ANALIZA ZATITNE MOI BIOLOKOG ZIDA OD BETONA AUTORI

ANALIZA ZAŠTITNE MOĆI BIOLOŠKOG ZIDA OD BETONA AUTORI: § ANEL OSMANKOVIĆ, dipl. ing. građ. (Winner Project d. o. o. Sarajevo) § Prof. dr. AZRA KURTOVIĆ, dipl. ing. građ. (Građevinski fakultet u Sarajevu) SFERA 2019

SADRŽAJ 1. UVOD 2. INTERAKCIJA IONIZIRAJUĆEG ZRAČENJA S MATERIJOM 3. OBJEKTI U KOJIMA SE PROJEKTUJU BIOLOŠKI ZIDOVI 4. BETON KAO BIOLOŠKI ZID 5. ZAKLJUČAK

1. UVOD • ZRAČENJA: IONIZIRAJUĆE (α-zračenje, β-zračenje, neutronsko zračenje, teški ioni) → interreaguje s materijom NEIONIZIRAJUĆE ZRAČENJE (UV zračenje, vidljiva svjetlost, infracrveno zračenje, mikrotalasno, radiotalasno zračenje i ELF) → ne interreaguje s materijom

1. UVOD

1. UVOD • Tri osnovna principa zaštite od zračenja: 1. VRIJEME 2. DISTANCA 3. BARIJERA → BIOLOŠKI ŠTIT/ZID

2. INTERAKCIJA ZRAČENJA I MATERIJE • Ionizirajuće zračenje pri prolasku kroz materiju stupa u interakciju sa sistemima od kojih je ona sastavljena izazivajući hemijske, fizikalne i biološke promjene.

2. INTERAKCIJA ZRAČENJA I MATERIJE • Ne postoji jedinstven proces interakcije s materijom za sva zračenja.

3. OBJEKTI U KOJIMA SE PROJEKTUJU BIOLOŠKI ZIDOVI • Reprezentativni objekti su nuklearne elektrane, kontejneri nuklearnog otpada, te odjeli radiologije.

3. OBJEKTI U KOJIMA SE PROJEKTUJU BIOLOŠKI ZIDOVI • Cjelokupni projekat ovakvih objekata, a posebice nuklearnih elektrana je jako kompleksan i obuhvata mnogo oblasti. • Smjernice za projektovanje vrsta građevina kao što su nuklearne elektrane i kontejneri nuklearnog otpada nisu obuhvaćeni europskim standardima za projektovanje - Eurokodovima. Za njih se koriste posebni pravilnici, preporuke i standardi Međunarodne agencije za atomsku energiju (IAEA).

3. OBJEKTI U KOJIMA SE PROJEKTUJU BIOLOŠKI ZIDOVI Jedan od bitnih zahtjeva kod izrade projekta ovakvih objekata je Projektovanje bioloških štitova Potrebno poznavati vrstu i jačine izvora ionizirajućih zračenja, uslove okoline, te propisane granične doze na koje je potrebno svesti zračenje da bi se ljudi i oprema zaštitili. Uglavnom su γ i neutronsko zračenje u fokusu razmatranja pri projektovanju bioloških štitova, zbog njihove prodornosti. Problem projektovanja biološkog zida može se posmatrati tako da zračenje predstavlja opterećenje koje zid mora preuzeti u određenoj mjeri. Osnovni faktori kojima se postiže slabljenje intenziteta zračenja su faktori geometrije i atenuacije. Geometrija podrazumijeva usvajanje odgovarajućih dimenzija poprečnog presjeka biološkog zida. Atenuaciju (prigušivanje) je ukupno slabljenje zračenja kroz štit. Osnovne veličine kojima se iskazuje zaštitna moć biološkog štita su: - koeficijent atenuacije - poludebljina - makroskopski udarni presjek

3. OBJEKTI U KOJIMA SE PROJEKTUJU BIOLOŠKI ZIDOVI γ- zračenje Neutronsko zračenje

4. BETON KAO BIOLOŠKI ZID

4. BETON KAO BIOLOŠKI ZID q ATENUACIJSKA SVOJSTVA

4. BETON KAO BIOLOŠKI ZID • CEMENTNI KAMEN - Voda u cementnom kamenu: slobodna voda, - - fizički vezana voda i hemijski vezana voda Sadržaj vodika oko 0, 25% od mase cementnog kamena (hemijski vezana voda) Rješenje: modifikacija betona polimerima Približno cjelokupna poroznost betona sadržana u cementnom kamenu (p(%)= p. G + p. K + Δp) Mali sadržaj elemenata visokog atomskog broja Atenuacijska svojstva betona za γ-zračenje treba tražiti kod agregata.

