Metal containing composition materials for radiation protection

In individual protective complete sets, for application as elements of radiation biological protection, five types of composition materials are offered. Their basis is polystyrene reinforced by an aluminum with addition of powderlike tungsten. By means of numeral methods efficiency of absorption of ionizing radiation is rotined. The technological modes of making of composition materials were worked off. It is discovered that hardness of standards increases with the increase of amount a metallic constituent. It is suggested to use the methods of IRradiometry for control of homogeneity of compositeВ индивидуальных защитных комплектах для применения в качестве элементов радиационной биологической защиты предложены пять видов композиционных материалов. Их основой является полистирол, армированный алюминием с добавлением порошкового вольфрама. Посредством численных методов показана эффективность поглощения ионизирующего излучения. Отрабатывались технологические режимы изготовления композиционных материалов. Обнаружено, что твердость образцов возрастает с увеличением количества металлической составляющей. Предложено использовать методы ИК-радиометрии для контроля однородности композита.В індивідуальних захисних комплектах для застосування в якості елементів радіаційного біологічного захисту запропоновано п'ять видів композиційних матеріалів. Їх основою є полістирол, армований алюмінієм з додаванням порошкового вольфраму. За допомогою чисельних методів показана ефективність поглинання іонізуючого випромінювання. Відпрацьовувалися технологічні режими виготовлення композиційних матеріалів. Виявлено, що твердість зразків зростає із збільшенням кількості металевої складової. Запропоновано використати методи ІЧ-радіометрії для контролю однорідності композит

Improving of characteristics of composite materials for radiation biological protection

Offered an individual protective system designed for the needs of radiation-biological protection. As the protective layer is applied the polymeric matrix composite material based on aluminum reinforced polystyrene, with the addition of particulate tungsten. The composite was made in the form of fixed-size granules with a homogeneous distribution of the filling volume. Numerical methods, the efficiency of absorption of ionizing radiation. It is shown that when the thickness of the composite material (protective layer) equal to 1 cm, absorbed all the gamma-quanta with energies up to 70 keV and 70% of the energy flux carried by gamma-quanta with energies up to 200 keVЗапропоновано індивідуальний захисний комплекс, призначений для потреб радіаційно-біологічного захисту. В якості захисного прошарку застосовували полімер-матричний композиційний матеріал на основі полістиролу, армованого алюмінієм, з додаванням дрібнодисперсного вольфраму. Композит виготовлявся у вигляді гранул фіксованих розмірів з однорідним розподілом наповнення за об'ємом. За допомогою числових методів перевірена ефективність поглинання іонізуючого випромінювання. Показано, що при товщині композиційного матеріалу (захисного прошарку), рівній 1 см, поглинаються усі гама-кванти з енергією до 70 кеВ і 70% потоку енергії, який переноситься гама-квантами з енергією до 200 кеВ.Предложен индивидуальный защитный комплекс, предназначенный для нужд радиационно-биологической защиты. В качестве защитного слоя применяли полимер-матричный композиционный материал на основе полистирола, армированного алюминием, с добавлением мелкодисперсного вольфрама. Композит изготавливался в виде гранул фиксированных размеров с однородным распределением наполнения по объему. Численными методами проверена эффективность поглощения ионизирующего излучения. Показано, что при толщине композиционного материала (защитного слоя), равной 1 см, поглощаются все гамма-кванты с энергией до 70 кэВ и 70% потока энергии, переносимого гамма-квантами с энергией до 200 кэВ

Структурные изменения в поверхностном слое матричных алюминиевых сплавов 1201 и 6111 в зоне воздействия импульсного пучка электронов в режиме предплавления

