DE1051715B

DE1051715B - Molded ceramic radiation protection body

Info

Publication number: DE1051715B
Application number: DE1955P0014596
Authority: DE
Inventors: Ernst Albers-Schoenberg
Original assignee: Plessey Co Ltd
Current assignee: Plessey Co Ltd
Priority date: 1954-08-03
Filing date: 1955-08-02
Publication date: 1959-02-26
Also published as: BE540309A; FR1137776A; GB811782A

Description

DEUTSCHESGERMAN

Die Erfindung betrifft Strahlenschutzkörper zur Abschirmung von Röntgen-, Kathoden-, Kanal- und Gammastrahlen. Blei und Beton sind die bisher am allgemeinsten verwendeten Stoffe zum Schutz gegen solche schädlichen Strahlen. Von diesen ist Blei mit hoher Ordnungszahl der wirksamere, insbesondere zur Abschirmung von Strahlung mittlerer und niedriger Energiebereiche. Der weniger wirksame Stoff, nämlich Beton, welcher im wesentlichen aus den Oxyden verhältnismäßig leichter Elemente, z. B. Silicium, Aluminium, Magnesium und Calcium, besteht, ist ein ziemlich schlechtes Absorptionsmittel für niedrige bis mittlere Strahlungsenergiebereiche, besitzt jedoch ausreichende Absorptionseigenschaften für mittlere bis hohe und höchste Energiebereiche und kann als ausreichende Abschirmung angesehen werden, insbesondere dann, wenn größere Dicken nicht stören. Auch Mischungen aus Gips und Baryt wurden als zementartige Körper zur Abschirmung in radiologischen Einrichtungen verwendet. Weder Blei noch Beton sind jedoch wegen ihrer Masse im Verhältnis zu ihrem Absorptionsvermögen in,allen Fällen wirksam. Blei besitzt insofern ungünstige physikalische Eigenschaften für eine Abschirmung, als sein Schmelzpunkt niedrig, es sehr teuer und schwer einzubauen ist und keine gut aussehende Oberfläche besitzt. Bleiplatten müssen z. B. mit Spezialnägeln mit Bleiköpfen befestigt werden, und die so befestigte Bleiabschirmung wird in der Regel mit einem besser aussehenden Stoff verkleidet. Blei ist außerdem elektrisch leitend.The invention relates to radiation protection body for Shielding from X-ray, cathode, channel and gamma rays. Lead and concrete are the so far on most commonly used substances for protection against such harmful rays. Of these, lead is included high atomic number the more effective, especially for shielding medium and low radiation Energy areas. The less effective substance, namely concrete, which essentially consists of the Oxides of relatively light elements, e.g. B. silicon, aluminum, magnesium and calcium, is a rather poor absorbent for low to medium radiation energy ranges however, sufficient absorption properties for medium to high and highest energy ranges and can be regarded as sufficient shielding, especially if larger thicknesses do not interfere. Mixtures of plaster of paris and barite were also used as cement-like bodies for shielding in radiological applications Facilities used. However, neither lead nor concrete are in proportion because of their mass effective for their absorption capacity in, all cases. In this respect, lead has unfavorable physical properties Properties for a shield, as its melting point is low, it is very expensive and difficult to install and does not have a good-looking surface. Lead plates must z. B. with special nails with lead heads and the lead shield so attached will usually get better with one clad looking fabric. Lead is also electrically conductive.

Ein weiterer Nachteil von Blei liegt darin, daß es innerhalb bestimmter Bandbreiten schädlicher Strahlung schlechter absorbiert als über andere Bereiche des Strahlungsspektrums.Another disadvantage of lead is that it can cause harmful radiation within certain ranges less absorbed than in other areas of the radiation spectrum.

Es sind ferner Strahlungsabschirmende Kacheln, Fliesen od. dgl. bekannt, die aus einem Material mit geringem Absorptionsvermögen und eimern stark absorbierenden Füllstoff, z. B. Schwerspat, bestehen. Auch Bleioxyd oder Zirkonoxyd als Strahlungsabschirmende Komponente enthaltende keramische Massen sind bekannt.There are also radiation-shielding tiles, tiles or the like. Known made of a material with low absorbency and buckets highly absorbent Filler, e.g. B. heavy spar exist. Also lead oxide or zirconium oxide as a radiation shield Ceramic compositions containing components are known.

