ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2104770
СПОСОБ ОБЛУЧЕНИЯ МИНЕРАЛОВ

СПОСОБ ОБЛУЧЕНИЯ МИНЕРАЛОВ. УКРАШЕНИЯ. ЮВЕЛИРНЫЕ. ЗОЛОТО. ПЛАТИНА. АЛМАЗ. БРИЛЬЯНТ. НОУ ХАУ. ОБРАБОТКА. ОГРАНКА. ДРАГОЦЕННЫЙ КАМЕНЬ. ВНЕДРЕНИЕ. ПАТЕНТ. ТЕХНОЛОГИИ.

ИЗОБРЕТЕНИЕ. СПОСОБ ОБЛУЧЕНИЯ МИНЕРАЛОВ. Патент Российской Федерации RU2104770

Имя заявителя: Петербургский институт ядерной физики им.Б.П.Константинова РАН; Коноплев Кир Александрович; Орлов Сергей Петрович; Чмшкян Донг Владимирович 
Имя изобретателя: Коноплев К.А.; Орлов С.П.; Чмшкян Д.В. 
Имя патентообладателя: Петербургский институт ядерной физики им.Б.П.Константинова РАН; Коноплев Кир Александрович; Орлов Сергей Петрович; Чмшкян Донг Владимирович
Адрес для переписки: Петербургский институт ядерной физики им.Б.П.Константинова РАН; Коноплев Кир Александрович; Орлов Сергей Петрович; Чмшкян Донг Владимирович
Дата начала действия патента: 1996.06.04 

Изобретение относится к радиационным методам обработки минералов с целью повышения их ювелирной ценности. Предлагаемый способ позволяет уменьшить наведенную активность образцов, обусловленную тепловыми и резонансными нейтронами, которые образуются в рабочем объеме за счет замедления быстрых нейтронов. Сущность изобретения: тепловые нейтроны частично отфильтровываются с помощью кадмиевой фольги, которой оборачивают контейнер. Контейнер заполняется веществом или смесью веществ, поглощающих тепловые и резонансные нейтроны, например бор, кадмий, бор-индий, кадмий-тантал, кадмий-индий и т.д. Затем размещают в нем минералы, причем соотношение предлагаемых веществ в смеси и плотность заполнения ею контейнера рассчитывают из условия, чтобы в момент облучения в контейнере отношение потока быстрых нейтронов к потоку тепловых нейтронов было больше или равно 10.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к радиационным методам обработки минералов с целью изменения их окраски, устранения дефектов и т.д. (с целью повышения их ювелирной ценности).

Известен способ обработки минералов и драгоценных камней с помощью ускоренных электронов с энергией от 3 до 45 МэВ с интегральной дозой от 1·1016 до 1·1018 электрон/см2 при температуре от 80oC до 350oC (DE, N 2910520, кл. C 04B 41/00, 1982).

Известен способ изменения окраски минералов в реакторе действием нейтронного и сопутствующего ему гамма-излучения. Облучение производится быстрыми нейтронами с энергией не ниже 0,5 МэВ при интегральной дозе облучения 5·1015 - 1·1018 нейтрон/см2 и при интегральной дозе гамма-облучения 5·106 -1·109 рентген при температуре не выше 300oC. В качестве фильтра тепловых нейтронов используется кадмиевая фольга (DE, N 2934944, кл. C 04B 41/00, 1982).

Известен также способ облучения минералов в реакторе в потоке быстрых нейтронов с энергией не ниже 0,5 МэВ при интегральной дозе от 5·1015 - 1·1018 и интегральной дозе гамма-излучения 5·105 -1·109 рентген. Тепловые нейтроны, присутствующие в спектре потока ядерного реактора, отфильтровывают с помощью кадмиевой фольги (NL, N 172467, кл. C 30 B 33/00, 1987).

Наиболее близким к заявляемому является способ облучения минералов нейтронным и гамма-излучением реактора (SU, N 601855, кл. B 01J 19/08, 1983). Способ заключается в том, что используют для оптимизации характеристик получаемого изделия быстрые нейтроны с энергией не менее 2 МэВ ори интегральных потоках нейтронного излучения 5·1015 - 5·1018 нейтрон/см2 и интегральных дозах гамма-излучения 5·106 - 5·109 рентген. Тепловые нейтроны частично отфильтровывались с помощью кадмиевой фольги, окраска минералов, облученных таким способом, оказалась устойчивой к световому и тепловому воздействию.

