DE1057770B

DE1057770B - Radiation protection wall for nuclear reactors or the like. Building block for the construction of the same and method for producing such building blocks

Info

Publication number: DE1057770B
Application number: DED25981A
Authority: DE
Inventors: Werner Gottschalk
Original assignee: DOLERIT BASALT AG
Current assignee: DOLERIT BASALT AG
Priority date: 1957-07-12
Filing date: 1957-07-12
Publication date: 1959-05-21
Also published as: FR1207792A; BE569386A; NL111177C; NL229448A

Description

DEUTSCHESGERMAN

Die Erfindung bezieht sich auf eine Strahlenschutzwand für Kernreaktoren oder andere Einrichtungen, bei denen ein Schutz gegen die bei Kernreaktionen frei werdenden schädlichen Strahlungen vorgesehen werden muß. Dabei betrifft die Erfindung insbesondere die Schaffung einer physikalisch wirksamen, technisch brauchbaren und wirtschaftlich vertretbaren Strahlenschutzwand sowie einen Baustein zum Aufbau der Strahlenschutzwand und ein Verfahren zur Herstellung solcher Bausteine.The invention relates to a radiation protection wall for nuclear reactors or other facilities, which provide protection against the harmful radiation released during nuclear reactions got to. The invention particularly relates to the creation of a physically effective, technically usable and economically justifiable radiation protection wall as well as a building block for the construction of the Radiation protection wall and a process for the production of such building blocks.

Bei einer Kernreaktion werden z. B. im Reaktor außer den Energien, die wirtschaftlich genutzt werden können, auch noch Energien frei, die nach außen hin abstrahlen und daher im wesentlichen nicht mehr wirtschaftlich nutzbar sind. Diese nicht mehr nutzbaren Energien setzen sich aus Neutronen, Gammastrahlen und sonstigen Strahlen zusammen. Da insbesondere die abgestrahlten Neutronen und Gammastrahlen biologisch schädlich sind, muß Vorsorge getroffen werden, wenigstens den über die biologisch noch eben zulässige Dosis hinausgehenden Anteil der schädlichen Energien biologisch unschädlich zu machen. Das kann dadurch geschehen, daß der größte Teil der schädlichen Neutronen und Gammastrahlen umgesetzt wird in andere, biologisch nicht schädliche Energieformen, z. B. in Wärme. Eine solche Energieumsetzung kann erfolgen, indem man die abgestrahlten schädlichen Neutronen und Gammastrahlen mit Atomen bzw. Atomkernen reagieren läßt. Trifft ein schnelles Neutron auf einen Atomkern und reagiert mit diesem, so entsteht eine sekundäre Gammastrahlung mit einer Energie von 7,5 MeV. Dabei verlangsamt das schnelle Neutron seine Geschwindigkeit und wird zum thermischen Neutron, dessen Energie sich nach weiteren Zusammenstößen mit Atomen nach und nach in Wärme umsetzt. Trifft ein Gammastrahl auf ein Atom und reagiert mit diesem, so wird seine Energie in Wärme umgesetzt. Diese sehr vereinfacht dargestellten Vorgänge der Energieumsetzung sind in Wirklichkeit sehr verwickelt und durchaus nicht einfach zu beschreiben. Für den vorliegenden Zweck jedoch mag die gewählte Beschreibung genügen.In a nuclear reaction z. B. in the reactor except for the energies that are used economically energies that radiate outwards and therefore essentially not are more economically usable. These no longer usable energies are made up of neutrons, Gamma rays and other rays together. Since in particular the emitted neutrons and Gamma rays are biologically harmful, precautions must be taken, at least about the biological ones The proportion of harmful energies that exceeds the permissible dose is biologically harmless close. This can happen because most of the harmful neutrons and gamma rays is converted into other, biologically non-harmful forms of energy, e.g. B. in heat. One Such energy conversion can be done by removing the emitted harmful neutrons and gamma rays can react with atoms or atomic nuclei. A fast neutron hits an atomic nucleus and reacts with this, a secondary gamma radiation with an energy of 7.5 MeV is created. The fast neutron slows down its speed and becomes a thermal neutron, whose energy is gradually converted into heat after further collisions with atoms. Meets If a gamma ray hits an atom and reacts with it, its energy is converted into heat. These processes of energy conversion, shown in a very simplified way, are in reality very complex and by no means easy to describe. For the present purpose, however, may be the one chosen Description suffice.