В работе рассмотрены особенности воздействия релятивистского импульсного пучка электронов на процессы структурообразования в поверхностном слое промышленных алюминиевых сплавов 1201 и 6111 в режиме предплавления. Показано, что в подобранном режиме предплавления - до макроскопического плавления поверхности в зоне воздействия пучка - осуществляется локальное плавление и последующая кристаллизация отдельных объемов микроструктуры поверхностного слоя сплавов. Предполагается, что появление подобных участков микроструктуры сплавов 1201 и 6111 может быть связано и с плавлением неравновесных эвтектик и с плавлением участков сегрегации легирующих элементов. В роботі розглянуто особливості дії релятивістського імпульсного пучка електронів на процеси структуроутворення в поверхневому прошарку промислових алюмінієвих сплавів 1201 і 6111 в режимі передплавлення. Показано, що в підібраному режимі передплавлення до макроскопічного плавлення поверхні в зоні дії пучка - здійснюється локальне плавлення і наступна кристалізація окремих ділянок мікроструктури поверхневого прошарку сплавів. Зроблено завбачення, що виникнення таких ділянок мікроструктури алюмінієвих сплавів 1201 і 6111 може бути пов’язане з плавленням нерівноважних евтектик і з плавленням ділянок сегрегації легуючих елементів. In this work the features of the relativistic pulsed beam of electrons influence on the processes of structure formation in surface layer of industrial aluminum alloys 1201 and 6111 in pre-melting regime are investigated. It is shown, that in selected pre-melting regime - till the macroscopic surface melting in beam influence zone - the local melting and the subsequent crystallization of separate volumes of surface layer microstructure of alloys occurs. It is supposed, that the appearance of similar areas of microstructure of aluminum alloys 1201 and 6111 can be associated as with the nonequilibrium eutectics melting as with the melting of the segregations of alloying elements

Delivering 21st century Antarctic and Southern Ocean science

The Antarctic Roadmap Challenges (ARC) project identified critical requirements to deliver high priority Antarctic research in the 21st century. The ARC project addressed the challenges of enabling technologies, facilitating access, providing logistics and infrastructure, and capitalizing on international co-operation. Technological requirements include: i) innovative automated in situ observing systems, sensors and interoperable platforms (including power demands), ii) realistic and holistic numerical models, iii) enhanced remote sensing and sensors, iv) expanded sample collection and retrieval technologies, and v) greater cyber-infrastructure to process ‘big data’ collection, transmission and analyses while promoting data accessibility. These technologies must be widely available, performance and reliability must be improved and technologies used elsewhere must be applied to the Antarctic. Considerable Antarctic research is field-based, making access to vital geographical targets essential. Future research will require continent- and ocean-wide environmentally responsible access to coastal and interior Antarctica and the Southern Ocean. Year-round access is indispensable. The cost of future Antarctic science is great but there are opportunities for all to participate commensurate with national resources, expertise and interests. The scope of future Antarctic research will necessitate enhanced and inventive interdisciplinary and international collaborations. The full promise of Antarctic science will only be realized if nations act together

Control of macroscopic characteristics of composite materials for radiation protection

Composite materials, intended for radiation protection, were studied. They are made of polystyrene and reinforced by an aluminum. Aluminum is used as a powder. Tungsten powder was added for increase the radiation-protective properties. Examined the state of the composite material at different temperatures. The composite material is dependent on the component. Thermal conductivity of the composite material was studied. It was used in the form of balls and plates. The absorbed dose of gamma-radiation is calculated by mathematical methods. The area where the maximum absorbed gamma quanta found for composites.Изучались композиционные материалы, предназначенные для радиационной защиты. Они базировались на полистироле, который армировался порошковым алюминием. Увеличение радиационно-защитных свойств осуществляли добавлением порошкового вольфрама. Проводилась проверка состояния материалов различного компонентного состава в зависимости от температуры. Изучались характеристики теплопроводности композиционных материалов, выполненных в виде сплошных пластин и шариков. Математическими методами вычислена энергетическая зависимость поглощенной дозы гамма-излучения для полученных образцов. Определялись диапазоны энергий гамма-квантов, при которых применение композиционных материалов наиболее эффективно.Вивчалися композиційні матеріали, призначені для радіаційного захисту. Вони базувалися на полістиролі, який армувався порошковим алюмінієм. Збільшення радіаційно-захисних властивостей здійснювали додаванням порошкового вольфраму. Проводилася перевірка стану матеріалів різного компонентного складу залежно від температури. Вивчалися характеристики теплопровідності композиційних матеріалів, виконаних у вигляді суцільних пластин і кульок. Математичними методами отримана енергетична залежність поглиненої дози гамма-випромінювання для отриманих зразків. Визначалися діапазони енергій гамма-квантів, при яких застосування композиційних матеріалів найбільш ефективне

Application of methods of mathematical modeling for determining of radiation-protective characteristics of polystyrene-metal composite materials

