DE1052587B - Einrichtung zur Strahlenabschirmung bei Kernreaktoren - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Beim derzeitigen Stand der Reaktorteohnik wird die Abschirmung der von Kernreaktoren ausgehenden Neutronen- und Gammastrahlung durch Strahlenschilder verschiedener Konstruktion erreicht, die darauf abgestellt sein müssen, beide Strahlungsarten wirksam vom Bedienungspersonal fernzuhalten, Aus heute allgemein bekannten physikalischen Gründen ist es dabei notwendig, zur Abschirmung der Gammastrahlen Substanzen möglichst hohen Atomgewichts zu verwenden, während andererseits die Absorption der Neutronen gerade umgekehrt mit Materialien besonders kleinen Atomgewichts, am besten mit wasserstoff haltigen Substanzen, erfolgen muß. Die ideale Abschirmung wäre demnach eine Kombination von Blei- und Wasserschichten, wie sie in der Tat auch in amerikanischen Versuchslaboratorien auf ihre Eignung für die Abschirmung der Reaktorstrahlung untersucht worden sind. Es genügt dabei freilich nicht, nur etwa eine einzige Schicht Blei und eine zweite Schicht Wasser zu verwenden. Die genauere Diskussion der Absorptionsvorgänge beider Strahlenarten zeigt, daß eine Folge von abwechselnden Wasser- und Bleischichten oder Wasser- und Metallschichten oder auch wasserstoffhaltigen Substanzen und Metallschichten erforderlich ist. Anordnungen dieser Art sind aber als besonders unhandlich zu betrachten, da solche Schichtenfolgen bei Dicken von 1 bis 2 m konstruktiv außerordentlich schwer darstellbar sind.

Man ist deshalb heute allgemein bei der Herstellung von Strahlenschildern dazu übergegangen, mit Eisen armierte Schwerbetonschilder aufzubauen,, bei denen darauf geachtet wird,daß ein möglichst hoher Prozentsatz an Wasiser bei der Betonherstellung verwendet werden kann. Der Nachteil der letzteren, Schilder ist, daß sie um etwa 30 % dicker sein müssen als strahlungsäquivalente Schichtenfolgen von Blei und Wasser. Außerdem haben die Schichten den Nachteil, daß sie ortsfeste, unbewegliche Anordnungen darstellen, die nach ihrem Aufbau praktisch nicht mehr montierbar sind. Man muß deshalb bei der Konstruktion von Reaktoren von vornherein darauf achten, die Betonkörper zur Abechirmung der Reaktorstrahlung so zu gestalten, daß bei etwa eintretenden Schäden am Reaktor dieser auf jeden Fall zugänglich bleibt, um Reparaturen ausführen zu können. Ein weiterer Nachteil dieser Betonabschirmung ist, daß im Betonkörper durch die vom Reaktor ausgehenden Strahlen Wärme erzeugt wird, für deren Abfuhr gesorgt werden muß. Diese Wärme muß dabei als praktisch wertlose Energie betrachtet werden.

Es ist in diesem Zusammenhang vorgeschlagen worden, den Reaktor mit einem Hohlkörper zu umgeben, dessen lichte innere Weite gerade der erforderlichen Dicke des Strahlungsschildes entspricht, und

Einrichtung zur Strahlenabschirmung
bei Kernreaktoren

Anmelder:

Dr. Kurt Diebner,
Hamburg-Wandsbek, Hikeberg 14

Dr. Erich Bagge und Dr. Kurt Diebner,
Hamburg-Wandsb ek,
sind als Erfinder genannt worden

diesen Hohlraum mit Eisenschrot zu füllen und von Wasser durchströmen zu lassen. Auf diese Weise wird eine fast homogene Mischung von neutronenabsorbierender Substanz und Gamastrahlenabsorber erreicht.

