<Desc/Clms Page number 1>
Schutzkörper gegen biologisch schädlich wirkende Strahlen
Die Erfindung betrifft einen Schutzkörper gegen biologisch schädlich wirkende Strahlen, bestehend aus mehreren Schichten, die einfallende und aus diesen erzeugte sekundäre Strahlen absorbieren.
Von solchen Strahlen können die Alpha- und Betastrahlen bereits durch feste Körper, Flüssigkeiten und auch durch Gase mit geringen Schichtstärken der Schutzstoffe abgeschirmt werden. Der Schutz gegen diese Strahlen reicht aber nicht für die Gammastrahlen aus. Nur besonders schwere Stoffe, wie Eisen, Blei, Magnesit, Schwerspat, Schwerbeton in dicken Schichten hindern den Durchgang der Gammastrahlen, u. zw. nach einer Exponentialgleichung.
Solche Schutzmittel werden in der Technik bereits angewendet. Die erforderliche Schichtstärke für das Abschirmen, die nach der Art des Schutzstoffes und nach der Stärke der Einstrahlung verschieden gross ist, aber immer sehr dicke Schichten verlangt, behindert die allgemeine Anwendung dieser Abschirmungen, z. B. für den Schutz der Bevölkerung gegen Atombomben.
Bei Kernreaktionen, besonders bei Kernspaltung, entsteht neben der Gammastrahlung auch ein Fluss von Neutronen. Dieser beträgt beim Kernzerfall etwa 101o der Gammastrahlung. Das Verhalten der Neutronen in Körpern ist kompliziert und theoretisch wie messtechnisch schwer zu erfassen. Man unterscheidet ja nach dem Energieinhalt folgende wichtigste Neutronenarten :
EMI1.1
<tb>
<tb> sehr <SEP> schnelle <SEP> Neutronen <SEP> 20 <SEP> MeV
<tb> schnelle <SEP> Neutronen <SEP> 0,5 <SEP> MeV
<tb> mittlere <SEP> Neutronen <SEP> 200 <SEP> eV <SEP> - <SEP> 0, <SEP> 5 <SEP> MeV <SEP>
<tb> überthermische <SEP> Neutronen <SEP> 0,2 <SEP> eV
<tb> langsamere <SEP> Neutronen <SEP> 1 <SEP> - <SEP> 10 <SEP> eV <SEP>
<tb> thermische <SEP> Neutronen <SEP> 0, <SEP> 1 <SEP> eV <SEP>
<tb>
Beim Kernzerfall überwiegen die thermischen Neutronen.
Schnelle Neutronen können mit Kernen (n, p) (n, Alpha) und (n, 2n) Prozesse auslösen, bei welchen radioaktive Reaktionsprodukte entstehen.
Auch bei unelastischer Streuung (n, n')-Prozess mit mittleren und schweren Kernen-entstehen Gammastrahlen und Energieverlust der Neutronen. Mit leichten Kernen werden schnelle Neutronen durch elastische Streuung (n. n)-Prozess-abgebremst. Je leichter der abbremsende Kern ist, umso grösser ist der Effekt.
Ideal ist ein leichter Stoff mit hoher Konzentration, also Wasserstoff.
Die abgebremsten schnellen und die ursprünglichen langsamen Neutronen werden durch Kerne eingefangen, wobei der Einfangsquerschnitt der chemischen Elemente sehr verschieden ist. Beim Einfangen wird beträchtliche Neutronen-Bindungsenergie frei, in einem (n, Gamma)-Prozess als Gammastrahlung (vorwiegend von 2 bis 5 MeV, für welche die schweren Stoffe am durchlässigsten sind). Ausnahmen sind Lithium und Bor, bei welchem die thermischen Neutronen in einem (n, Alpha)-Prozess reagieren. Beim Bor tritt nur die relativ harmlose Gammastrahlung von 0,478 MeV auf. Bor hat einen sehr grossen Einfangsquerschnitt für die thermischen und langsamen Neutronen bis zirka 1 eV.
Die sonst gegen einfallende Gammastrahlen verwendbaren Schutzmittel, wie vor allem Schwerbe- : on, schützen nur unvollständig gegen den Neutronenfluss, insbesondere in den für die allgemeine Verwendung möglichen Schichtstärken. Will man auch gegen Neutronenfluss schützen, müssen die Schutz- körper (Schilder) folgendermassen beschaffen sein :
<Desc/Clms Page number 2>
a) Sie sollen dicht sein zwecks Absorption der primären Gammastrahlen aus dem Kernprozess und der sekundären Gammastrahlen aus den Neutroneneinfängen und unelastischen Stössen. b) Sie sollen Wasserstoff enthalten zum Bremsen der schnellen und mittleren Neutronen durch elastische Stösse. c) Sie sollen Stoffe mit grossem Einfangsquerschnitt für thermische und gebremste Neutronen enthalten, welche keine Gammastrahlung aussenden, wie z. B.
