Concreto pesado de baritina y serpentina

Abstract

La producción en gran escala, de radiaciones de alto poder de penetración y materiales radiactivos, como resultado del uso de reactores nucleares, aceleradores de partículas, radiografía industrial, terapia de rayos X y gamma, entraña el uso de materiales de blindaje para la protección del personal que operan estos dispositivos de los peligros biológicos de tales radiaciones. La peligrosidad de las radiaciones viene dada por su poder de penetración, de donde resulta que los rayos gamma y los neutrones, ocasionan mayores perjuicios que las partículas alfa y beta; estas últimas, prácticamente, no ofrecen dificultad en cuanto a problemas de protección, pues mientras que las partículas alfa, se detienen ante una hoja de papel, los beta no atraviesan una lámina de aluminio de media pulgada de espesor. Por lo tanto, para efecto de blindaje de reactores nucleares, el cual es el objetivo del presente trabajo, sólo es preciso considerar las radiaciones gamma y los neutrones, puesto que cualquier material capaz de atenuar estas radiaciones en grado suficiente, reducirá todas las demás (partículas alfa, beta, fragmentos de fisión, protones), a proporciones despreciables. El principal factor que se debe tener en cuenta en un blindaje para radiaciones es la reducción de la intensidad de éstas a niveles permisibles; secundario a esto, están los factores económicos y mecánicos, los cuales están bastante interrelacionados. Reducir la intensidad de las radiaciones, es relativamente simple. Casi cualquier material servirá para propósitos de protección, si es usado en espesor es suficientes. Sin embargo, el uso de materiales que requieran excesivos espesores puede no resultar una solución económica; otros materiales que requieran, solo moderados espesores, pueden no resultar prácticos por razones económicas o mecánicas. De este modo, aunque el agua es un - gran blindaje contra neutrones, requiere excesivos espesores para proteger contra rayos gamma, además que los tanques que se usarían serían relativamente frágiles y estarían sujetos a derrames o pérdidas. En el otro extremo, los blindajes de plomo son muy efectivos contra radiaciones gamma, pero carecen de resistencia mecánica para grandes y permanentes estructuras de protección. Ambos materiales son, por consiguiente, poco frecuentes en instalaciones de protección de magnitud considerable, ya que son antieconómicos y mecánicamente inadecuados. Afortunadamente, el concreto, es un excelente material de blindaje para instalaciones grandes y permanentes. Satisface los requerimientos de espesor, tanto para atenuación de neutrones, como para atenuar rayos gamma; posee suficiente resistencia mecánica, necesita poco o ningún mantenimiento y es de razonable costo. Mientras que el concreto ordinario, en suficiente espesor, ofrece blindaje satisfactorio, el concreto pesado, hecho con agregados especiales, con un costo lógicamente mayor, es usualmente preferible debido a sus menores requerimientos de espesor. Con el fin de atenuar, en forma efectiva, neutrones de alta energía, el blindaje de concreto deberá tener una composición balanceada, la cual incluya tanto elementos 1ivianos, como elementos pesados. Los elementos pesados, pueden ser proporcionados por la incorporación de agregados de alta densidad, los cuales existen en gran variedad tanto naturales como artificiales. Por otro lado, el hidrógeno es muy eficiente para desacelerar neutrones, a causa de su bajo peso, y está presente en el agua químicamente combinada en la pasta de cemento endurecida. Sin embargo, cuando la temperatura del blindaje se incrementa, cosa que ocurre inevitablemente en mayor o menor grado como consecuencia de la ab-sorción de radiaciones, la pasta de cemento hidratada puede no contener suficiente hidrogeno, a causa de las pérdidas de agua que pueda sufrir por evaporación. En este caso, el contenido de hidrógeno en la mezcla puede ser incrementado, por adición de agregados hidratados, tales como la limonita o la serpentina, los cuales - retienen su agua de constitución a altas temperaturas. Para la elaboración del concreto, materia del presente trabajo, se utilizó baritina (4.44 de gravedad específica) como agregado grueso, y serpentina (12% de agua Je constitución) como agregado fino, los cuales proporcionan a la sados y elementos livianos respectivamente.