Strahlenschutz-Bauelement Die Erfindung bezieht sich auf ein Strahlenschutz- Bauelement, vor allem zum Schutze gegen Röntgen- und y-Strahlung, gegebenenfalls auch gleichzeitig gegen Neutronenstrahlung sowie auf ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemässen Bauelemen tes. Das Baumaterial dieser Bauelemente kann z. B. im wesentlichen aus Beton, Kunststein, Steinholz oder dergleichen bestehen.
Die platten- oder block- förmigen Bauelemente dienen vor allem zur Herstel lung oder Ausgestaltung von Wänden, Decken, Ver kleidungen oder vollständigen Bauwerken aller Art.
Durch die Erfindungen wird bezweckt, die bis her bekannten, zum Schutz gegen Strahlen dienenden Bauelemente und Baukörper zu verbessern und deren Nachteile zu beseitigen. Insbesondere be zwecken die Erfindungen eine Verbesserung der Ab schirmung der schädlichen Strahlen, eine Erhöhung der mechanischen Festigkeit sowie eine Verringe rung der Herstellungskosten.
Zum Schutz gegen weiche und mittelharte Rönt genstrahlen wird im allgemeinen Blei in Form von Bleiplatten verwendet. Die Wirkung von Blei oder ähnlichen Elementen als Schutz gegen Röntgenstrah len beruht auf der hohen Atomnummer dieser Ele mente, wobei vorwiegend eine direkte Absorption der Röntgenstrahlen stattfindet.
Je härter die Strahlung wird, desto geringer wird diese Absorption. Dafür findet dann vorwiegend eine Schwächung der Strahlen durch Streuung statt (Comp- toneffekt). Für diesen Effekt ist nicht mehr die Atomnummer, sondern die Dichte des verwendeten Materials massgebend. Deshalb wird neuerdings zum Schutz gegen harte Röntgenstrahlen sowie gegen Gamma-Strahlen vielfach Beton, gegebenenfalls Schwerbeton oder Barytbeton benutzt.
Diese Stoffe haben gegenüber Blei zwar den Vorteil, dass sie wirtschaftlicher sind, eine hohe Festigkeit bieten, einen höheren Schmelzpunkt und ein geringeres Wärmeleitungsvermögen als Blei haben, und dass schliesslich die durch die Giftigkeit der Bleidämpfe verursachten chemischen Gefahren und Gesundheits schädigungen bei denselben in Fortfall kommen. Der Nachteil von Stoffen wie Beton gegenüber Blei be steht aber darin, dass z. B. Schutzwände aus Beton, welche die Gamma-Strahlung von Radium oder Ko balt 60 in einem bestimmten Verhältnis schwächen sollen, auf jeden Fall noch 6- bis 7mal dicker als eine in entsprechendem Masse schützende Wand aus Blei gemacht werden müssen.
Bei noch härteren Strahlen, wie sie z. B. im Betatron erzeugt werden, wird dieses Verhältnis noch wesentlich ungünstiger. Hier muss eine Schutzwand aus Beton etwa 15- bis 20mal dicker sein als eine gleichwertige Schutzwand aus Blei.
Das erfindungsgemässe Strahlenschutz-Bauelement ist dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens schicht weise einen fein verteilten Zusatzstoff enthält, der mindestens ein Element mit hohem Atomgewicht auf weist.
Die Erfindungen werden im folgenden beispiels weise näher erläutert.
Als Grundstoffe mit niedrigem oder mittlerem Atomgewicht kommen Stoffe wie Beton, Kunststein, Steinholz oder dergleichen in Frage, welche im we sentlichen eine Schwächung der Strahlen durch Streuung bewirken, während als Zusatzstoffe mit hohem Atomgewicht . vor allem Schwermetalle wie vorzugsweise Blei in Frage kommen, welche in fein verteilter Form, z. B. als Späne oder Körner oder Pulver, in der gesamten Masse enthalten sind, und welche im wesentlichen eine Schwächung der Strah len durch Absorption bewirken.
