Размещено на http://www.allbest.ru/

Теоретические предпосылки создания радиопоглощающего бетона бетэла-м

М.С. Лемешев

Введение

На живой и растительный мир неблагоприятное воздействие оказывают электромагнитные поля (ЭМП) и излучения неионизирующей природы [1].

Систематическое воздействие электромагнитного излучения (ЭМИ), превышающее допустимый уровень может оказать крайне неблагоприятное воздействие на человека, выражающееся в функциональных нарушениях нервной, эндокринной и сердечно-сосудистой систем. При этом возможно появление утомляемости, головной боли, торможение рефлексов. При воздействии СВЧ излучений могут наблюдаться изменение в крови, помутнение хрусталика, нервно-психические заболевания функциональные нарушения, вызванные биологическим воздействием ЭМИ, являются обратимыми при прекращении воздействия, но могут накапливаться в организме [2,3]. В этой связи воздействия электромагнитного излучения (ЭМИ) на население и окружающую живую природу можно приравнять к техногенным катастрофам.

Радиэкранирующие конструкции (РЭК) и радиопоглощающие материалы (РПМ), позволяют снизить уровень антропогенных электромагнитных полей (ЭМП) до необходимого минимума в границах защищаемого объекта и обеспечить нормальную жизнедеятельность людей.

В помещениях, как правило, внутренние поля возникают от строго локализованных источников, дополненных многократными отражениями от поверхностей стен, пола, потолка и различных предметов. Внутренние поля могут возникать из-за прямого проникновения через стены или крышу ЭМИ или переотражения последних металлическими поверхностями. Интенсивность поля в таких "горячих зонах" может во много раз превышать интенсивность падающего излучения, что увеличивает биологическую опасность ЭМИ.

Учитывая то, что "электромагнитный смог" по мере индустриализации общества существенно возрастает, возникает необходимость в разработке дешевых и доступных радиозащитных материалов (РЗМ), которые могут быть использованы для гражданских и промышленных зданий.

Анализ существующих радиопоглощающих материалов

РПМ делятся на два класса: немагнитные и магнитные. Немагнитные РПМ подразделяются на градиентные (поглощающие), интерференционные и комбинированные. Градиентные РПМ имеют многослойную структуру с плавным или ступенчатым изменением комплексной диэлектрической и магнитной проницаемости по толщине. Верхний (входной) слой обычно состоит из материала, имеющего диэлектрическую проницаемость, близкую к единице; остальные чередующиеся слои изготавливаются из твердых диэлектриков с высокой и низкой диэлектрической проницаемостью [4,5]. К градиентным относятся шиповидные РПМ, в которых коэффициент поглощения ЭМИ увеличивается за счет многократного отражения волн от поверхности шипов с поглощением энергии волн при каждом отражении [6,7]. Интерференционные РПМ состоят из чередующихся слоев диэлектрика и электропроводного материала или решеток резонансных элементов, причем толщину РПМ выбирают кратной четверти длины волны СВЧ излучения [8-10]. В таких РПМ энергия падающего СВЧ излучения ослабляется за счет интерференции радиоволн, отраженных от металлической поверхности подложки, на которую наносят РПМ.

Основными недостатками немагнитных РПМ являются их громоздкость, относительная узкополосность, использование при изготовлении токсичных материалов и веществ, сложность в изготовлении, что ограничивает диапазон эксплуатационных условий их применения. В определенной мере этих недостатков лишены магнитные РПМ, основным компонентом которых являются мелкодисперсные ферритовые материалы. Известно антирадарное покрытие, получаемое из смеси сферических намагниченных частиц размером 0,5-20 мкм в виде порошкообразного железа или покрытых намагниченным материалом стеклянных шариков и диэлектрического связующего, причем намагниченные частицы составляют приблизительно 80% массы смеси, а в качестве связующего используются термостойкие силиконовые композиции. Такой радиопоглощающий материал обеспечивает ослабление энергии ЭМИ на 12-20 дБ в диапазоне 2-10 ГГц при толщине покрытия приблизительно 1 мм (0,040 дюйма) [11]. Недостатком данного РПМ является преобладание в нем магнитного наполнителя (80%), следствием чего являются его значительный вес и хрупкость.

Теоретические предпосылки создания эффективных РПМ

В качестве теоретической предпосылки создания эффективных РПМ было выдвинуто предположение, что минеральное гидравлическое вяжущее, содержащее в своем составе проводниковый компонент способно поглощать энергию ЭМИ. Радиопоглощающие свойства таких композитов могут быть усилены за счет следующих технологических приемов:

материал или изделие должно быть многослойными с плавным или ступенчатым изменением комплексной диэлектрической и магнитной проницаемости по толщине;

Для изготовления металлонасыщенных цементных образцов использовался портланд цемент ПЦ I-500 Камянец-Подольского цементного завода и невостановленный шлифовальный шлам стали ШХ-15. Образцы изготавливались размером 10 х 23 мм и длиной 10-40мм плотной структуры, с разным количеством мелкодисперсного проводника (в % от массы вяжущего), со средней плотностью 1800-2400 кг/м 3, и ячеистой структуры -плотностью 300-700 кг/м 3 . Для измерения радиозащитных свойства материала использовался высокочастотный генератор, волновод, в который помещались образцы, а также приемник

Радипоглощающий материал можно оценить по двум основным радиозащитным характеристикам: за экраном - сквозное затухание (поглощение); перед экраном - отражение от поверхности материала (коэффициент отражения). Подавая сигнал определенной частоты на образец, производили измерения мощности отраженного и прошедшего сигнала, в результате чего можно было оценить эффективность поглощения материала и коэффициент отражения от поверхности исследуемого образца. Результаты исследований приведены на рис.2-3.