Es wurde nun gefunden, daß aus einer gebrannten Mischung von sauerstoffhaltigen Bariumverbindungen mit Blei und/oder Zirkonoxyden bestehende keramische Körper eine ungleich bessere Strahlungsabsorption bewirken als die bekannten, und zwar absorbieren sie besonders gut Strahlungen niedriger oder mittlerer Intensitäten. Diese Stoffe können in Form von Kacheln, Backsteinen oder Blöcken erhalten werden, so daß sie leicht einzubauen sind. Sie können zur Erzielung einer ansprechenden Oberfläche, welche leicht zu reinigen und steril zu halten ist, glasiert werden. Gegebenenfalls werden sie auch leicht mittels Geformter keramischer
StrahlenschutzkörperIt has now been found that ceramic bodies consisting of a fired mixture of oxygen-containing barium compounds with lead and / or zirconium oxides cause incomparably better radiation absorption than the known ones, namely that they absorb radiation of low or medium intensities particularly well. These fabrics can be obtained in the form of tiles, bricks or blocks so that they are easy to install. They can be glazed to achieve an attractive surface that is easy to clean and keep sterile. If necessary, they are also easily made more ceramic by means of molded ones
Radiation protection body

Anmelder:Applicant:

The Plessey Company Limited,
Ilford, Essex (Großbritannien)The Plessey Company Limited,
Ilford, Essex (UK)

Vertreter: Dipl.-Ing. E. Prinz, Patentanwalt,
München-Pasing, Bodenseestr. 3 aRepresentative: Dipl.-Ing. E. Prinz, patent attorney,
Munich-Pasing, Bodenseestr. 3 a

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 3. August 1954Claimed priority:
V. St. v. America August 3, 1954

Ernst Albers-Schoenberg, Metuchen, N. J. (V. St. A.),
ist als Erfinder genannt wordenErnst Albers-Schoenberg, Metuchen, NJ (V. St. A.),
has been named as the inventor

Bleilegierungen oder bleioxydhaltiger Zemente miteinander verbunden.Lead alloys or cements containing lead oxide bonded together.

Durch entsprechende anteilmäßige Kombination der Komponenten kann der Intensitätsbereich der optimalen Strahlungsabsorption variiert werden. Die zur Herstellung der erfindungsgemäßen keramischen Strahlenschutzkörper verwendeten Ausgangsstoffe brauchen nicht gereinigt zu werden, was natürlich eine wesentliche Verbilligung der Endprodukte zur Folge hat.By appropriately combining the components proportionally, the intensity range can be optimized Radiation absorption can be varied. For the production of the ceramic according to the invention The starting materials used for radiation protection do not need to be cleaned, which of course results in a significant reduction in the price of the end products.

So kann z.B. natürlicher Zirkon (ZrO₂-SiO₂), welcher in großer Menge im Küstensand vorkommt, als Zirkonquelle verwendet werden. Dieses Material ist mit einer Reinheit von 65 bis 70% billig und kann ohne weitere Reinigung verwendet werden. Wenn die Sulfate und Silicate verwendet werden, kann die Anwesenheit des Siliciums und Schwefels mit niedrigem Molekulargewicht dadurch ausgeglichen werden, daß man die Platte oder die Kachel entsprechend dicker macht. Bei Verwendung von Bariumsulfat kann das aus natürlich vorkommenden Baryten erhaltene Produkt mit einer Reinheit von etwa 90% oder mehr verwendet werden. Bleioxyd, welches durch Rösten von natürlichem Bleiglanz (PbS) erhalten wird, kann als Quelle für Pb O verwendet werden. Verunreinigungen dieser Stoffe sind für das Produkt nicht schädlich und verbessern sogar oft dessen Eigenschaften. Mindestens 50 Gewichtsprozent des fertigen Produktes sollen jedoch aus Elementen mit mittlerer oder hoher Ordnungszahl bestehen. Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Kacheln, Backsteine der Platten kann die Zusammensetzung unter hohem Druck vonFor example, natural zircon (ZrO ₂ -SiO ₂ ), which occurs in large quantities in the coastal sand, can be used as a source of zircon. This material is cheap with a purity of 65 to 70% and can be used without further purification. When the sulfates and silicates are used, the presence of the low molecular weight silicon and sulfur can be offset by making the plate or tile correspondingly thicker. When using barium sulfate, the product obtained from naturally occurring barytes can be used with a purity of about 90% or more. Lead oxide, obtained by roasting natural lead luster (PbS), can be used as a source of Pb O. Impurities in these substances are not harmful to the product and often even improve its properties. However, at least 50 percent by weight of the finished product should consist of elements with a medium or high atomic number. To produce the tiles according to the invention, bricks, the slabs, the composition can be subjected to high pressure of