Um den abgestrahlten Neutronen und Gammastrahlen die Möglichkeit zu geben, in der erwähnten Weise mit Atomen bzw. Atomkernen zu reagieren, wird im Strahlungsweg der schädlichen Energiestrahlung eine Strahlenschutzwand vorgesehen, mit deren Materieteilchen die hindurchdringenden schädlichen Strahlen reagieren und sich dabei in unschädliehe Wärmeenergie umwandeln.In order to give the emitted neutrons and gamma rays the possibility in the mentioned Way to react with atoms or atomic nuclei, becomes in the radiation path of the harmful energy radiation a radiation protection wall is provided, with whose material particles the penetrating harmful ones Rays react and convert themselves into harmless thermal energy.

Es sind bereits Vorschläge bekanntgeworden, Strahlenschutzwände aus Beton mit Zuschlagstoffen, insbesondere Barytzuschlägen, aus üblichem Beton StrahlenschutzwandThere are already proposals known, radiation protection walls made of concrete with aggregates, in particular barite surcharges, from conventional concrete radiation protection wall

für Kernreaktoren od. dgl.,for nuclear reactors or the like,

Baustein zum Aufbau derselbenBuilding block to build the same

und Verfahren zur Herstellungand method of manufacture

solcher Bausteinesuch building blocks

Anmelder:Applicant:

Dolerit Basalt Aktiengesellschaft,
Köln, Neumarkt 39Dolerit Basalt Aktiengesellschaft,
Cologne, Neumarkt 39

Werner Gottschalk, Köln-Marienburg,
ist als Erfinder genannt wordenWerner Gottschalk, Cologne-Marienburg,
has been named as the inventor

oder aus Granit. Sandstein. Kalkstein, Kunststoff, Holz oder Wasser aufzubauen.or made of granite. Sandstone. Build up limestone, plastic, wood or water.

Wie weiter unten noch dargelegt wird, haben alle diese vorgeschlagenen Stoffe große Nachteile, die sie an sich als ungeeignet für Strahlenschutzwände erscheinen lassen. Nachdem aber keine anderen praktisch verwertbaren Stoffe bekannt sind, muß die Stoffauswahl unter den obengenannten Stoffen getroffen werden. Die unvermeidbaren Nachteile dieser Stoffe müssen dabei mangels einer besseren Lösung in Kauf genommen werden. In diesem Sinne hat zwar der Baryt-Beton große Nachteile, aber es sind im Vergleich mit anderen Stoffen immerhin die geringsten Nachteile. Aus diesem Grunde wird der Baryt-Beton heute als bester Baustoff für Strahlenschutzwände empfohlen und verwendet.As will be set out below, all of these proposed substances have major disadvantages that they do appear to be unsuitable for radiation protection walls. But after no other practical Recyclable substances are known, the choice of substances must be made from the above-mentioned substances will. The unavoidable disadvantages of these substances have to be accepted in the absence of a better solution be taken. In this sense, barite concrete has major disadvantages, but they are in comparison with other substances at least the slightest disadvantages. It is for this reason that barite concrete is used Recommended and used today as the best building material for radiation protection walls.

Baryt-Beton besteht aus üblichem Beton mit Bariumsulfatzuschlägen, wol>ei das Bariumsulfat dem Beton in grober Kornform zugeschlagen ist. Eine Strahlenschutzwand aus Baryt-Beton ist sowohl hinsichtlich der Rohstoffkosten als auch der Verarbeitungskosten außerordentlich teuer. Dazu kommt der weitere technische und wirtschaftliche Nachteil, daß die Schutzwände aus Baryt-Beton sehr dick ausgebildet werden müssen, wenn die schädliche Gammastrahlung wirksam in unschädliche Wärme umgesetzt werden soll. Wenn nämlich Neutronen in den Baryt-Beton eindringen, so induzieren sie beim Auftreffen auf Atomkerne eine starke sekundäre Gammastrahlung.Barite concrete consists of conventional concrete with barium sulfate additives, because the barium sulphate is added to the concrete in coarse grain form. A radiation protection wall made of barite concrete is both in terms of raw material costs and processing costs extremely expensive. In addition, there is the further technical and economic disadvantage that the protective walls Made of barite concrete must be made very thick if the harmful gamma radiation is effective should be converted into harmless heat. If neutrons penetrate the barite concrete, so they induce strong secondary gamma radiation when they hit atomic nuclei.