Diese fein ver teilten Zusatzstoffe mit hohem Atomgewicht schwä chen vor allem die weichere Primärstrahlung sowie die bei der Streuung laufend entstehende weichere Sekundärstrahlung durch Absorption, sind aber im Falle des Vorhandenseins sehr harter Strahlung gleichzeitig auch durch Paarbildung wirksam. Bei sehr harten Strahlen tritt nämlich durch eine Paar bildung, das heisst durch Umwandlung eines Röntgen- quants in ein Elektron und ein Positron, eine zusätz liche Schwächung der Strahlung auf.
Das Bauelement, z. B. eineBauplatte, ein Block oder sonstiger Baukörper, z. B. eine Gebäudewand, besteht also vorzugsweise aus einem Baustoff wie Beton, Kunststein, Steinholz oder dergleichen, welches mit kleinen und kleinsten Teilen aus Blei oder ähnlichen Schwermetallen durchsetzt ist.
Hierdurch wird erreicht, dass in den Bauelemen ten die verschiedenen Vorteile aller strahlenschwä chenden Substanzen vereinigt sind. Die Bauelemente oder Baukörper erhalten ohne Schwierigkeiten die Festigkeit und Härte der üblichen Betonwände, kön nen aber wesentlich schwächer als die bisher bekann ten Betonschutzwände ausgeführt werden, um die gleiche strahlungsschwächende Wirkung zu erreichen. Gegenüber der Verwendung von Schutzwänden aus Bleiplatten ist das beschriebene Baumaterial erheb lich wirtschaftlicher.
Es hat sich gezeigt, dass durch die beschriebenen Bauelemente auch harte Strahlen stärker geschwächt werden als durch eine zusammenhängende Bleifolie.
Gegenüber dem üblichen Beton wird bei gleichem Strahlenschutz eine erhebliche Materialersparnis er zielt. Man kommt bei Verwendung der beschrie benen Bauelemente auch beim Strahlenschutz gegen harte Strahlen nicht nur mit geringeren Wanddicken, sondern auch mit kleineren Gewichten pro Quadrat meter Wand aus. Hinzu kommt gegebenenfalls die spezifische Schutzwirkung gegenüber Neutronen.
Zwar bietet an sich auch Beton, vor allem, wenn er einen hohen Wassergehalt hat, gegen Neutronen einen ausreichenden Schutz, aber es tritt gerade in diesem Falle in der absorbierenden Wand eine Gamma- Strahlung auf, die meist vor dem Wiederaustritt nicht mehr genügend geschwächt wird bzw. eine noch grössere Wanddicke erforderlich machen würde.
Es ist zwar vorteilhaft, aber nicht unbedingt er forderlich, dass die Elemente mit hohem Atom gewicht wie insbesondere Blei in reiner metallischer Form fein verteilt dem Baumaterial zugesetzt werden. Man kann anstatt dessen auch Metallverbindungen insbesondere in Form von fein zerkleinerten Metall erzen verwenden, die wegen starker Verunreinigun gen oder anderer Eigenschaften sonst nur mit erheb lichem Aufwand zu verarbeiten wären. Eine solche Grundmasse kann gegebenenfalls durch Zusatz von fein verteilten Schwermetallen angereichert werden.
Eine Bauplatte wird beispielsweise unter Ver wendung eines Grundmaterials aus grobem Leicht beton oder sonstigem Beton, Kunststein, Steinholz oder dergleichen, z. B. auch aus Bimsbeton und an dern Werkstoffen hergestellt werden. Dieses Material wird mit fein verteilten Spänen, Körnern, Pulver oder dergleichen aus Blei oder entsprechenden strahlen schwächenden bzw. strahlenabsorbierenden Stoffen durchsetzt.
Da häufig zugleich mit einer Gamma-Strahlung eine Neutronenstrahlung auftritt, kann das mit Blei teilchen oder dergleichen durchsetzte Baumaterial zu- sätzlich mit einer Substanz zum Neutronenschutz ver sehen werden. Es können z. B. Borverbindungen mit den andern, den Gamma-Strahlenschutz bewirkenden Beimengungen vermischt und in denselben fein verteilt werden. Es kann auch bei der Herstellung der Strah- lenschutzplatten ein Beton mit stärkerem Wasser gehalt verwendet werden.