Однако все описанные выше способы требует длительного высвечивания для устранения наведенной активности.

Предлагаемый в качестве изобретения способ позволяет уменьшить наведенную активность образцов, обусловленную тепловыми и резонансными нейтронами, образующимися за счет замедления быстрых нейтронов в рабочем объеме. Для этого в способе облучения минералов в нейтронном потоке реактора, когда тепловые нейтроны частично отфильтровываются с помощью кадмиевой фольги, согласно заявляемому изобретению предлагается следующее.

Емкость (или контейнер), в которую помещены облучаемые минералы, заполняют веществом или смесью веществ, поглощающих тепловые и резонансные нейтроны, например бор-индий, кадмий-тантал, кадмий-индий, причем соотношение указанных веществ в смеси и плотность заполнения ею контейнера рассчитывают таким образом, что в момент облучения в контейнере должно быть соблюдено условие



где Фб.н. - поток быстрых нейтронов с энергией выше 1 МэВ;

Фт.н. - поток тепловых нейтронов.

Такая совокупность признаков, как было установлено экспериментальным путем, позволяет уменьшить наведенную активность после двухнедельной выдержки до 74 Бк/г, что по нормам МАГАТЭ не представляет радиационной опасности.

Поскольку материалы, как правило, содержат активируемые примеси и их наведенная активность пропорциональна потоку тепловых нейтронов, а для получения желаемой окраски минерала необходимо облучить их флюенсом быстрых нейтронов не менее 1018 н/см2, т.к. в ядерном реакторе соотношение быстрых нейтронов к тепловым 1, то минералы при таком облучении получат такой же флюенс тепловых нейтронов, что приводит к наведенной активности 1000 Бк/г, что не допустимо. Облучаемый контейнер с минералами имеет некоторый объем, и его экранирование поглощающим тепловые нейтроны материалом, например, кадмием в качестве фильтра тепловых нейтронов (который используется в рассмотренных выше аналогах и прототипе), не обеспечивает необходимое соотношение между быстрыми и тепловыми нейтронами ввиду генерации тепловых нейтронов внутри контейнера за счет замедления быстрых нейтронов.

Экспериментальным путем было установлено такое соотношение потока быстрых нейтронов к потоку тепловых нейтронов внутри контейнера в момент облучения, при котором осуществляется устранение различных дефектов в минералах, улучшение их окраски, а наведенная активность уменьшается на порядок. Для этой цели могут быть использованы известные поглотители тепловых и резонансных нейтронов, например бор, индий, тантал и т.д., а также их смеси.

Плотность заполнения контейнера поглощающими веществами рассчитывается в каждом конкретном случае (исходя из веса минералов потока нейтронов в месте облучения и т.д.), но при этом должно быть соблюдено условие, чтобы в контейнере в момент облучения



Возможность осуществления способа подтверждается следующими примерами.

1. Топазы были помещены в контейнер объемом 100 см3, экранированный кадмием, заполненный 185 г минералов и 20 г карбида бора (р = 0,2 г/см3). Это по расчетам обеспечивает в контейнере в момент облучения соотношение Фб.н.т.н. = 12. Контейнер был облучен в канале реактора, за 15 ч облучения флюенс нейтронов (с энергией выше 1 МэВ) составил 3,9·1018 н/см2. После двухнедельной выдержки активность топазов составила 47 Бк/г . После облучения минералы приобрели темно-голубую окраску.

2. Топазы были помещены в контейнер объемом 100 см3, экранированный кадмием, заполненный 185 г минералов, 20 г индия и 20 г карбида бора. Это по расчетам обеспечивает в контейнере в момент облучения соотношение Фб.н.т.н. = 25. Контейнер был облучен до флюенса нейтронов (с энергией выше 1 МэВ) 2,7·1018 н/см2. После двухнедельной выдержки активность топазов составила 8 Бк /г. После облучения минералы приобрели темно-голубую окраску.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ облучения минералов в нейтронном потоке реактора в контейнере, отличающийся тем, что в контейнер, в котором размещены облучаемые минералы, помещают также вещество или смесь веществ, содержащих элементы, поглощающие тепловые и резонансные нейтроны, причем соотношение указанных веществ и плотность заполнения ими контейнера рассчитывают так, чтобы в момент облучения минералов в контейнере отношение потока быстрых нейтронов к потоку тепловых нейтронов должно быть больше или равно 10.

Версия для печати
Дата публикации 03.01.2007гг


вверх