809 767/445809 767/445

z.B. 315 bis 1890 kg/cm² verformt werden, so daß man ein Produkt mit gleichmäßig hoher Dichte erhält. Es ist dies sehr wichtig, da eine Strahlungsabschirmung nur so gut ist wie die schwächste Stelle darin. Ein Nachteil von Betonabschirmungen liegt darin, daß Entmischungsstellen oder Lufttaschen darin auftreten. For example, 315 to 1890 kg / cm ^{2 can be} deformed, so that a product with a uniformly high density is obtained. This is very important because radiation shielding is only as good as the weakest point in it. A disadvantage of concrete shields is that points of segregation or air pockets occur in them.

■ Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Produkte liegt darin, daß sie in automatischen, elektronischen Einrichtungen auf ihre Strahlungsabschwächung getestet und die erhaltenen Testwerte auf das Produkt aufgestempelt werden können. Dies erhöht den Wert des Produkts bei seiner Verwendung, da es einen größeren Sicherheitsfaktor bei der Berechnung der erforderlichen Dicken für eine gegebene Einrichtung ergibt. Bei Bleiabschirmungen kann durch unachtsame Handhabung das Produkt an einzelnen Stellen zufällig dünner werden.■ Another advantage of the products according to the invention lies in the fact that they are used in automatic, electronic devices to reduce their radiation tested and the test values obtained can be stamped on the product. This increases the value of the product in its use, as there is a greater factor of safety in the calculation the required thicknesses for a given facility. In the case of lead shielding, careless handling the product may become thinner at individual points.

Die Kacheln, Backsteine oder Platten können so geformt werden, daß sie sich beim Zusammenbau zu einer Wand überlappen. Die Außenseite kann glasiert werden, so daß man eine leicht zu reinigende, gut aussehende und keimfreie Oberfläche erhält. Bleiglasierungen erhöhen das Absorptionsvermögen dieser Produkte. Zum Zusammenkitten der Produkte kann ein bleihaltiges Kittmaterial verwendet werden.. Ein weiterer Vorteil der erhaltenen Körper besteht darin, daß sie auch elektrische Isolatoren sind, wodurch die Gefahr von Kurzschlüssen bei hoher Spannung verringert wird. Sie sind auch hitzebeständig, was bei vielen Einrichtungen ebenfalls von Vorteil ist.
• Dk Zeichnung· zeigt die Herstellung sieh überlappender Kacheln. In der Zeichnung zeigtThe tiles, bricks or slabs can be shaped so that they overlap when assembled to form a wall. The outside can be glazed, so that you get an easy-to-clean, good-looking and germ-free surface. Lead glazes increase the absorption capacity of these products. A lead-containing cement material can be used to cement the products together. Another advantage of the bodies obtained is that they are also electrical insulators, which reduces the risk of short circuits at high voltage. They are also heat resistant, which is an advantage in many facilities as well.
• The drawing · shows the production of overlapping tiles. In the drawing shows

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäß hergestellte Kachel,1 shows a plan view of a tile produced according to the invention,

