[发明专利]低活化混凝土组合物及其用途

说明书

技术领域

本发明涉及混凝土组合物，更具体地涉及所谓的低活化混凝土组合物。

本发明还涉及低活化混凝土在辐射防护结构中的用途，优选用于粒子加速器。

背景技术

用于辐射防护结构的混凝土基本上包含三种组分：水泥、固体骨料和水。此外，高效减水剂是当今混凝土的常见(第四)组分。

铕(Eu)、钴(Co)和铯(Cs)是在标准混凝土中使用的骨料和水泥中天然存在的元素，且浓度范围为1ppm至几十ppm(Suzuki，A等人，Journal of Nuclear Science and Technology 38(7)(2001)，第542-550页)。

例如核电站的生物屏蔽中的混凝土受到每秒每cm²超过大约3×10⁴个中子的次级热中子通量。因此，¹⁵¹Eu(n,γ)、¹⁵³Eu(n,γ)、⁵⁹Co(n,γ)和¹³³Cs(n,γ)反应在生物屏蔽的混凝土中诱发了突出的长寿命残余放射性同位素，即分别为¹⁵²Eu、¹⁵⁴Eu、⁶⁰Co和¹³⁴Cs。在核电站退役时，就普通混凝土中诱发的清洁解控水平值而言，这四种放射性同位素占总残余放射性的99％至100％。因此，在核电站的寿命终结(EOL)时，混凝土的剩余的活化部分需要与非活化部分分离。超过(由国际原子能机构(IAEA)对核废料定义的)清洁解控水平的活化混凝土被归类为低水平放射性废物(LLW)，且需要储存在特定区域中，以允许在实际清洁解控之前活性随时间的降低。

在本说明书的上下文中，术语“清洁解控”(或清洁解控水平，CL)是指对于将材料处理为非放射性废物所允许的放射性类别。

与由混凝土制成的辐射防护结构有关的待处理的主要问题是其中诱发的混凝土活化，由此产生的低水平放射性废物(LLW)，以及在拆除结构时在这种LLW的处理中涉及的成本。

在本领域中，已经努力开发低活化混凝土组合物。

在本说明书的上下文中，“低活化混凝土”(LAC)是指将辐射屏蔽功能与减少残余辐射的功能结合的混凝土。

更特别地，各种低活化混凝土组合物在本领域已经被提出并且在与原子能(例如核电站)和粒子加速器(例如回旋加速器，同步加速器)相关联的装置中使用，以便减少混凝土屏蔽中所诱发的放射性，并且因此减少LLW的量。

例如，在JP2008157801中，在混凝土中混合含硼化合物以制备屏蔽中子的低活化混凝土。这种低活化混凝土可以例如用于回旋加速器的辐照室的地板表面。同样在JP2006038467和JP2001305278中，在混凝土中使用硼来吸收热中子。

在JP2004256376中，通过使用通用波特兰水泥而不使用特定水泥例如白水泥，以低成本制备低活化混凝土。制备的低活化混凝土包含波特兰水泥、含有量少于或等于20质量％的MgO的石灰石细骨料、和石灰石粗骨料。描述的是，具有这样的构成的低活化混凝土即使在用辐射例如中子进行辐照时也几乎不被活化，并且其适合用于屏蔽辐射的应用中。

JP2008013426提供了一种降低残余放射性并具有辐射屏蔽能力的低活化水泥。100份的水泥含有40-55份CaO、16-40份Al₂O₃、10-34份SiO₂、小于0.3mg/kg(0.3ppm)的Eu和小于15mg/kg(15ppm)的Co。

JP2008239362描述了含有基于混凝土总量的总含量小于或等于30mg/kg(30ppm)的Co、Eu和Cs的低活化混凝土。

EP2128872公开了低活化水硬性凝结组合物和包含所述组合物的低活化水泥。该低活化水硬性组合物包含具有25至55份CaO、16至45份Al₂O₃、23至40份SiO₂、0至1份MgO和0至4份ZrO₂的化学组成的硅铝酸钙(CaAl₂Si₂O₈)，其中Eu含量小于0.3mg/kg且Co含量小于15mg/kg。