Efektywność modyfikacji materiałowej w celu poprawy właściwości osłonowych betonu przed promieniowaniem jonizującym

W artykule przedstawione zostały wyniki pierwszego etapu realizacji projektu NGS-Concrete, którego celem w zakresie optymalizacji materiałowej jest modyfikacja kompozytów na poziomie atomowym, tj. wypełniaczami zawierającymi atomy o właściwościach rozpraszających i absorbujących promieniowanie neutronowe, które spowodują uzyskanie korzystnych właściwości osłonowych bez pogorszenia innych właściwości użytkowych betonu. Pierwszy etap badań obejmował pomiary właściwości osłonowych betonów przed promieniowaniem gamma i neutronowym we wzorcowych polach promieniowania. Równocześnie przeprowadzono symulacje komputerowe metodą Monte Carlo przy użyciu kodu MCNPx. W efekcie uzyskano wyniki symulacyjne i eksperymentalne pozwalające na wiarygodną ocenę efektywności różnych sposobów modyfikacji materiałowych, m.in. dodatków polimerowych, włókien polimerowych czy niekonwencjonalnych dodatków chemicznych, na właściwości osłonowe betonu. Jednocześnie potwierdzono możliwość zastosowania algorytmów symulacji komputerowych metody Monte Carlo do opisu transportu neutronów i promieniowania gamma przez beton.

The paper presents the results of the first phase of the project NGS-Concrete, which aims in material optimization is a modification of the composites at the atomic level; it means by addition of modifiers containing atoms of good scattering and absorbing properties against neutron radiation. As a result the concrete obtain the beneficial properties of shielding without compromising the usability performance of concrete. The first stage of the study included measurements of the shielding properties of concrete against gamma and neutron radiation in the reference radiation fields. At the same time computer simulations of the Monte Carlo method using code MCNPx has been carried out. The results of computer simulation and experimental measurements allow for a reliable assessment of the effectiveness of different ways of materials modification, including polymer additives, polymer fibers, or unconventional chemical additives on the shielding properties of concrete. It has been also confirmed the possibility of using Monte Carlo method algorithms for computer simulation to describe the transport of neutrons and gamma rays through the concrete.