Fig. 2 eine Querschnittsansicht entlang der Linie 2-2 von Fig. 1,FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line 2-2 of FIG. 1;

Fig. 3 einen Blick auf eine aus den Produkten von Fig. 1 und 2 hergestellte Wand,3 shows a view of a wall made from the products of FIGS. 1 and 2,

Fig. 3 A eine Querschnittsansicht der in Fig. 3 gezeigten Wand,FIG. 3A is a cross-sectional view of that shown in FIG Wall,

Fig. 4 eine Draufsicht auf eine andere Äusführungsform der Kachel,4 shows a plan view of another embodiment of the tile,

Fig. 4 A eine Stirnansicht der Kachel von Fig. 4,FIG. 4 A is an end view of the tile from FIG. 4,

Fig. 4 B eine Untenansicht der Kachel von Fig. 4,FIG. 4B shows a bottom view of the tile from FIG. 4,

Fig. 5 eine Draufsicht auf zwei ähnliche Kacheln abgeänderter Form,Fig. 5 is a plan view of two similar tiles of modified form;

Fig. 6 eine waagerechte Querschnittsansicht eines Teiles einer aus einer anderen Konstruktionseinheit erhaltenen Wand,Fig. 6 is a horizontal cross-sectional view of part of another structural unit preserved wall,

Fig. 6 A eine senkrechte Querschnittsansicht der Wand von Fig. -6 entlang der Linie A-A von Fig.'6 j6A is a vertical cross-sectional view of the wall of FIG. 6 along the line AA of FIG. 6J

Fig. 7 und 8 zeigen, wie eine Betonwand -zusammen mit den erfmdungsgemäßen keramischen Konstruktionseiriheiten verwendet werden kann, und7 and 8 show how a concrete wall together with the ceramic construction units according to the invention can be used, and

Fig. 9 ist eine waagerechte Querschni'ttsansicht eines Teiles einer aus einer anderen Konstruktionseirihelt errichteten Wand.Fig. 9 is a horizontal cross-sectional view of part of one of another construction erected wall.

Fig. 1 und 2 zeigen eine Kachel 10 üblicher Fornu Bei 11 ist die relative Abschwächung und die Dicke des Produkts aufgestempelt, so daß sie immer ersichtlich ist. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, 'besitzt die Kachel eine daraufgebrannte 'Glasur 12. In Fig. 3 und 4 ist gezeigt, daß die Kacheln mit einem Bleiglätte (PbO) enthaltenden Kitt miteinander verkittet werden können. Ein geeigneter, Bleiglätte enthaltender Kitt wird z. B. durch Zugabe von 1 Pfund Bleiglätte zu 100 bis 175 cm³ Glycerin erhalten. Solche Bleiglättekitte können je nach der Glycerinmenge so zusammengesetzt sein, daß ihr Abschwächungswert immer höher ist als der der keramischen Kachel oder der Blöcke 10, so daß eine hundertprozentig wirksame Verbindung erzielt wird.1 and 2 show a tile 10 of conventional shape. At 11, the relative weakening and the thickness of the product are stamped so that they can always be seen. As can be seen from FIG. 2, the tile has a glaze 12 burnt on it. FIGS. 3 and 4 show that the tiles can be cemented to one another with a putty containing black lead (PbO). A suitable putty containing black lead is e.g. As obtained by adding 1 pound litharge 100 to 175 cm ³ glycerol. Depending on the amount of glycerine, such smooth lead cement can be composed in such a way that its attenuation value is always higher than that of the ceramic tile or the blocks 10, so that a one hundred percent effective connection is achieved.