Damit ist das schädliche Neutron als solches langsamer und schon weniger schädlich geworden, aber die nunmehr induzierte starke sekundäre Gammastrahlung, die bis in einer Tiefe von etwa 30 cm inner-With that, the harmful neutron as such has become slower and already less harmful, but the now induced strong secondary gamma radiation, which up to a depth of about 30 cm inside

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halb der Strahlenschutzwand entsteht, ist ihrerseits sehr schädlich. Damit nun die gesamte schädliche Energie in unschädliche Wärme umgewandelt wird, müssen außer den primären auch noch die sekundären Gammastrahlen unschädlich gemacht werden. Dies geschieht beim Auftreffen von Gammastrahlen auf einen Bariunisulfateinschluß im Baryt-Beton. Der Beton selbst, der als Bindemittel zwischen den Bariumsulfatkörnern liegt, beeinflußt die Gammastrahlenhalf of the radiation protection wall is created in turn very harmful. So that all the harmful energy is now converted into harmless heat, In addition to the primary gamma rays, the secondary gamma rays must also be rendered harmless. this happens when gamma rays hit a barium sulfate inclusion in barite concrete. Of the Concrete itself, which acts as a binder between the barium sulphate grains affects the gamma rays

zuschirmen sind. Wasser als Strahlenschutz hat endlich den Nachteil, daß der Bau des Reaktors sehr breit wird und verseuchtes Wasser als Abfall entsteht, das irgendwie abgeführt werden muß.are to be shielded. Water as radiation protection finally has the disadvantage that the construction of the reactor is very becomes wide and contaminated water arises as waste that somehow has to be drained away.

Die bereits bekannten Strahlenschutzwände sind also aus Werkstoffen gebildet, die als schlechte Strahlenfänger bezeichnet werden müssen, weil sie — soweit sie überhaupt brauchbar sind — entweder hauptsächlich Neutronen oder hauptsächlich Gamma-The already known radiation protection walls are made of materials that are considered to be bad Ray catchers have to be designated because they - insofar as they are usable at all - either mainly neutrons or mainly gamma

praktisch nicht. Es kann daher nicht ausbleiben, daß io strahlen unschädlich machen. Es treten beim Reaktor-practically not. It is therefore inevitable that io rays render harmless. It occurs at the reactor

ein großer Anteil der schädlichen Gammastrahlung durch die mit Betonmasse ausgefüllten Zwischenräume zwischen den Bariumsulfatkörnern hindurchtritt und »streut« oder — wie man nach einem aus dem engbetrieb aber immer Neutronen und Gammastrahlen auf. Daher ergibt es sich, daß eine Strahlenschutzwand nach derjenigen schädlichen Strahlung ■— Neutronen oder Gammastrahlen — dimensioniert werdena large proportion of the harmful gamma radiation through the spaces filled with concrete mass passes between the barium sulphate grains and "scatters" or - as one looks for one out of the narrow enterprise but always neutrons and gamma rays on. Therefore, it turns out that a radiation protection wall according to the harmful radiation ■ - neutrons or gamma rays - are dimensioned

lischenübernommenenAusdruck auch sagt—»scattert«, 15 muß, fü'r welche sie die schlechtesten Strahlenfänger-The expression adopted by the stereotypes also says - "scattert", 15 must, for which they are the worst ray catchers.

ohne dabei auf ein Bariumsulfatkorn aufzutreffen. Damit auch diese scatternden Gammastrahlen mit Sicherheit unschädlich gemacht werden, ist es notwendig, die Strahlenschutzwand sehr dick auszubilden,without hitting a grain of barium sulfate. So that these scattering gamma rays too Safety, it is necessary to make the radiation protection wall very thick,

eigenschaften hat. Mit anderen Worten heißt das, daß ein Werkstoff, der zwar ein guter Neutronenfänger, aber ein schlechterer Gammastrahlenfänger ist, wie z. B. der Baryt-Beton, in einer so großen Wandstärke ver-has properties. In other words, that a material that is a good neutron catcher, but an inferior gamma ray catcher is, such as e.g. B. the barite concrete, in such a large wall thickness

damit die Wahrscheinlichkeit wächst, daß ein in der 20 baut werden muß, wie sie sich für die UmwandlungSo the likelihood grows that one in the 20 needs to be built as they are for the conversion

Betonmasse scatternder Gammastrahl nach Zurücklegung eines bestimmten Weges innerhalb der Betonmasse doch noch auf ein Bariumsulfatkorn auftrifft. Die Strahlenschutzwand aus Baryt-Beton setzt sichConcrete mass scattering gamma ray after covering a certain path within the concrete mass but still hits a grain of barium sulfate. The radiation protection wall made of barite concrete sits down

der schädlichen Gammastrahlen in Wärme als notwendig erweist.of harmful gamma rays in heat proves necessary.