Рис. 2. Зависимость эффективности поглощения ЭМИ от концентрации шлама плотных образцов бетэла-м

Рис. 3. Зависимость коэффициента отражения ЭМИ от концентрации шлама плотных образцов бетэла-м

Как видно из рис.2, бетэл-м плотной структуры обладает достаточно высоким поглощением (15-48 дБ). Это означает, что мощность ЭМИ уменьшается в 6-250раз, особенно при большом количестве шлама. Коэффициент отражения изменяется также в зависимости от концентрации шлама (рис.3). Его минимальное значение (0,26-0,3) соответствует концентрации шлама в промежутке 10-20%, при всех других концентрациях возрастает. Для сравнения, металлические экраны практически полностью отражают ЭМИ, соответственно поглощение как таковое не наблюдается. Это говорит о том, что плотный бетэл-м является хорошим экранирующим материалом и может использоваться как радиоэкранирующий материал, а также как подложка для радиопоглощающих конструкций, или как радиопоглощающий материал с достаточно высоким отражением.

Учитывая современные требования по экологической безопасности, оптимальная радиозащита должна обладать минимальным отражением (1-й слой) и максимальным поглощением. По этому для РПМ основным параметром является коэффициент отражения, так как поглощение может быть увеличено либо за счет толщины материала, либо путем размещения за ним отражающего экрана. Предварительные исследования ячеистого бетэла-м с разным количеством шлама показывают, что можно получить пористый металлонасыщенный бетон с коэффициентом отражения 3-7%. Это свойство ячеистого бетона дает возможность использовать его при сооружении радиобезопасных зданий. Поэтому все последующие исследования будут направлены на изучение свойств металлонасыщенного ячеистого бетона и получения на его основе радиопоглощающих материалов.

Выводы

Шлифовальные шламы производства подшипников могут быть использованы в качестве проводникового компонента для изготовления радиозащитных материалов, полученных на минеральном гидравлическом вяжущем

Проведенные исследования показывают, что увеличение концентрации металла в плотном бетэле-м существенно увеличивает поглощение электромагнитного излучения на частоте 8-10ГГц. При этом концентрация проводника существенно не влияет на коэффициент отражения бетэла-м.

Ячеистые металлонасыщенные бетоны обладают достаточно низким коэффициентом отражения (3-7%), по этому их необходимо использовать в качестве верхнего слоя радиопоглощающих конструкций.

Литература

1. Электромагнитная совместимость электроприемников промышленных предприятий // Под ред. А.К. Шидловского. - К.: Наукова думка, 1992. - 236 с.

2. Сердюк В.Р., Лемешев М.С. Радіопоглинаючі покриття з бетелу-м // Збірник наукових статей "Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди". Рівне, 2005. - Випуск № 12. - С. 62 - 68.

3. Сердюк В.Р., Лемешев М.С. Строительные материалы и изделия для защиты от электромагнитного излучения радиочастотного диапазона // Строительные материалы и изделия. - 2005. - № 4. - С. 8 - 12.

4. Сердюк В.Р., Лемешев М.С. Технологические приемы повышения радиопоглощающих свойств изделий из бетэла-м // Строительные материалы и изделия. - 2005. - № 5. - С. 2 - 6.

5. Лемешев М.С. Теоретитчні передумови підвищення довговічності електропровідних бетонів // Тези доповідей Міжнародної науково-технічної конференції "Ресурсо-економні матеріали, конструкції, будівлі та споруди". - Рівне: УДАВГ, 1996. - С. 35.

6. Сердюк В.Р., Христич О.В., Лемешев М.С. Пути использования дисперсных металлических шламов // Збірник наукових праць Міжнародної науково-практичної конференції "Енергозберігаючі технології. Застосування відходів промисловості в будівельних матеріалах та будівництві". - Київ: Пульсари. - 2004. - С. 119-126.

7. Лемешев М.С. Формування структури бетелу-м в процесі твердіння під впливом змінного електричного струму // Матеріали доповідей ІІ Республіканської науково-технічної конференції " Індівідуальний житловий будинок". - Вінниця: Континент, 1998. - С.116 - 120.

8. Лемешев М.С. Активний метод захисту підземних металевих споруд від електричної корозії // Матеріали доповідей ІІ Республіканської науково-технічної конференції " Індівідуальний житловий будинок". - Вінниця: Континент, 1998. - С.121 - 124.

9. Лемешев М.С. Антистатичне покриття із бетелу-м // Збірник наукових праць за матеріалами IV Всеукраїнської науково-технічної конференції // "Сучасні технології, матеріали і конструкції в будівництві". - Вінниця: ВНТУ, 2004. - С. 217 - 223.

10. Лемешев М.С. Встановлення основних технологічних факторів при електричному способі формування структури бетелу-м // Материалы 43 международного семинара по моделированию и оптимизации композитов "Моделирование и оптимизация в материаловедении", МОК' 43. - Одесса: Астропринт, 2004. - С. 148.

11. Лемешев М.С. Електропровідні бетони для антикорозійного захисту підземних інженерних мереж. // Тези доповідей науково-технічної конференції "Індивідуальний житловий будинок". - Вінниця: ВДТУ. - 1996. - С. 31.

12. Лемешев М.С. Формирование электрофизических характеристик образцов бетэла-м // Материалы к 44-му международному семинару по моделированию и оптимизации композитов "Моделирование и оптимизация в материаловедении" МОК'38. - Одесса: Астропринт, 1999. - С. 134.

13. Лемешев М.С. Радиозащитные металлонасыщенные бетоны // Материалы 44 международного семинара по моделированию и оптимизации композитов "Моделирование и оптимизация в материаловедении", МОК' 44, 21-22 апреля 2005 г. - Одесса: Астропринт. - 2005. - С. 135.

Размещено на Allbest.ru