Um ein Lecken an unter Umständen an den seitliehen Berührungsflächen benachbarter Blöcke oder Kacheln auftretenden engen Zwischenräumen zu verhindern, können die Kacheln mit bogenförmig gekrümmten Kanten 21, 22, 23 und 24 hergestellt werden,, wie sie die Kachel 20 von Fig. 4, 4 A und 4 BIn order to prevent leakage from, under certain circumstances, the lateral contact surfaces of neighboring blocks or Tiles can be curved to prevent tight spaces from occurring Edges 21, 22, 23 and 24 are made, as they are the tile 20 of Fig. 4, 4 A and 4 B

ίο zeigt. Da die gefährlichen Strahlen geradlinig durchtreten, kann kein Strahl praktisch einen freien AVeg zwischen benachbarten Seitenflächen von zwei ineinander eingepaßten Kacheln dieser Form finden.
Fig. 5 zeigt die beiden ineinander eingepaßten Teile 25, deren Seitenflächen die Form einer S-Kurve 26, 27 aufweisen.ίο shows. Since the dangerous rays pass through in a straight line, no ray can practically find a free AVeg between adjacent side surfaces of two tiles of this shape fitted into one another.
5 shows the two parts 25 fitted into one another, the side surfaces of which have the shape of an S-curve 26, 27.

Gemäß der in Fig. 6 und 6A gezeigten Ausführungsform "besitzen die Strukturelemente30 an jeder Seite eine halbzylindrische Rille, und zwar z. B. an den Schmalseiten eine. Rille 31 und die Rille 32 an der Ober- und Unterseite. Bei Vereinigung dieser Elemente unter Bildung einer Wand wird der aus Blei oder Bleilegierung bestehende Stab 35 senkrecht angeordnet, und die Strukturelemente 30 werden übereinandergelegt, wobei die Rillen 31 genau um den Stab 35 passen. Wenn eine Reihe fertig ist, wird der aus Blei oder einer Bleilegierung bestehende Stab 36 in die Rille 32 eingelegt. Die Ble'istäbe 35 und 36 können auch viereckig oder regelmäßig polygonal sein.According to the embodiment shown in Figs. 6 and 6A "The structural elements 30 have a semi-cylindrical groove on each side, for example on the narrow sides one. Groove 31 and the groove 32 on the top and bottom. When these elements are united the rod 35 made of lead or lead alloy is arranged vertically to form a wall, and the structural elements 30 are placed on top of one another, the grooves 31 exactly around the Rod 35 fit. When a row is complete, the lead or lead alloy rod 36 becomes inserted into the groove 32. The lead rods 35 and 36 can also be square or regularly polygonal.

Der Durchmesser der Stäbe 35 und 36 beträgt etwa ein Sechstel der Dicke des Blockes 30. Blei kann unter bestimmten Umständen z. B. etwa zweimal so schwer und dreimal so wirksam pro Gewichtseinheit im Vergleich zu dem Block 30 in der Gesamtabschwächung sein, so daß Bleistäbe, welche ein Sechstel der Dicke des Blockes 30 besitzen, in ihrer Abschirmwirkung diesem Block etwa gleichwertig sind.The diameter of the rods 35 and 36 is about one sixth the thickness of the block 30. Lead can under certain circumstances e.g. B. about twice as heavy and three times as effective per unit weight in comparison to the block 30 be in the overall weakening so that lead rods which are one sixth of the thickness of the block 30 have, in their shielding effect this block are approximately equivalent.

Neuere Untersuchungen, 'betreffend den Durchgang von Gammastrahlen durch dicke Medien, haben ergeben, daß zur Erzielung einer Abschirmungsdicke, welche ausreicht, um die Intensität von Gammastrahlen auf den erforderlichen Sicherheitsbruchteil ihres anfänglichen Wertes herabzusetzen, die Wirkung der vielfachen Streuung in Betracht gezogen w.erden muß, d.li., der Faktor, welcher diese vielfache Streuung berücksichtigt, ist eine Funktion der Dicke der Abschirmung. Es ist daher doppelt vorteilhaft, die Dicke der Abschirmung soweit wie möglich herabzusetzen. Es kann dies z. B. dadurch erzielt werden, daß man eine Betonwandabschirmung mit der Hälfte der eigentlichen Dicke mit einer bestimmten Kachel mit etwa einem Achtel der Dicke der ursprünglichen Betonwand kombiniert. Es ist dies mit einer bestimmten keramischen Mischung mit wesentlich höherer Dichte und einem größeren Abschwächungswert als Beton möglich. Die Betonwand 40 von Fig. 7 kann auf diese Weise durch die in Fig. 8 gezeigte Kombination aus der Betonwand 41 und dem keramischen Körper 42 ersetzt werden.Recent studies on the passage of gamma rays through thick media have shown that to achieve a shielding thickness which is sufficient to the intensity of gamma rays reduce the effect to the required security fraction of their initial value the multiple dispersion must be taken into account, i.e. the factor which multiplies this Scatter taken into account is a function of the thickness of the shield. It is therefore doubly advantageous that the Reduce the thickness of the shield as much as possible. It can do this e.g. B. can be achieved by that you have a concrete wall shield with half the actual thickness with a certain tile combined with about an eighth the thickness of the original concrete wall. It is this with a certain one ceramic mixture with a significantly higher density and a greater attenuation value possible as concrete. The concrete wall 40 of FIG. 7 can in this way be replaced by that shown in FIG Combination of the concrete wall 41 and the ceramic body 42 can be replaced.