Man hat deswegen bereits versucht, Werkstoffe zu finden, die für die schädlichen Strahlungen — fürBecause of this, attempts have already been made to find materials that are suitable for harmful radiation - for

demnach zusammen aus einer ersten, etwa 30 cm 25 Neutronen ebenso wie für Gammastrahlen — gleicherdickcn Schicht, innerhall) der die Neutronen unter maßen gute Strahlenfängereigenschaften haben. Ein Induzierung einer sekundären Gammastrahlung und
auch schon primäre Gammastrahlen unschädlich geaccordingly a first, about 30 cm 25 neutrons as well as for gamma rays - a layer of the same thickness, inside the reverberation, which the neutrons have moderately good radiation-catching properties. An induction of secondary gamma radiation and
even primary gamma rays are harmless

macht werden, und aus einer sich daran anschließendenpower, and a subsequent one

Maß für die Strahlenfängereigenschaften eines Stoffes ist dabei der sogenannte makroskopische Wirkungsquerschnitt, der in cm""¹ gemessen wird und bei den weiteren Schicht, innerhalb der die noch vorhandene 30 meisten Stoffen wesentlich von der Strahlungsenergie primäre Gammastrahlung und die induzierte sekun- abhängig ist. Um Strahlenschutzstoffe miteinander däre Gammastrahlung unschädlich gemacht werden. vergleichen zu können, wird der Wirkungsquerschnitt Dabei ist der gut neutronenfangende Beton innerhalb daher meist für das bei üblichen Reaktoren auftretende der zweiten Schicht nicht nur unnötig, nachdem die Strahlungsmaximum mit einer Energie von etwa Neutronen schon in der ersten 30 cm dicken Schicht 35 3 MeV berechnet und angegeben. Auch die im folgenThe measure for the radiation-catching properties of a substance is the so-called macroscopic cross-section, which is ^{measured in cm "" 1} and in the further layer, within which most of the substances still present are essentially dependent on the radiation energy of primary gamma radiation and the induced second. In order to make radiation protection substances harmless with each other, gamma radiation. To be able to compare, the effective cross-section is thereby the good neutron-catching concrete within, therefore mostly not only unnecessary for the second layer that occurs in conventional reactors, after the radiation maximum with an energy of about neutrons already calculated in the first 30 cm thick layer 35 3 MeV and specified. Also the ones in the follow

unschädlich gemacht werden, sondern sogar nachteilig insofern, als er das Scattern von Gammastrahlen zwischen den Bariumsulfatkörnern ermöglicht und infolgedessen nur noch als Bindemittel dient und dabeican be rendered harmless, but even disadvantageous in that it eliminates the scattering of gamma rays between the barium sulphate grains and consequently only serves as a binder and thereby

den angegebenen Wirkungsquerschnitte sind daher auf eine Energie von 3 MeV bezogen.the specified cross-sections are therefore based on an energy of 3 MeV.

Solche Werkstoffe, die für die verschiedenartigen und verschieden starken schädlichen Strahlungen beimSuch materials, which are used for the different types and different strengths of harmful radiation

eine besonders große Wanddicke notwendig macht. 40 Reaktorbetrieb jeweils makroskopische Wirkungs-Die Wanddicken, die sich für Strahlenschutzwände querschnitte haben, die etwa in der gleichen Größenaus Baryt-Beton danach ergeben, liegen in der Praxis
zwischen 1,6 und 2,5JTL_-Damit werden aber die er-makes a particularly large wall thickness necessary. 40 Reactor operation in each case macroscopic effect The wall thicknesses that have cross-sections for radiation protection walls, which then result in approximately the same size from barite concrete, are in practice
between 1.6 and 2.5JTL _- but this will

ordnung liegen ( damit der Werkstoff möglichst vollkommen ausgenutzt wird), dabei genügend groß sindorder (so that the material is used as fully as possible), and are sufficiently large