Erfindungsgemäß soll dem Metallabsorber die Form von kurzen offenen zylindrischen Hohlkörpern nach Art der bekannten Raschigringe gegeben werden, die etwa dadurch entstehen, daß man von Rohren des Metallabsorbers Stücke von der Länge des Rohrdurchmessers abschneidet. Der durch zwei Mantellinien und durch die Rohrachse hindurchgehende Querschnitt dieser Körper hat damit quadratische Gestalt. Die Stärke der Rohrwandung und auch das Verhältnis von Rohrinnen- zu Rohraußendurchmesser müssen geeignet festgelegt werden, um den gewünschten Absorptionseffekt zu erzeugen. Der Außendurchmesser der Rohre kann dabei entweder variieren, indem man Rohrstücke verschiedener Größe miteinander vermischt, um einen hinreichend hohen Füllungsgrad zu erhalten, er kann aber auch ganz einheitlich sein. Diese Rohrstücke werden nun ziisätzlich in den mit einer neutronenabsorbierenden Flüssigkeit, z. B. einer wasserstoffhaltigen Flüssigkeit gefüllten Hohlkörper hineingegeben, bis er vollständig aufgefüllt ist. Auf diese Weise wird ein Teil der neutronenabsorbierenden Flüssigkeit verdrängt. Am Ende des Füllprozesses ist der Hohlkörper sowohl mit den zylindrischen Ringen als auch mit der Flüssigkeit quasihomogen versetzt. Man erreicht auf diese Weise, daß die kombinierte Gamma- und Neutronenstrahlung des Reaktors beim Durchdringen dieser Mischung sowohl Substanzen hohen Atomgewichts als auch neutronenabsorbierende Atome vorfindet, die beide für jede der beiden Strahlenarten spezifisch wirksam werden.

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Claims (5)

Da nun die Aufschüttung der »Raschigringe«. statistisch so erfolgt, daß sowohl zwischen den einzelnen Zylindern Hohlräume übrig bleiben, als auch die Zylinder selbst als offene Metallkörper der Flüssigkeit freien Durchtritt gestatten, ist es möglich, durch Zu- und Abflußöffnungen den Hohlkörper' von der neutronenabsorbierenden Flüssigkeit durchströmen zu lassen. Auf diese Weise kann die durch die Strahlung erzeugte Wärme auch noch ausgenutzt werden, indem sie etwa über Wärmetauscher ihre Energie an andere Flüssigkeiten bzw. sonstige Substanzen weitergibt. Das Verfahren ermöglicht eine rationelle Ausnutzung der vom Reaktor erzeugten Wärmeenergie, was von erheblicher wirtschaftlicher Bedeutung ist. Es ist in diesem Zusammenhang noch darauf hinzuweisen, daß es bei Beibehaltung der gleichen Konstruktionsprinzipien möglich ist, den Hohlkörper durch Zwischenwände im Bereiche mit eigenen Zu- und Abflüssen zu unterteilen, so daß Raumgebiete höherer von solchen mit geringerer Erwärmung abgetrennt werden können. Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Abschirmung der von Kernreaktoren ausgehenden Gamma- und Neutronenstrahlung unter Verwendung einer neutronenabsorbierenden Flüssigkeit in nahezu homogener Mischung mit Absorberstücken hohen Atomgewichts, die in einen den Reaktor umgebenden Hohlkörper eingefüllt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Absorberstücke die Form von kurzen offenen zylindrischen Hohlkörpern nach Art der Raschigringe aufweisen und neben der neutronenabsorbierenden Flüssigkeit statistisch verteilt in den Hohlkörper eingebracht sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die Substanzmischung enthaltende Hohlkörper mit Zu- und Abflußöffnungen versehen ist, die es erlauben, die neutronenabsorbierende Flüssigkeit während des Reaktorbetriebes durch den Hohlkörper hindurchzuleiten, um die im Strahlenschild entstehende Wärme zu entnehmen.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der die Substanzmischung enthaltende Hohlkörper in Kammern mit getrennten Zu- und Abflüssen unterteilt wird, um Bereiche verschiedener Temperaturen für die neutronenabsorbierende Fliissiglceit gegeneinander abzugrenzen.

4. Einrichtung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die im Strahlenschild freiwerdende Wärme in Wärmetauschern an andere Substanzen abgegeben wird, um sie nutzbringenden Zw ecken zuzuführen.

5. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die neutronenabsorbierende Flüssigkeit eine wasserstoffhaltige Flüssigkeit ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
»Nucleonics , Bd. 13, 1955, Heft 6, S. 58.

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