Im folgenden werden Beispiele für Zusammensetzungen erfindungsgemäßer Produkte gegeben.Examples of compositions of products according to the invention are given below.

example 1

25 Gewichtsteile Bariumsulfat werden mit 75 Gewichtsteilen Bleimonosilicat gemischt. Diese Stoffe werden miteinander vermählen, .dann unter Zusatz von ¹/2°/o Betonit und Wasser plastifiziert und zu einer .körnigen .Masse verarbeitet. Die Zusammensetzung wird z. B. zu Kacheln oder in Fig. 1 gezeigten Art verformt und bei '800° C gebrannt.25 parts by weight of barium sulfate are mixed with 75 parts by weight of lead monosilicate. These substances are ground together, then plasticized with the addition of ¹ /2% betonite and water and processed into a granular mass. The composition is e.g. B. deformed into tiles or the type shown in FIG. 1 and fired at '800 ° C.

Claims

1 051 / Ib

5 6

Example 2 which intensities and wavelengths. The 1 cm thick

The procedure is carried out as in Example 1, tile was on average slightly more effective than

with the exception that 75 parts by weight of barium - 1.6 mm lead, if the broad X-ray beam

sulfate and 25 parts of lead monosilicate can be used. hit the tile at right angles. In an ab-

The tile obtained according to this example stands for 5 by 25 cm from the tile was the lead equi-

an intensity range of 75 keV (75,000 elec- tral slightly larger than 1.7. For narrow X-rays ¹

tranenvolt) or less determines for which beam at a distance of 50 cm that was

Barium is more absorbent than lead. The burning lead equivalent of the 1 cm thick tiles almost

temperature is about 1100 ° C. 1.9 mm. The lead equivalent of the tile takes away

_. ίο increasing distance too.

Example ό £, j _e ^ _en _NaCN prepared above Examples

The process is carried out as in Example 1. Tiles can be used to line entire rooms in

leads, with the following composition: which radiating facilities, e.g. therapeutic

27 parts by weight of X-ray machines are in front of which the employees g 15 must be protected.

PbO (SiO ₈ ) J ". '. 48"

ZrO 17 "Patent claims:

This composition is tightly sealed at 1110 ° C. 1. Shaped ceramic radiation protection body burns. 2 ° for shielding X-ray, cathode, channel example 4 or gamma rays, characterized in that

the body consists essentially of a fired

The same procedure as in Example 1 is followed by mixing oxygen-containing barium compounds

applied with the following composition: fertilize with lead and / or zirconium oxides.

47 ^{parts by weight 25} ^ - Ceramic body according to claim 1, da-

44 characterized in that the mixture in

p. Q ² 5 "consists essentially of barium sulfate and lead silicate

• g · Q 4 "or any other mineral-containing oxygen

^{2 3} "Bliaiver connection exists, whereby both mixture

At 1110 ° C, this composition will be able to contain dense constituents in uncleaned form.

burns.

Tiles 1 cm thick were made with wide and Considered pamphlets:

narrow X-ray bundles and tested with German Patent No. 335 675;

compared to lead protection in various US Pat. No. 2,018,600.

1 sheet of drawings