forderlichen Uetbrimengen so groß, daß sie einen er- (damit die Strahlenschutzwand dünn und leicht geheblichen Teil der Gesamtkosten des ganzen Reaktors 45 halten wird) und außerdem wirtschaftlich verausmachen. Die Nachteile, die hier für den Baryt- tretbare Kosten verursachen (damit der ReaktorThe required amount of exposure is so great that it makes the radiation protection wall thin and light Part of the total cost of the entire reactor 45 will hold) and also make it economically. The disadvantages that cause reasonable costs for the barite (thus the reactor

wirtschaftlich betrieben werden kann), sind aber bisher trotz intensiver Bemühungen nicht gefunden worden. Hier muß erwähnt werden, daß auch die bereits auf keramisch-metallischer Basis vorgeschlagenen Werkstoffe, die als »Cermf.ts can be operated economically), but have not yet been found despite intensive efforts. It must be mentioned here that the materials already proposed on a ceramic-metallic basis, which are known as Cermf.ts

Beton geschildert sind, ergeben sich auch bei einem Beton mit anderen bekannten kornartigen Zuschlägen, z. B. Eisenzuschlägen, Bleizuschlägen oder gemischten Zuschlägen.Concrete are described, also result in a concrete with other known granular aggregates, z. B. iron surcharges, lead surcharges or mixed surcharges.

Die übrigen bereits vorgeschlagenen Stoffe, wieThe other substances already proposed, such as

z. B. üblicher Beton, Granit usw., haben schlechtere werden, soweit sie auf oxyciischer Grundlage auf-Strahlenfängereigenschaften als der Baryt-Beton und gebaut sind, nicht die obenerwähnten technischen Beführen demzufolge zu noch größeren Materialmengen, dingungen und, soweit sie auf karbidischer Grundlage die selbst dann, wenn die Rohstoffe billiger als der 55 aufgebaut sind, nicht die obenerwähnten wirtschaft-Baryt-Beton sind, die Gesamtkosten des Reaktors ge- lichen Bedingungen erfüllen. Karbidische Cermets genüber einer Ausführung mit Baryt-Beton unter würden allein zu ihrer Herstellung — falls sie großanderem deswegen vergrößern, weil die räumlichen technisch überhaupt durchführbar wäre — so unDimensionen des ganzen Reaktors größer sein müssen. geheure Kosten verursachen, daß ihre praktische Verlnsbesondere erscheint die Herstellung mobiler Reak- 60 wendung schon aus diesem Grunde ausgeschlossen ist. toren, für die schon eine Strahlenschutzwand aus Werkstoffe mit makroskopischen Wirkungsquer-Baryt-Beton zu schwerfällig ist, mit den anderen ge- schnitten, die für die verschiedenen schädlichen nannten Baustoffen wegen der noch größeren Dirnen- Strahlungen etwa in der gleichen und genügenden sionen und Gewichte ganz unmöglich. Schließlich Größenordnung liegen und dabei preiswert sind, haben Kunststoffe und Holz eine.so geringe Strahlen 65 kurzum, technisch und wirtschaftlich brauchbare Widerstandsfähigkeit bzw. so schlechte Strahlen- Strahlenschutzwerkstoffe, sind bisher nicht bekannt, fangereigenschaften, daß diese Werkstoffe nur ganz Daß man bei dieser Sachlage gezwungen ist, die untergeordnete Bedeutung haben und nur dort ver- eigentlich ungeeigneten, aber immerhin verfügbaren wendet werden können, wo entweder sehr schwache Werkstoffe zum Strahlenschutz zu verwenden, ist Strahlungen oder aber Strahlungen sehr schwach ab- 70 einer dei schwerwiegenden Nachteile im Reaktorbau.z. B. conventional concrete, granite, etc., have inferior, as far as they are based on oxyciischer radiation-catching properties than the barite concrete and built, not the above-mentioned technical lead consequently to even larger amounts of material, conditions and, insofar as they are based on carbide even if the raw materials are built cheaper than the 55, are not the above-mentioned economic barite concrete, the total costs of the reactor meet the same conditions. Carbidic cermets, compared to a version with barite concrete, would have to be larger for their production alone - if they were to enlarge because the spatial dimensions were technically feasible at all - and the dimensions of the entire reactor would have to be larger. cause enormous costs that their practical use appears to be particularly important, for this reason alone the production of mobile reaction is ruled out. gates, for which a radiation protection wall made of materials with macroscopic transverse barite concrete is too cumbersome, cut with the others, which for the various harmful building materials named because of the even greater whore radiation in about the same and sufficient sizes and weights quite impossible. After all, plastics and wood are of the order of magnitude and are inexpensive. so low radiation 65 in short, technically and economically usable resistance or such poor radiation protection materials are not yet known, capture properties that these materials are only completely that one is forced to have subordinate importance and only there actually unsuitable , but at least available can be used where either very weak materials are to be used for radiation protection, radiation or radiation is very weak - one of the serious disadvantages in reactor construction.

Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu überwinden.The object of the invention is to overcome these disadvantages.

Gemäß der Erfindung wird die Aufga1>e dadurch gelöst, daß eine Strahlenschutzwand für Kernreaktoren od. dgl. wenigstens zum Teil aus Basalt, Gabbro oder Diabas besteht. Erfindungsgemäß ist es besonders vorteilhaft, die Strahlenschutzwand aus Bausteinen aufzubauen, die aus Basalt, Gabbro oder Diabas bestehen. Weitere Merkmale der Erfindung !«treffen die Herstellung solcher Bausteine.According to the invention, the object is achieved in that a radiation protection wall for nuclear reactors od. The like. At least partially consists of basalt, gabbro or diabase. According to the invention, it is special It is advantageous to build the radiation protection wall from building blocks made of basalt, gabbro or diabase. Other features of the invention apply to the manufacture of such building blocks.

Basalte, Gabbros und Diabase bestehen aus MineralgeTtcnen, Λ>€Ί denen viele Έίείηε Kristalle verschiedener Art in Quarz eingebettet sind. Dabei haben die genannten Gesteine einen makroskopischen Wirkungsquerschnitt, der in der Größenordnung von etwa 0,157 cm~' Hegt. Demgegenüber hat der bekannte Baryt-Beton einen Wirkungsquerschnitt von nur etwa 0,10 cm—¹ und die anderen bekannten Strahlenschutzstoffe haben — soweit sie nicht aus wirtschaftlichen Gründen völlig undiskutabel sind, wie z. B. die karbidischen Cermets — noch schlechtere Wirkungsquerschnitte. Basalts, gabbros and diabase consist of mineral rocks, Λ> € which many Έίείηε crystals of various kinds are embedded in quartz. The rocks mentioned have a macroscopic cross-section of the order of about 0.157 cm ~ '. In contrast, the known barite concrete has an effective cross-section of only about 0.10 cm- ¹ and the other known radiation protection substances have - as long as they are not completely out of the question for economic reasons, e.g. B. the carbide cermets - even poorer effective cross-sections.

Infolge der gleichmäßigen Verteilung vieler kleiner Kristalle innerhalb der Basalte, Gabbros und Diabase liegen diejenigen Atomkerne, welche gute Neutronenfänger sind, /.. B. die Sauerstoffkerne, in unmittelbarer Nähe neben anderen Atomen, die als gute Gammastrahlenfänger wirken, z. B. den Eisenatomen. Wenn daher ein Neutron auf einen Sauerstoffkern trifft und unter Aussendung von sekundären Gammastrahlen unschädlich wird, so müssen diese sekundären Gammastrahlen schon nach sehr kurzem Strahlungsweg, d. h. praktisch sofort, auf Eisenatome oder andere Atome stoßen, die gute Gammastrahlenfänger sind. Die Zwischenräume zwischen diesen Atomen sind im Vergleich mit den Zwischenräumen zwischen den Bariumsulfatkörnern des Baryt-Betons so klein, daß die Gammastrahlen praktisch nicht me'hr zwischen den Atomen, die sie unschädlich machen sollen, hindurch scattern können. Das heißt aber, daß eine erfinduugsge maß ausgebildete Strahlenschutzwand jveitaus dünne_ sein kann als Schutzwände aus bekaniiten^vTerEitofferT Hinzu kommt, daß die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Werkstoffe in der Natur vorkommen, weswegen die Herstellung einer Strahlungsschutzwand aus diesen Stoffen weitaus preiswerter ist als die Herstellung einer physikalisch gleich wirksamen Strahlenschutzwand aus bekannten Stoffen. Gemäß der Erfindung ergeben sich außerdem die technischen Vorteile, daß das Gewicht der Schutzwand geringer wird und die räumlichen Abmessungen des gesamten Reaktors kleiner werden, als bei Verwendung der bekannten Stoffe.As a result of the even distribution of many small crystals within the basalts, gabbros and diabase, those atomic nuclei that are good neutron scavengers, / .. B. the oxygen nuclei, are in close proximity to other atoms that act as good gamma ray scavengers, e.g. B. the iron atoms. If a neutron hits an oxygen nucleus and becomes harmless by emitting secondary gamma rays, these secondary gamma rays must hit iron atoms or other atoms that are good gamma ray catchers after a very short radiation path, i.e. practically immediately. The gaps between these atoms are so small in comparison with the gaps between the barium sulphate grains of the barite concrete that the gamma rays can practically no longer scatters between the atoms which they are supposed to render harmless. This means, however, that a radiation protection wall designed according to the invention can be thin as a protective wall made of well-known materials physically equally effective radiation protection wall made of known materials. According to the invention, there are also the technical advantages that the weight of the protective wall is lower and the spatial dimensions of the entire reactor are smaller than when using the known substances.