Bor oder Lithium.
Schwerbetonschilder, welche neben schweren Stoffen auch gleichmässig verteilt borhaltige Stoffe enthalten, sind in der Literatur beschrieben. Die Brems-und Absorptionswirkung solcher Schutzkörper ist. jedoch beschränkt, weil das Bor im Schwerbeton gleichmässig verteilt und dadurch die Bildung einer sekundären Gammastrahlung nicht unterbunden ist.
Ferner ist bei den bekannten mehrschichtigen Schutzkörpern keine Vorsorge getroffen, dass die Bildung einer sekundären Gammastrahlung verhindert wird.
Demgegenüber besteht die Erfindung darin, dass eine äussere Schicht aus Pandermit (CaB 019. 7 HO) oder Colemanit (Ca2B0 . 5 H, 0) besteht und eine innere Schicht in an sich bekannter Weise aus Schwermineralien oder Schwermetall zusammengesetzt ist. Dadurch werden die schnellen Neutronen ganz nahe an der Oberfläche des Körpers durch den Wasserstoff des Pandermit gebremst und die eingefallenen, langsamen Neutronen ebenfalls in diesem Bereich durch das Bor des Pandermit eingefangen, so dass es zu keiner Bildung einer sekundären Gammastrahlung kommt. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass bei Anordnung einer äusseren Pandermit- oder Colemanitschicht bei einem Schutzkörper als Verbundstein die Brems- und Absorptionswirkung wesentlich stärker ist als bei einem Verbundstein gleicher Grösse, der aus einem Gemisch von Schwerbeton und Colemanit besteht.
Die Erfindung besteht auch darin, dass bei Anordnung von drei Schichten die beiden nach aussen weisenden Schichten aus Pandermit bzw. Colemanit und die zwischen diesen liegende mittlere Schicht aus Metall oder Schwermineralien besteht. Dadurch ist es möglich, den Schutzkörper als Bauelement in beliebiger Lage verwenden zu können, unabhängig davon, aus welcher Richtung einmal die schädlichen Strahlen einfallen.
Belegt man oder tränkt man die Oberfläche der äusseren Schicht noch-mit einem wasserstoffhaltigen Stoff, z. B. Paraffin, so werden die einfallenden schnellen Neutronen zusätzlich gebremst. Dadurch wird die Wirkung der Absorptionsschicht verstärkt. Die Wirkungsverstärkung ermöglichte den Schutzkörper aus dünneren Schichten herzustellen, was wirtschaftlich von Vorteil ist.
Die einzelnen Schichten können mit einem Mörtel verbunden werden, der aus Pandermit und Zement oder Kunstharz besteht. Die Schichten können aber auch allmählich ineinander übergehen, sie können z. B. in einem Arbeitsprozess gemeinsam verpresst werden.
Die Dicke der Schichten richtet sich nach der Stärke der zu erwartenden Strahlung, die unschädlich gemacht werden soll, und nach den in einer Gesamtstrahlung vorhandenen Strahlungsarten.
Man kann auch Platten aus schwerem Metall, z. B. Stahlpanzerplatten, mit Schichten aus Pandermit oder Colemanit belegen.
Schutzkörper nach der Erfindung bieten vor allem Schutz gegen weitreichende Strahlen, die aus einem Strahlungsherd kommen, wie z. B. bei Atombombenexplosionen. Bei einer Kernzerfallbombe verteilt sich die freigewordene Energie etwa auf su% thermische, 60% mechanische und 10% Strahlung. Gegen die kurz dauernde thermische Auswirkung schützt eine abgedeckte Lage. Gegen die Druckwelle schützt allgemein eine unterirdische Lage des Schutzraumes bzw. starke Beton- oder Metallgehäuse usw. stegen die Strahlung schützt der Schutzkörper nach der Erfindung, mit dem die Aussenwände eines Bunkers oder eines sonstigen Schutzraumes belegt werden können. Mit der Erfindung ist es daher möglich, sinen sicheren Schutz der Menschen unter Aufwand tragbarer Kosten zu erreichen.
Insbesondere gibt es iann auch Schutz gegen die bedeutend stärkere Neutroneneinstrahlung bei Wasserstoffbombenexplosionen.
PATENTANSPRÜCHE : 1. Schutzkörper gegen biologisch schädlich wirkende Strahlen, bestehend aus mehreren Schichten, lie einfallende und aus diesen erzeugte sekundäre Strahlen absorbieren, dadurch gekennzeichnet, dass sinue äussere Schicht aus Pandermit (Ca4Bl0 7 Ho) oder Colemanit (Ca2B60. 5 HO) besteht und mie innere Schicht in an sich bekannter Weise aus Schwermineralien oder Schwermetall zusammengesetzt ist.