خواص جذب نوترون کامپوزیت ژئوپلیمری حاصل از خاکستر آتشفشانی کوه تفتان

فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین

مقاله 2، دوره 10، شماره 37 - شماره پیاپی 1، آبان 1398، صفحه 19-32   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

بابک هاشمی^{* 1}؛ رقیه امینی²

¹هیات علمی بخش مهندسی مواد دانشگاه شیراز

²بخش مواد، دانشگاه شیراز

تاریخ دریافت: 21 فروردین 1398،  تاریخ بازنگری: 14 تیر 1398،  تاریخ پذیرش: 11 شهریور 1398 

چکیده

موادی که به عنوان جاذب نوترون مورد استفاده قرار میگیرند، باید خاصیت کند کنندگی نوترونهای سریع و همچنین جذب نوترونهای حرارتی را داشته باشند. ژئوپلیمرها از جمله موادی هستند که در سالهای اخیر جایگزین سیمانها شدهاند و از آنها جهت نگهداری زبالههای هستهای استفاده شده است. در این تحقیق خاصیت جذب نوترون کامپوزیت ژئوپلیمری ساخته شده از خاکستر آتشفشانی کوه تفتان مورد بررسی قرار گرفت. برای این منظور با افزودن ترکیبات هیدروکسید سدیم و سیلیکات سدیم به خاکستر اتشفشانی و قرار دادن آن در دمای 65 درجه سانتی گراد به مدت 24 ساعت و سپس نگه داشتن در دمای محیط به مدت هفت روز واکنش ژئوپلیمریزاسیون انجام شد. به منظور بهبود خواص جذبی ژئوپلیمر، اکسید بور و کاربید بور به میزان 10-5 درصد وزنی به ژئوپلیمر اضافه شد. بر روی نمونههای تولید شده آنالیز تفرق اشعه ایکس )XRD )و طیفسنجی تبدیل فوریه مادون قرمز )FTIR )به ترتیب به منظور بررسی فازها و پیوندهای شیمیایی بهوجود آمده صورت گرفت. همچنین آزمون استحکام فشاری برای بررسی استحکام نمونهها و آزمون جذب نوترون جهت بررسی خاصیت جذب نوترون آنها انجام گردید. نتایج به دست آمده از آنالیز XRD وجود فازهای مربوط به تشکیل ژئوپلیمر و نتایج آنالیز FTIR وجود شبکه ژئوپلیمری را تایید کرد. استحکام فشاری بیشینه 54.37 مگاپاسکال برای نمونه فاقد اکسید و کاربید بور بهدست آمد؛ اما نمونههای دارای افزودنی استحکام فشاری کمتری داشتند. آزمون جذب نوترون نیز نشان داد که نمونههای حاوی کاربید بور نسبت به نمونههای حاوی اکسید بور به دلیل داشتن عنصر کربن جذب نوترون باالتری دارند.

کلیدواژه‌ها

جاذب نوترون؛ فعال کننده قلیایی؛ خاکستر آتشفشانی کوه تفتان؛ ژئوپلیمر

عنوان مقاله [English]

Neutron Absorption Properties of Geopolymeric Composite used Taftan Mountain Volcanic Ash

نویسندگان [English]

Babak Hashemi¹؛ Roghayeh Amini²

¹Associate Prof.

²Materials Dept., Shiraz University

چکیده [English]

Neutron absorbers materials must have the ability to slow down the fast neutrons and absorb the thermal neutrons. In recent years, geopolymers have used as a replacement for cements and used to store nuclear waste. In this study, neutron absorption properties of geopolymer samples were investigated. In this regard, Taftan Mountain volcanic ash was used for synthesis of the samples. Sodium hydroxide and sodium silicate were used as alkaline activators. The samples were cured at 65°C for 24 hours and then kept at ambient temperature for seven days in order to geopolymerisation reactions were completely done. The fast neutrons were retarded by light elements such as hydrogen or carbon and boron absorb thermal neutrons In order to improve the absorption properties of the samples boron oxide and boron carbide (by 5-10 wt%) were added to them. The x-ray diffraction (XRD) and Fourier transformation spectroscopy (FTIR) were performed to investigate the phase and chemical bond, properties of the samples respectively. The compression strength and absorption properties of the samples were studied by compression and absorption tests. The XRD results confirmed the existence of geopolymer phases and the FTIR results showed the existence of a geopolymer network. The sample without any additive had maximum compressive strength 37.5 MPa. The absorption test results showed that the samples containing boron carbide had higher neutron absorption than the samples containing boron oxide due to existence of carbon in them.

کلیدواژه‌ها [English]

Boron Carbide, Boron Oxide, Geopolymer, Volcanic Ash, Neutron Absorber

مراجع

1.  Arthur Chilton, J. Kenneth Shultis, and Richard E. Faw. "Principles of radiation shielding." (1984).
2.  M. N. Nasrabadi and G. Baghban. "Neutron shielding design for 241Am–Be neutron source considering different sites to achieve maximum thermal and fast neutron flux using MCNPX code." Annals of Nuclear Energy Vol. 59, pp 47-52, 2013.
3. T. Nicholas "Measurement and detection of radiation" CRC press, 2010.
4. P. Duxs, J. L Provis, G. C. Lukey, A. Palomo and, J. S van Deventer "Geopolymer technology: the current state of the art"Journal of materials science, Vol. 42 no.9, pp 2917-2933, 2007.
5.  H. Djwantoro and B. Vijaya Rangan. "Development and properties of low-calcium fly ash-based geopolymer concrete." 2005.
6. J. Davidovits, "Geopolymer cement. A review" Geopolymer Institute, Technical papers, Vol.21, pp 1-11, 2013.
7. F. Pacheco-Torgal, "Introduction to handbook of alkali-activated cements, mortars and concretes" In Handbook of alkali-activated cements, mortars and concretes, pp.1-16, 2015.
8. P. Chindaprasirt and U. Rattanasak "Utilization of blended fluidized bed combustion (FBC) ash and pulverized coal combustion (PCC) fly ash in geopolymer" Waste Management, Vol. 30, no. 4 pp 667-672, 2010.
9. N. Ranjbar, M. Mehrali, A. Behnia, U. J. Alengaram, and M. Z. Jumaat, "Compressive strength and microstructural analysis of fly ash/palm oil fuel ash based geopolymer mortar" Materials & Design Vol. 59, pp 532-539, 2014.
10. Tchadjié, and D. Njopwouo "A comparative study of two methods to produce geopolymer composites from volcanic scoria and the role of structural water contained in the volcanic scoria on its reactivity" Ceramics International Vol.41, no. 10, pp 12568-12577, 2015.
11.  M. Mahdy, P. R. S. Speare, and A. H. Abdel-Reheem "Shielding properties of heavyweight, high strength concrete" In 2nd Material Specialty Conference of the Canadian Society for Civil Engineering, pp. 5-8, 2002.
12. D. Khale and R. Chaudhary,"Mechanism of geopolymerization and factors influencing its development: a review" Journal of materials science, Vol. 42, no. 3,  pp 729-746, 2007.