Radiation safety features of polystyrene steel composite materials were found by means of mathematical modeling techniques. We determined the attenuation of the gamma quantum flux passing through a solid protective layer compared with those attenuation for the bulk protective layer. Change of fractional attenuation of the dose absorbed by 10 and 50 mm thick composites is calculated. Dependence between protective properties of composite and its blend composition was studied. Modifications of technical process of composite materials production were performed. Rotation speed of agitator system was found. It was defined that heating time of polystyrene steel mix is longer than heating time of polystyrene tungstic one. Degree of mix heating and integrity of thermic field on its surface was controlled with the help of IR radiometry methods.Рассчитаны радиационно-защитные характеристики полистирол-стальных композиционных материалов. Дано сравнение эффективности ослабления потока гамма-квантов в случаях сплошного защитного слоя и защитного слоя, изготовленного в виде шариков диаметром 2 мм. Рассчитано изменение относительного ослабления поглощѐнной дозы композитами толщиной 10 и 50 мм. Исследована зависимость между защитными свойствами композита и его компонентным составом. Выполнена доработка технологического про- цесса изготовления композиционных материалов. Найдены скорости вращения системы размешивания. Установлено, что время нагрева полистирол-стальной смеси больше, чем время нагрева полистиролвольфрамовой. При помощи методов ИК-радиометрии контролировали степень нагрева смеси и однородность теплового поля по еѐ поверхности.Розраховані радіаційно-захисні характеристики полістирол-стальних композиційних матеріалів. Надано порівняння ефективності послаблення потоку гамма-квантів у випадках суцільного захисного шару і захисного шару, виготовленого у вигляді кульок діаметром 2 мм. Розрахована зміна відносного послаблення поглиненої дози композитами завтовшки 10 і 50 мм. Досліджена залежність між захисними властивостями композиту і його компонентним складом. Виконано доопрацювання технологічного процесу виготовлення композиційних матеріалів. Знайдені швидкості обертання системи розмішування. Встановлено, що час нагріву полістирол-сталевої суміші більший, ніж час нагріву полістирол-вольфрамової суміші. За допомогою методів ІЧ-радіометрії контролювали ступінь нагріву суміші і однорідність теплового поля по її поверхні

Performance ratio hardness characteristics polystyrene-metal composite materials

The methods of measuring the hardness of layered polystyrene-metallic composite materials. It is proposed to use powder-like tungsten and powder-like steel as radiation-protective layer. A measurement of the hardness of composites of different composition, and given its dependence on the particle size and their form. The possibility of increasing the hardness of the composites reinforced with metallic additives. Radiation-protective characteristics were calculated for the studied species of composite materials. Influence of the quantitative composition of the metal components is studied on the change of the absorbed dose of gamma radiation.Відпрацьовані методики виміру твердості шаруватих полістиролметалевих композиційних матеріалів. Запропоновано використовувати як радіаційно-захисну добавку порошковий вольфрам і порошкову сталь. Проведено вимір значень твердості композитів різного складу і надана їх залежність від розмірів часток і їх форми. Показана можливість збільшення твердості композитів армуванням металевими добавками. Радіаційно-захисні характеристики розраховані для досліджених видів композиційних матеріалів. Вивчений вплив кількісного складу металевої компоненти на зміну поглиненої дози гама-випромінювання.Отработаны методики измерения твердости слоистых полистиролметаллических композиционных материалов. Предложено использовать в качестве радиационно-защитной добавки порошковый вольфрам и порошковую сталь. Проведено измерение значений твердости композитов различного состава и даны её зависимости от размеров частиц и их формы. Показана возможность увеличения твердости композитов армированием металлическими добавками. Радиационно-защитные характеристики рассчитаны для исследованных видов композиционных материалов. Изучено влияние количественного состава металлической компоненты на изменение поглощенной дозы гамма-излучения

Simulation of characteristics of gamma-radiation detectors based on mercury compounds

