способ облучения минералов
Классы МПК: | B01J19/08 способы с использованием непосредственного применения электрической или волновой энергии или облучения частицами; устройства для этого C30B33/04 с использованием электрических или магнитных полей или облучения потоком частиц G21G1/10 бомбардировкой электрически заряженными частицами |
Автор(ы): | Коноплев К.А., Орлов С.П., Чмшкян Д.В. |
Патентообладатель(и): | Петербургский институт ядерной физики им.Б.П.Константинова РАН, Коноплев Кир Александрович, Орлов Сергей Петрович, Чмшкян Донг Владимирович |
Приоритеты: |
подача заявки:
1996-06-04 публикация патента:
20.02.1998 |
Изобретение относится к радиационным методам обработки минералов с целью повышения их ювелирной ценности. Предлагаемый способ позволяет уменьшить наведенную активность образцов, обусловленную тепловыми и резонансными нейтронами, которые образуются в рабочем объеме за счет замедления быстрых нейтронов. Сущность изобретения: тепловые нейтроны частично отфильтровываются с помощью кадмиевой фольги, которой оборачивают контейнер. Контейнер заполняется веществом или смесью веществ, поглощающих тепловые и резонансные нейтроны, например бор, кадмий, бор-индий, кадмий-тантал, кадмий-индий и т.д. Затем размещают в нем минералы, причем соотношение предлагаемых веществ в смеси и плотность заполнения ею контейнера рассчитывают из условия, чтобы в момент облучения в контейнере отношение потока быстрых нейтронов к потоку тепловых нейтронов было больше или равно 10.
Формула изобретения
Способ облучения минералов в нейтронном потоке реактора в контейнере, отличающийся тем, что в контейнер, в котором размещены облучаемые минералы, помещают также вещество или смесь веществ, содержащих элементы, поглощающие тепловые и резонансные нейтроны, причем соотношение указанных веществ и плотность заполнения ими контейнера рассчитывают так, чтобы в момент облучения минералов в контейнере отношение потока быстрых нейтронов к потоку тепловых нейтронов должно быть больше или равно 10.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к радиационным методам обработки минералов с целью изменения их окраски, устранения дефектов и т.д. (с целью повышения их ювелирной ценности). Известен способ обработки минералов и драгоценных камней с помощью ускоренных электронов с энергией от 3 до 45 МэВ с интегральной дозой от 11016 до 11018 электрон/см2 при температуре от 80oC до 350oC (DE, N 2910520, кл. C 04B 41/00, 1982). Известен способ изменения окраски минералов в реакторе действием нейтронного и сопутствующего ему гамма-излучения. Облучение производится быстрыми нейтронами с энергией не ниже 0,5 МэВ при интегральной дозе облучения 51015 - 11018 нейтрон/см2 и при интегральной дозе гамма-облучения 5106 -1109 рентген при температуре не выше 300oC. В качестве фильтра тепловых нейтронов используется кадмиевая фольга (DE, N 2934944, кл. C 04B 41/00, 1982). Известен также способ облучения минералов в реакторе в потоке быстрых нейтронов с энергией не ниже 0,5 МэВ при интегральной дозе от 51015 - 11018 и интегральной дозе гамма-излучения 5105 -1109 рентген. Тепловые нейтроны, присутствующие в спектре потока ядерного реактора, отфильтровывают с помощью кадмиевой фольги (NL, N 172467, кл. C 30 B 33/00, 1987). Наиболее близким к заявляемому является способ облучения минералов нейтронным и гамма-излучением реактора (SU, N 601855, кл. B 01J 19/08, 1983). Способ заключается в том, что используют для оптимизации характеристик получаемого изделия быстрые нейтроны с энергией не менее 2 МэВ ори интегральных потоках нейтронного излучения 51015 - 51018 нейтрон/см2 и интегральных дозах гамма-излучения 5106 - 5109 рентген. Тепловые нейтроны частично отфильтровывались с помощью кадмиевой фольги, окраска минералов, облученных таким способом, оказалась устойчивой к световому и тепловому воздействию. Однако все описанные выше способы требует длительного высвечивания для устранения наведенной активности. Предлагаемый в