4. BETON KAO BIOLOŠKI ZID • AGREGAT - Koriste se specijalni- teški agregati Agregat Hemijski sastav Gustina [kg/m 3] Limonit 2 Fe 2 O 3· 3 H 2 O 3400 -3800 Getit Fe 2 O 3·H 2 O 3500 -4500 Hematit Fe 2 O 3 4600 -5200 Magnetit Fe 3 O 4 4600 -5200 Barit Ba. SO 4 4000 -4400 Ilmenit Fe. O·Ti. O 2 4200 -4800 Opiljci željeza i čelika Fe 6500 -7500

4. BETON KAO BIOLOŠKI ZID • TEŠKI BETONI - Betoni gustoće veće od 2600 kg/m 3 Gustoća postignuta primjenom teških agregata Tehnologija proizvodnje ima određene specifičnosti zbog velike gustoće betona (povećana segregacija, potrebne mješalice većeg kapaciteta mase i snage, kao i pumpe veće snage, pažljivo vibriranje)

4. BETON KAO BIOLOŠKI ZID Uticaj gustoće na zaštitna svojstva betona

4. BETON KAO BIOLOŠKI ZID • BETONI VISOKIH SVOJSTAVA (HPC), BETONI VISOKIH ČVRSTOĆA (HSC) I BETONI ULTRA VISOKIH ČVRSTOĆA (UHSC) Normalni betoni: agregat + cement + voda + hemijski dodaci HPC/HSC betoni: agregat + cement + voda + hemijski dodaci + superplastifikator nove generacije + mineralni dodaci

4. ANALIZA ZAŠTITNE MOĆI BIOLOŠKOG ZIDA OD BETONA

4. BETON KAO BIOLOŠKI ZID q. ZAGRIJAVANJE BETONA KAO BIOLOŠKOG ŠTITA - Interesatna činjenica je da se kod betona za izradu biološkog zida problem djelovanja povišene temperature javlja i u svježem i u očvrslom stanju. SVJEŽI BETON: hidrataciona toplota zbog masivnosti presjeka OČVRSLI BETON: prolaskom i interakcijom zračenja sa atomskim i subatomskim česticama u strukturi betona kinetička energija se apsorbuje i pretvara u toplotnu, a mjera te toplote se iskazuje povišenom temperaturom. Dakle, toplota se razvija u presjeku betona, kao i hidrataciona toplota. - Prolem predstavljaju i cikličke promjene temperature pri kojim termofizičko svojstvo - termički koeficijent linearnog širenja (αT) ima bitnu ulogu.

4. BETON KAO BIOLOŠKI ZID q EFEKTI IONIZIRAJUĆIH ZRAČENJA NA BETON • Uticaj γ-zračenja na beton

4. BETON KAO BIOLOŠKI ZID • Uticaj neutronskog zračenja na beton

5. ZAKLJUČAK • Za atenuaciju γ-zračenja neophodna je gustoća i sadržaj elemenata visokog atomskog broja, dok je za neutronsko zračenje presudan sadržaj lakih elemenata (vodik na prvom mjestu), što se može postići variranjem sastava betona. • Pored zaštitnih svojstava betona može se govoriti i o radioaktivnim svojstvima ukoliko beton sadrži povećanu količinu radionuklida u svom sastavu. • Na temu zaštitnih svojstava betona, a posebno uticaju ionizirajućih zračenja na strukturu betona ostaje prostora za nova istraživanja, kao i sagledavanje dosada istraženog na konkretnom primjeru. • Jedini cilj priče o projektovanju bioloških zidova je da se sačuvaju ljudski životi, što je općenito osnovni zadatak projektovanja u građevinarstvu.