We used Monte-Carlo method to compare characteristics of HgI₂- and HgS-detectors which work in the mode of pulse amplitude analysis. The GEANT4 Simulation Toolkit version 4.9.4p04 and EGSnrc version 4.r2.3.2 were used for modeling gamma-quantum trajectories and calculating response functions in the gamma-quantum energy range between 25 keV and 3 MeV.We supposed that simulated HgI₂- and HgS-detectors were equipped with planar contacts and their geometric sizes were 3.14 mm² × 1 mm. Basing on calculated detector's response functions, we obtained the efficiency of gamma-quantum registration and detector sensitivity dependence on energy for energy range from 0.025 to 3 MeV. Statistical characteristics of theoretical response functions and amplitude distributions of pulses are studied taking into account noise and incomplete charge collection distortions of theoretical response functions. Results of simulation show that in the high-energy region the efficiency of energy conversion of gamma-quanta in charge signal for HgS detectors can exceed the same characteristic for HgI₂-detectors up to 10. . . 12 percents.Метод Монте-Карло використаний для порiвняння характеристик HgI₂-i HgS-детекторiв, якi працюють у режимi аналiзу амплiтуд iмпульсiв. Для моделювання траекторiй гамма-квантiв та розрахунку функцiй вiдгуку детекторiв в областi енергiй вiд 25 кеВ до 3 МеВ використанi пакети GEANT4 v4.9.4p04 i EGSnrc v4.r2.3.2. Дослiджуванi детектори були оснащенi планарними омiчними контактами, а їх розмiри були 3,14 мм² × 1мм. У дiапазонi енергiй 0,025...3 МеВ для детекторiв були розрахованi ефективнiсть реєстрацiї гамма-квантiв i залежнiсть чутливостi вiд енергiї. Показано, що в областi порiвняно високих енергiй гамма-квантiв ефективнiсть перетворення енергiї квантiв у зарядовий сигнал для HgS-детекторiв може перевищувати ефективнiсть HgI₂-детекторiв на 10...12 вiдсоткiв.Метод Монте-Карло использован для сравнения характеристик HgI₂-и HgS-детекторов, которые работают в режиме анализа амплитуд импульсов. Для моделирования траекторий гамма-квантов и расчета функций отклика детекторов в области энергий от 25 кэВ до 3 МэВ использованы пакеты GEANT4 v4.9.4p04 и EGSnrc v4.r2.3.2. Исследуемые детекторы были оснащены планарными омическими контактами, а их размеры были 3,14мм² × 1мм. В диапазоне энергий 0,025...3 МэВ для детекторов были рассчитаны эффективность регистрации гамма-квантов и зависимость чувствительности от энергии. Показано, что в области сравнительно высоких энергий гамма-квантов эффективность преобразования энергии квантов в зарядовый сигнал для HgS-детекторов может превышать эффективность HgI₂-детекторов на 10...12 процентов

Структурные изменения в поверхностном слое матричных алюминиевых сплавов 1201 и 6111 в зоне воздействия импульсного пучка электронов в режиме предплавления

В работе рассмотрены особенности воздействия релятивистского импульсного пучка электронов на процессы структурообразования в поверхностном слое промышленных алюминиевых сплавов 1201 и 6111 в режиме предплавления. Показано, что в подобранном режиме предплавления - до макроскопического плавления поверхности в зоне воздействия пучка - осуществляется локальное плавление и последующая кристаллизация отдельных объемов микроструктуры поверхностного слоя сплавов. Предполагается, что появление подобных участков микроструктуры сплавов 1201 и 6111 может быть связано и с плавлением неравновесных эвтектик и с плавлением участков сегрегации легирующих элементов. В роботі розглянуто особливості дії релятивістського імпульсного пучка електронів на процеси структуроутворення в поверхневому прошарку промислових алюмінієвих сплавів 1201 і 6111 в режимі передплавлення. Показано, що в підібраному режимі передплавлення до макроскопічного плавлення поверхні в зоні дії пучка - здійснюється локальне плавлення і наступна кристалізація окремих ділянок мікроструктури поверхневого прошарку сплавів. Зроблено завбачення, що виникнення таких ділянок мікроструктури алюмінієвих сплавів 1201 і 6111 може бути пов’язане з плавленням нерівноважних евтектик і з плавленням ділянок сегрегації легуючих елементів. In this work the features of the relativistic pulsed beam of electrons influence on the processes of structure formation in surface layer of industrial aluminum alloys 1201 and 6111 in pre-melting regime are investigated. It is shown, that in selected pre-melting regime - till the macroscopic surface melting in beam influence zone - the local melting and the subsequent crystallization of separate volumes of surface layer microstructure of alloys occurs. It is supposed, that the appearance of similar areas of microstructure of aluminum alloys 1201 and 6111 can be associated as with the nonequilibrium eutectics melting as with the melting of the segregations of alloying elements