Somit wird es durch die Erfindung möglich, Reaktoren, insbesondere auch mobile Reaktoren, zu bauen, die wirtschaftlich zu errichten und zubetrei1>en sind.The invention thus makes it possible to add reactors, in particular also mobile reactors Build that are economical to erect and operate are.

Die Erfindung ist nachfolgend an Hand der Fig. 1 bis 5 näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to FIGS.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch einen sehematisch gezeichneten Reaktor mit einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel für eine Strahlenschutzwand ;Fig. 1 shows a cross-section through a semicircular Drawn reactor with an exemplary embodiment according to the invention for a radiation protection wall ;

Fig. 2 zeigt in perspektivischer Darstellung einen Teil eines weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels für eine Strahlenschutzwand, die aus Bausteinen aufgebaut ist;Fig. 2 shows a perspective view of part of a further embodiment according to the invention for a radiation protection wall built from building blocks;

Fig. 3 zeigt in perspektivischer Darstellung einen Baustein zum Aufbau der Strahlenschutzwand gemäß Fig. 2;Fig. 3 shows a perspective view of a module for building the radiation protection wall according to Fig. 2;

:h e-J: h e-J

Fig. 4 zeigt in einem etwa 50fach vergrößerten Obernächenschliffbild das Gefüge eines Bausteins gemäß Fig. 3 aus kompaktem Basalt, und4 shows the structure of a building block in a surface micrograph enlarged approximately 50 times according to FIG. 3 made of compact basalt, and

Fig. 5 zeigt in graphischer Darstellung die Abhängigkeit des makroskopischen Wirkungsquerschnittes Σ, (cm-¹) von der Strahlungsenergie E (MeV) bei einer besonders vorteilhaften Basaltart.Fig. 5 shows a graphical representation of the dependence of the macroscopic cross section Σ, (cm- ¹ ) on the radiation energy E (MeV) in a particularly advantageous type of basalt.

In Fig. 1 ist mit 1 der scheiuatisch gezeichnete Reaktorkern bezeichnet, der in bekannter Weise aus »tabförmigem Spaltmaterial besteht, das in einem Moderator untergebracht ist. Die sich im Betrieb einstellende Erwärmung des Reaktorkerns wird über (in der Zeichnung nicht dargestellte) Wärmeaustauscher technisch genutzt. Der Reaktorkern 1 ist von einer Strahlenschutzwand 2, 3 umgeben, die teilweise, nämlich in der inneren Schicht 2, ausBasaJJ-JKSieilL·In FIG. 1, 1 denotes the reactor core shown schematically, which in a known manner consists of tab-shaped gap material which is accommodated in a moderator. The heating of the reactor core that occurs during operation is used technically via heat exchangers (not shown in the drawing). The reactor core 1 is surrounded by a radiation protection wall 2, 3, which is partly, namely in the inner layer 2, made ofBasaJJ-JKSieilL ·