Die dann bei Neutronen absorption auftretenden Gamma-Strahlen werden durch die vorgesehenen Zusätze wieder absorbiert. Unter Umständen kann es zweckmässig sein, geschich tete Bauelemente herzustellen, bei denen eine zu gleich Neutronen absorbierende Schicht der Strah lungsquelle zugekehrt ist, während die abgekehrte Seite aus einer Gamma-Strahlen absorbierenden, wie beschrieben ausgebildeten Schicht besteht. Demgemäss kann das Material der Platten, Blöcke oder dergleichen sowohl Beimengungen aus Gamma- Strahlen absorbierenden Stoffen als auch Beimen gungen aus Neutronen absorbierenden Stoffen in be stimmten Verhältnissen enthalten.
Die Bauelemente können hierbei auch aus zwei oder mehr Schichten mit verschiedenem Strahlenabsorptionsvermögen be stehen, wobei, wie bemerkt, dem zu schützenden Raum eine insbesondere die Gamma-Strahlen absorbie rende Materialschicht zugekehrt ist. Die Herstellung derartiger Strahlenschutzbau- elemente geschieht zweckmässig in der Weise, dass die strahlungsabsorbierenden Stoffe einem in brei förmigem Zustand angesetzten Baumaterial wie z. B. Beton beigemengt werden. Die verschiedenen Stoffe können vorzugsweise gleichzeitig oder gegebenenfalls nacheinander beigemengt werden.
Die mechanischen Eigenschaften einer Betonwand werden durch die fein verteilten Beimengungen, ins besondere in Form von reinem Metallpulver oder auch bei Metallerzen in feiner Verteilung nicht un günstig gestaltet, da die Beimengungen infolge ihrer feinen Verteilung das Abbinden der Betonmasse nicht beeinträchtigen. Es ist zweckmässig, die Beimengun gen in Form von feinem Metallpulver oder sehr fein zerkleinerten Metallerzen dem Baumaterial beim An setzen der Masse zuzufügen. Durch Anwendung hoher Drücke, z. B. mit Hilfe eines Schlagtisches, können die Eigenschaften der Bauelemente verbes sert werden.
Als Bindemittel zwischen den ein zelnen Platten einer Strahlenschutzwand kann ein Mörtel mit den gleichen Beimengungen wie bei der Platte verwendet werden. Die Bauelemente und die daraus hergestellten Wände zeichnen sich durch eine hohe Homogenität und gute Festigkeitseigenschaf ten aus. Als Beispiele für die Zusammensetzung von Bau materialien seien folgende Mischungen genannt: <I>Beispiel 1</I>
EMI0003.0002
10% <SEP> scharfer <SEP> Sand <SEP> oder <SEP> feiner <SEP> Kies
<tb> 50% <SEP> BaS04 <SEP> (Schwerspat, <SEP> Bariumsulfat)
<tb> 10% <SEP> Fe-Späne
<tb> 20% <SEP> Pb-Pulver
<tb> 10% <SEP> Zement
<tb> 100% Dieses Material wird unter hohem Druck gepresst.
Es eignet sich vorzugsweise als Schutz gegen Gamma- Strahlen. Es hat pro 10 mm etwa 4 mm Pb-Äqui- valent gegen Ra-y-Strahlung.
<I>Beispiel 11</I>
EMI0003.0008
5 <SEP> % <SEP> scharfer <SEP> Sand <SEP> oder <SEP> feiner <SEP> Kies
<tb> 70% <SEP> BaS04
<tb> 15 <SEP> % <SEP> Pb-Pulver
<tb> <U>10</U>% <SEP> Zement
<tb> <B>100%</B> Dieses Material wird zweckmässig ebenfalls unter hohem Druck gepresst. Es eignet sich vorzugsweise als Schutz gegen Röntgenstrahlen. Es hat pro 10 mm etwa 1,4 mm Pb-Äquivalent gegen Rö- Strahlen.
