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Abschirmung gegen Neutronenstrahlung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Abschirmmaterial gegen Neutronenstrahlung und insbesondere auf eine verbesserte Abschirmung gegen Neutronenstrahlung.
Es ist bekannt, wasserstoffhältige Materialien, wie thermoplastische Kunststoffe, zur Erzeugung solcher Schirme zu verwenden und auch Teilchen neutionenabsorbierender Materialien, wie Borverbindungen, in diese Kunststoffmaterialien einzubetten, so dass der Schirm tatsächlich Neutronen absorbieren kann.
Wenn jedoch an Ort und Stelle grosse Abschirmungen hergestellt werden sollen, beispielsweise für Reaktorgehäuse oder für die Umhüllungen von Brennstoffelementen einer Biennstoffbeschickungsvonich-
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zu maUmständen ist es des weiteren beim Zusatz feinverteilter Borverbindungen nur schwer möglich, das Absetzen dieser verhältnismässig schweren Teilchen aus dem im flüssigen Zustand befindlichen Kunststoffmaterial zu verhindern,
Gemäss der vorliegenden Erfindung ist eine Abschirmung gegen Neutronenstrahlung, die aus einem
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einem festen Material, besteht, im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmung aus in einen Hohlkörper gepackten Spänen aus dem festen Material und aus einem die Lufträume zwischen den Spänen ausfüllenden, mindestens 3 Gew.
go Wasserstoff enthaltenden, flüssigen oder zumindestens während seiner Zugabe zu den Spänen fliessbar zu machenden Material besteht, das eine die festen Teilchen umgebende Grundmasse bildet.
Wenn eine Abschirmung gegen Neutronenstrahlung in dieser Weise ausgebildet wird, so braucht während der Erzeugung der Abschirmung selbst nur ein verhältnismässig geringer Anteil des wasserstoffhältigen
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aus Nylon oder aus Polyäthylenterephthalat bestehen. Für viele Anwendungszwecke sind die bevorzugten Spanformen jene, die den grössten Leerraum aufweisen, z. B. kurze Stücke von Stab- oder Rohrform oder kleine Spiralen bzw. Schrauben. Für andere Anwendungszwecke ist jedoch ein kleiner Leerraum wünschenswert, und in diesem Falle werden beispielsweise kugelförmige Teilchen bevorzugt benUtzt. Bei der
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Wasser,Silikonflüssigkeiten, Äthylenglykol, Polyester-, Polystyrol- oder Bpoxydharzen bestehen.
Für die Formgebung der Abschirmung in ihrer Lage an Oit und Stelle ist es notwendig, dass die Grundmasse genügend biegsam, plastisch oder fliessbar ist oder in diesen Zustand gebracht werden kann, so dass sie an Ort und Stelle verfliessen und dabei die Zwischenräume zwischen den einzelnen abgesondertenspä-
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nen aus festem Material ausfüllen kann. Es. ist jedoch nicht notwendig, dass die Grundmasse ihr FIieBvermögen bei der Betriebstemperatur beibehält.
Das feste Material besteht vorzugsweise aus Polyäthylen oder Polystyrol oder einem gehärteten Harz wie einem Polyesterharz oder Epoxydharz, wobei es wesentlich ist, dass das feste Material in einen Zustand von ausreichender Fliessbarkeit gebracht werden kann oder schon in irgendeiner früheren tuf seines Herstellungsvorganges in diesen Zustand gebracht worden ist. so dass Teilchen einer neutronenabsorbierenden Substanz, beispielsweise einer Bor- oder Kadmiumverbindung, in der Harzmasse durchgehend verteilt werden können, bevor die Späne daraus hergestellt werden.
Die Auswahl des besonderen Materials, in welchem die Bor- oder Kadmiumverbindung eingebettet werden soll, hängt in der Praxis von der Temperatur ab, bei welcher die Stra. hlenabschirmung aus diesem Material wirksam sein sol1 wenn jedoch die Dichte der neutronenabsorbierenden Verbindung wesentlich von der des festen Materials abweicht, ist es wünschenswert, dass das feste Material bei jener Temperatur fest bleibt, die die Abschirmung unter den Betriebsbedingungen annimmt, so dass das absorbierende Material gleichmässig verteilt bleibt.