качестве изобретения способ позволяет уменьшить наведенную активность образцов, обусловленную тепловыми и резонансными нейтронами, образующимися за счет замедления быстрых нейтронов в рабочем объеме. Для этого в способе облучения минералов в нейтронном потоке реактора, когда тепловые нейтроны частично отфильтровываются с помощью кадмиевой фольги, согласно заявляемому изобретению предлагается следующее. Емкость (или контейнер), в которую помещены облучаемые минералы, заполняют веществом или смесью веществ, поглощающих тепловые и резонансные нейтроны, например бор-индий, кадмий-тантал, кадмий-индий, причем соотношение указанных веществ в смеси и плотность заполнения ею контейнера рассчитывают таким образом, что в момент облучения в контейнере должно быть соблюдено условиегде б.н. - поток быстрых нейтронов с энергией выше 1 МэВ;
т.н. - поток тепловых нейтронов. Такая совокупность признаков, как было установлено экспериментальным путем, позволяет уменьшить наведенную активность после двухнедельной выдержки до 74 Бк/г, что по нормам МАГАТЭ не представляет радиационной опасности. Поскольку материалы, как правило, содержат активируемые примеси и их наведенная активность пропорциональна потоку тепловых нейтронов, а для получения желаемой окраски минерала необходимо облучить их флюенсом быстрых нейтронов не менее 1018 н/см2, т.к. в ядерном реакторе соотношение быстрых нейтронов к тепловым 1, то минералы при таком облучении получат такой же флюенс тепловых нейтронов, что приводит к наведенной активности 1000 Бк/г, что не допустимо. Облучаемый контейнер с минералами имеет некоторый объем, и его экранирование поглощающим тепловые нейтроны материалом, например, кадмием в качестве фильтра тепловых нейтронов (который используется в рассмотренных выше аналогах и прототипе), не обеспечивает необходимое соотношение между быстрыми и тепловыми нейтронами ввиду генерации тепловых нейтронов внутри контейнера за счет замедления быстрых нейтронов. Экспериментальным путем было установлено такое соотношение потока быстрых нейтронов к потоку тепловых нейтронов внутри контейнера в момент облучения, при котором осуществляется устранение различных дефектов в минералах, улучшение их окраски, а наведенная активность уменьшается на порядок. Для этой цели могут быть использованы известные поглотители тепловых и резонансных нейтронов, например бор, индий, тантал и т.д., а также их смеси. Плотность заполнения контейнера поглощающими веществами рассчитывается в каждом конкретном случае (исходя из веса минералов потока нейтронов в месте облучения и т.д.), но при этом должно быть соблюдено условие, чтобы в контейнере в момент облучения
Возможность осуществления способа подтверждается следующими примерами. 1. Топазы были помещены в контейнер объемом 100 см3, экранированный кадмием, заполненный 185 г минералов и 20 г карбида бора ( = 0,2 г/см3). Это по расчетам обеспечивает в контейнере в момент облучения соотношение б.н./т.н. = 12. Контейнер был облучен в канале реактора, за 15 ч облучения флюенс нейтронов (с энергией выше 1 МэВ) составил 3,91018 н/см2. После двухнедельной выдержки активность топазов составила 47 Бк/г . После облучения минералы приобрели темно-голубую окраску. 2. Топазы были помещены в контейнер объемом 100 см3, экранированный кадмием, заполненный 185 г минералов, 20 г индия и 20 г карбида бора. Это по расчетам обеспечивает в контейнере в момент облучения соотношение б.н./т.н. = 25. Контейнер был облучен до флюенса нейтронов (с энергией выше 1 МэВ) 2,71018 н/см2. После двухнедельной выдержки активность топазов составила 8 Бк /г. После облучения минералы приобрели темно-голубую окраску.
Класс B01J19/08 способы с использованием непосредственного применения электрической или волновой энергии или облучения частицами; устройства для этого
Класс C30B33/04 с использованием электрических или магнитных полей или облучения потоком частиц
Класс G21G1/10 бомбардировкой электрически заряженными частицами