Bei beiden vorstehenden Beispielen kann anstelle von reinem Bleipulver auch fein gemahlenes Bleierz verwendet werden, wobei der Anteil an Sand oder Kies entsprechend der Menge des mineralischen Be standteils des Erzes verringert wird. Weitere Zu sätze, welche spezifisch Neutronen absorbieren, wer den gegebenenfalls ausserdem vorgesehen.
Radiation protection component The invention relates to a radiation protection component, primarily for protection against X-rays and y-radiation, possibly also against neutron radiation at the same time, and to a method for producing the construction element according to the invention. The construction material of these components can, for. B. consist essentially of concrete, artificial stone, stone wood or the like.
The panel-shaped or block-shaped components are primarily used for the manufacture or design of walls, ceilings, cladding or complete structures of all kinds.
The aim of the inventions is to improve the previously known components and structures used for protection against radiation and to eliminate their disadvantages. In particular, the inventions aim to improve the shielding from harmful rays, increase mechanical strength and reduce manufacturing costs.
To protect against soft and medium-hard X-rays, lead is generally used in the form of lead plates. The effect of lead or similar elements as protection against X-ray sources is based on the high atomic number of these elements, with a direct absorption of the X-rays mainly taking place.
The harder the radiation, the lower this absorption becomes. In return, the rays are mainly weakened by scattering (Compton effect). For this effect, the atomic number is no longer decisive, but the density of the material used. That is why concrete, possibly heavy concrete or barite concrete, has recently been used to protect against hard X-rays and against gamma rays.
Compared to lead, these substances have the advantage that they are more economical, offer high strength, have a higher melting point and lower thermal conductivity than lead, and ultimately the chemical hazards and health damage caused by the toxicity of lead vapors are eliminated . The disadvantage of materials such as concrete compared to lead is that z. B. protective walls made of concrete, which should weaken the gamma radiation of radium or Ko balt 60 in a certain ratio, must be made in any case 6 to 7 times thicker than a correspondingly protective wall made of lead.
For even harder rays, such as B. are generated in the betatron, this ratio is even more unfavorable. A protective wall made of concrete must be around 15 to 20 times thicker than an equivalent protective wall made of lead.
The radiation protection component according to the invention is characterized in that it contains, at least in layers, a finely divided additive which has at least one element with a high atomic weight.
The inventions are explained in more detail below, for example.
Substances such as concrete, artificial stone, stone wood or the like come into question as base materials with a low or medium atomic weight, which essentially weaken the rays by scattering, while additives with a high atomic weight. especially heavy metals such as lead come into question, which in finely divided form, z. B. as chips or grains or powder, contained in the entire mass, and which essentially weaken the Strah len by absorption.
These finely distributed additives with a high atomic weight weaken primarily the softer primary radiation and the softer secondary radiation that is continuously generated during scattering through absorption, but in the presence of very hard radiation they are also effective through pairing. In the case of very hard rays, a pair formation occurs, that is, the conversion of an X-ray quantum into an electron and a positron, an additional weakening of the radiation.
The component, e.g. B. a building panel, block or other structure, e.g. B. a building wall, so preferably consists of a building material such as concrete, artificial stone, stone wood or the like, which is interspersed with small and very small parts made of lead or similar heavy metals.
This ensures that the various advantages of all radiation-weakening substances are combined in the construction elements. The components or structures receive the strength and hardness of the usual concrete walls without difficulty, but can be carried out much weaker than the previously known concrete protection walls to achieve the same radiation-weakening effect. Compared to the use of protective walls made of lead plates, the construction material described is considerably more economical.
It has been shown that even hard rays are weakened more strongly by the components described than by a continuous lead foil.
Compared to the usual concrete, a considerable material saving is achieved with the same radiation protection. When using the components described, you get along with radiation protection against hard rays not only with smaller wall thicknesses, but also with smaller weights per square meter of wall. In addition, there may be a specific protective effect against neutrons.
