoud K. A. Investigation of the gamma ray shielding properties for polyvinyl chloride reinforced with chalcocite and hematite minerals / K. A. Mahmoud [et al.] // Heliyon. – 2020. – 6(3), e03560. Mahmoud K. A. Investigation of the gamma ray shielding properties for polyvinyl chloride reinforced with chalcocite and hematite minerals / K. A. Mahmoud [et al.] // Heliyon. – 2020. – 6(3), e03560. Aladailah M. W. Radiation attenuation properties of novel glass system using experimental and Geant4 simulation / Aladailah M. W. [et al.] // Radiation Physics and Chemistry. – 2022. – 199. 110404. Aladailah M. W. Radiation attenuation properties of novel glass system using experimental and Geant4 simulation / Aladailah M. W. [et al.] // Radiation Physics and Chemistry. – 2022.– 199. 110404. Tashlykov O. L. An extensive experimental study on the role of micro-size pozzolana in enhancing the gamma-ray shielding properties of high-density polyethylene. / O. L. Tashlykov [et al.] // Radiation Physics and Chemistry 212 (2023) 111079.. Tashlykov O. L. An extensive experimental study on the role of micro-size pozzolana in enhancing the gamma-ray shielding properties of high-density polyethylene. / O. L. Tashlykov [et al.] // Radiation Physics and Chemistry 212 (2023) 111079.. Анализ состояния энергетической структуры и оценка условий для развития атомной энергетики во Вьетнаме / Та Ван Тхыонг [и др.] // Международный научный журнал Альтернативная энергетика и экология. – 2023. – № 2 (407). – С. 43-53.. Analysis of the state of the energy structure and assessment of conditions for the development of nuclear energy in Vietnam / Ta Van Thuong [et al.] // International scientific journal Alternative Energy and Ecology. – 2023. – No. 2 (407). – pp. 43-53.. Van Thuong, T. Development of Guidance on the Preparation of the Environmental Impact Assessment Report for the Center for Nuclear Science and Technology of Vietnam / T. Van Thuong [et al.] // XV International Scientific Conference «INTERAGROMASH 2022». INTERAGROMASH 2022. Lecture Notes in Networks and Systems. – 2023. – Vol 575. – Pp 2900–2907.. Van Thuong, T. Development of Guidance on the Preparation of the Environmental Impact Assessment Report for the Center for Nuclear Science and Technology of Vietnam / T. Van Thuong [et al.] // XV International Scientific Conference “INTERAGROMASH 2022”. INTERAGROMASH 2022. Lecture Notes in Networks and Systems. – 2023. – Vol 575. – Pp 2900–2907.. Thuong Ta Van. Preparation of guidance on the appraisal of the environmental impact assessment report for the center for nuclear science and technology of Vietnam / Ta Van Thuong, O.L. Tashlykov, Khac Tuyen Pham // E3S Web of Conferences. – 2023. – 389. – 09057. Thuong Ta Van. Preparation of guidance on the appraisal of the environmental impact assessment report for the center for nuclear science and technology of Vietnam / Ta Van Thuong, O.L. Tashlykov, Khac Tuyen Pham // E3S Web of Conferences. – 2023. – 389. – 09057. База для получения данных сечения фотонов для одного элемента, соединения или смеси [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://physics.nist.gov/PhysRefData/Xcom/html/xcom1.html. A database for obtaining photon cross-section data for one element, compound or mixture [Electronic resource]. – Access mode: https://physics.nist.gov/PhysRefData/Xcom/html/xcom1.html

The authors declare that there are no conflicts of interest present.