Wenn Borkarbid als neutronenabsorbierendes Material verwendet wird, enthält ein Dreikomponenten- system gemäss einem Beispiel 1 Gew. -0/0 J3orkarbid, 20 Gew.- eines Polyester-oder Epoxydharzes und 79 Gew. -0/0 granuliertes Polyäthylen. Das Borkarbid kann entweder dem Polyäthylen oder dem Harz oder beiden vor der abschliessenden Vermischung und Erhitzung bzw. Härtung des Harzes zugesetzt werden. Als zweites Beispiel einer derartigen neutronenabsorbierenden Masse kann ein Material genannt werden, das aus einem Kohlenwasserstofföl und Spänen aus Polyäthylen mit einem Gehalt an 2 Gew. -0/0 Boroxyd be- steht.
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Wärnieübergangseigenschaftende Menge eines Metallpulvers, wie z. B.
Aluminiumpulver, in dem festen Material gleichmässig verteilt werden. Ebenso kann ein zur Absorption der Gammastrahlung geeignetes Material, wie z. B. Blei oder Bleiverbindungen, dem festen Material einverleibt werden.
Wie bereits erwähnt, wird bei einer sehr zweckmässigen Ausführungsform der Abschirmung gegen Neutronenstrahlung von einer Masse Gebrauch gemacht, die aus abgesonderten Spänen eines festen Materials besteht, in der Teilchen eines neutronenabsorbierenden Materials eingebettet sind, wobei diese Späne selbst in einer Grundmasse eines mindestens 3 Gew. -0/0 Wasserstoff enthaltenden Materials verteilt bzw. eingebettet sind. Als Materialien für die Grundmasse können bestimmte Mineralöle, Wasser oder Silikonflüssigkeiten verwendet werden, wobei das Material der Grundmasse vorzugsweise weniger dicht ist ait die das neutronenabsorbierende Ma. terial enthaltenden Späne.
Fur die Formgebung der Abschirmung an Ort und Stelle wird es bevorzugt, dass das die Grundmasse bildende Material genügend biegsam, pla- stisch oder fliessbar gemacht werden kann, so dass es an Ort und Stelle um die Späne herumgegossen werden bzw. dort verfliessen kann ; es ist aber nicht notwendig, dass diese Grundmasse ihr Fliessvermögen bei der Betriebstemperatur beibehält. Zur Anwendung bei verhältnismässig niedrigenTemperaturen, d. i. un- terhalb des Schmelzpunktes von Polyäthylen, kann das weiter oben genannte Material dienen, das aus einem Kohlenwasserstofföl und Polyäthylenspänen mit einem Gehalt von 2 Gel. so Boroxyd besteht.
Zweckmässig können die Späne zwischen flüssigkeitsundurchlässigen Wandungen einer Ummantelung für das abzuschirmende Objekt eingefüllt werden, wonach das Kohlenwasserstofföl zugeführt wird, um die Räume zwischen den Spänen auszufüllen. Im allgemeinen kann für Temperaturen bis zu 1200 C das Grundmaterial aus Paraffin, Bitumen oder natürlichem bzw. künstlichem Kautschuk bestehen. Zur Anwendung bei höheren Temperaturen. beispielsweise bei 100-2500 C, können die Späne vorzugsweise aus Epoxyharzen gebildet sein, in welchen das neutronenabsorbierende Material dispergiert ist, während die Grundmasse aus einer Silikonflussigkeit besteht, beispielsweise aus einer Methylsilikonflüssigkeit, die nach dem Gelieren beträchtliche Biegsamkeit zeigt.
Besonders befriedigende Materialien tür den Aufbau von Strahlungsabschirmungen gemäss der Erfindung sind in den folgenden Beispielen angegeben :
1. Zur Anwendung bei niedrigen Temperaturen, z. B. bei 1000 C, wird Polyäthylen in Form kleiner Kügelchen (Durchmesser durchschnittlich 3,2 min) in einem Mineralöl, wie Gasöl, oder in einem Polyester-oder Polystyrolharz eingebettet bzw. verteilt.
2. Zur Anwendung bei höheren Temperaturen, z. B. bei 2000 C, werden Späne aus Nylon oder Poly- äthylenterephtha1at in einer Silikonftussigkeit dispergiert.
Wie bereits früher gesagt, können diese festen Späne Zusätze von Bor oder Kadmium oder eines Oxydes oder Karbonates dieser Elemente enthalten, so dass das Material wirkungsvoll Neutronen absorbieren kann. Weiters können die Späne Zusätze von schweren Elementen, wie Blei, Barium, Eisen oder deren Verbindungen, enthalten, um eine wirksame Absorption der Gammastrahlung hervorzurufen.