Admittedly, concrete also offers adequate protection against neutrons, especially if it has a high water content, but in this case gamma radiation occurs in the absorbing wall, which is usually no longer sufficiently weakened before it escapes again or an even greater wall thickness would be required.
It is advantageous, but not absolutely necessary, that the elements with a high atomic weight, such as lead in particular, are added to the building material in a finely divided form in a pure metallic form. Instead of this, metal compounds, in particular in the form of finely comminuted metal ores, can be used, which would otherwise only have to be processed with considerable effort because of severe contamination or other properties. Such a base mass can be enriched by adding finely divided heavy metals.
A building board is, for example, using a base material made of coarse lightweight concrete or other concrete, artificial stone, stone wood or the like, z. B. can also be made of pumice concrete and other materials. This material is interspersed with finely divided chips, grains, powder or the like made of lead or corresponding radiation-weakening or radiation-absorbing substances.
Since neutron radiation often occurs at the same time as gamma radiation, the building material interspersed with lead particles or the like can also be provided with a substance for neutron protection. It can e.g. B. boron compounds are mixed with the other additions causing gamma radiation protection and finely distributed in the same. A concrete with a higher water content can also be used in the manufacture of the radiation protection plates.
The gamma rays that then occur during neutron absorption are reabsorbed by the additives provided. Under certain circumstances, it may be useful to produce layered components in which a neutron-absorbing layer facing the radiation source at the same time, while the opposite side consists of a layer that absorbs gamma rays, as described. Accordingly, the material of the plates, blocks or the like can contain additions of gamma-ray absorbing substances as well as additions of neutron absorbing substances in certain proportions.
The components can also consist of two or more layers with different radiation absorption capacities, whereby, as noted, the space to be protected is facing a material layer that absorbs gamma rays in particular. The production of such radiation protection construction elements is expediently done in such a way that the radiation-absorbing substances are added to a building material such. B. Concrete can be added. The various substances can preferably be added simultaneously or, if appropriate, one after the other.
The mechanical properties of a concrete wall are not unfavorably designed by the finely distributed admixtures, in particular in the form of pure metal powder or even with metal ores in fine distribution, since the admixtures do not impair the setting of the concrete mass due to their fine distribution. It is advisable to add the admixtures in the form of fine metal powder or very finely crushed metal ores to the building material when setting the mass. By using high pressures, e.g. B. with the help of a beating table, the properties of the components can be improved sert.
A mortar with the same admixtures as for the plate can be used as a binding agent between the individual panels of a radiation protection wall. The components and the walls made from them are characterized by a high degree of homogeneity and good strength properties. The following mixtures may be mentioned as examples of the composition of building materials: <I> Example 1 </I>
EMI0003.0002
10% <SEP> sharp <SEP> sand <SEP> or <SEP> fine <SEP> gravel
<tb> 50% <SEP> BaS04 <SEP> (barite, <SEP> barium sulphate)
<tb> 10% <SEP> Fe chips
<tb> 20% <SEP> Pb powder
<tb> 10% <SEP> cement
<tb> 100% This material is pressed under high pressure.
It is particularly suitable as protection against gamma rays. It has about 4 mm of Pb equivalent against Ra-y radiation per 10 mm.
<I> Example 11 </I>
EMI0003.0008
5 <SEP>% <SEP> sharp <SEP> sand <SEP> or <SEP> fine <SEP> gravel
<tb> 70% <SEP> BaS04
<tb> 15 <SEP>% <SEP> Pb powder
<tb> <U> 10 </U>% <SEP> cement
<tb> <B> 100% </B> This material is also expediently pressed under high pressure. It is particularly suitable as protection against X-rays. It has about 1.4 mm Pb equivalent against X-rays per 10 mm.
In both of the above examples, instead of pure lead powder, finely ground lead ore can be used, the proportion of sand or gravel being reduced in accordance with the amount of the mineral component of the ore. Other additions that specifically absorb neutrons, who may also be provided.