In Fig. 2 ist ein Teil einer aus Bausteinen 6 aufgebauten Strahlenschutzwand 4 dargestellt, wobei die Richtung des hauptsächlichen Strahleneinfalls mit dem Pfeil 5 bezeichnet ist. Die Bausteine 6 bestehen aus Basalt und sind so geformt, daß zwischen den ßertitirmigillächen 9 keine oder fast keine Zwischenräume verbleil>en. Gemäß Fig. 3 kann dies dadurch erreicht werden, daß die Bausteine 6 quaderförmig mit ebenen Seitenflächen 7, 8 ausgebildet werden. Dabei gewährleistet die höchste Bearbeitungspräzision bei der Formgebung die besten Ergebnisse. Damit die Bausteine 6 keine inneren Risse aufweisen und auch während längerer Betriebszeit keine Risse bekommen, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Basaltsteine im Steinbruch durch Sprengung od. dgl., jedoch unter Vermeidung der Anwendung mechanischer Schlagwerkzeuge zu brechen, d. h. die Sternblöcke möglichst schonend zu brechen und danach auch möglichst schonend formgebend zu bearbeiten. Die Formgebung erfolgt vorteilhaft mittels spanabhebender bzw. werkstoffablösender Maschinen, wie z. B. Schleifmaschinen, Sägen, mittels Drahtseilen usw.In Fig. 2 a part of a built from building blocks 6 radiation protection wall 4 is shown, wherein the The direction of the main incidence of rays is indicated by the arrow 5. The building blocks 6 exist made of basalt and are shaped so that between the ßertitirmigilflächen 9 no or almost no gaps remain. According to FIG. 3, this can be achieved in that the building blocks 6 are cuboid be formed with flat side surfaces 7, 8. This guarantees the highest machining precision the best results when it comes to shaping. So that the building blocks 6 have no internal cracks and also If there are no cracks during long periods of operation, it has proven to be advantageous to use the basalt stones in the quarry by blasting or the like, but avoiding the use of mechanical impact tools to break, d. H. to break the star blocks as gently as possible and then as possible to process gently shaping. The shaping takes place advantageously by means of cutting or material-removing Machines such as B. grinding machines, saws, using wire ropes, etc.

Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, Basaltgestein zu verwenden, das möglichst kompakt, d. h. möglichst hohlraumfrei, und wenigstens hypokristallin, vorzugsweise aber holokristallin ist. Ein Oberflächenschliffbild eines aus solchem Gestein hergestellten Bausteins 6 gemäß Fig. 3 ist in Fig. 4 dargestellt. Es ist dort erkennbar, daß die kleinen, verschiedenen Kristalle, die z. B. aus den Kristallarten 10 bis 13 bestehen, sehr gleichmäßig verteilt im Quarz 14 eingebettet sind.It has proven to be particularly advantageous to use basalt rock that is as compact as possible, d. H. as free of voids as possible, and at least hypocrystalline, but preferably holocrystalline. A Surface micrograph of a building block 6 produced from such a rock according to FIG. 3 is shown in FIG. It can be seen there that the small, different crystals that z. B. from the types of crystal 10 to 13 exist, are embedded very evenly distributed in the quartz 14.

Bei den Ausführungsbeispielen nach Fig. 1 bis 4 kann erfindungsgemäß an Stelle von Basalt auch Gabbro, Diabas oder anderes Gestein verwendet werden, das dem Basalt hinsichtlich der vorerwähnten Eigenschaften ähnlich ist.In the exemplary embodiments according to FIGS. 1 to 4, instead of basalt, according to the invention Gabbro, diabase or other rock can be used, which is the basalt with regard to the aforementioned Properties is similar.

Es hat sich jedoch als besonders vorteilhaft erwiesen, einen kompakten, kristallinen (vorzugsweise holokiistallinen) Basalt mit einer der nachfolgend mit I bzw. II l>ezeichneten Zusammensetzungen oder einer ähnlichen Zusammensetzung zu verwenden:However, it has proven particularly advantageous to use a compact, crystalline (preferably holokiistallinen) basalt with one of the following to use with I or II l> marked compositions or a similar composition:

II. IIII Glühverlust Loss on ignition 2 71%>2 71%> 1 39%1 39% Siliziumdioxyd (SiO₂) ....Silicon dioxide (SiO ₂ ) .... 4O,lO°/o40.10 per cent 42,13%42.13% Eisenoxyd (Fe₂O₃) Iron oxide (Fe ₂ O ₃ ) 17,65%17.65% 12,27%12.27% Aluminiumoxyd (Al₂O₃) . .Aluminum oxide (Al ₂ O ₃ ). . 15,84%15.84% 17,25%17.25% Titanoxyd (Ti O₂) Titanium oxide (Ti O ₂ ) 2,41%2.41% 2,75%2.75% ECalziumoxyd (CaO) ECalcium Oxide (CaO) 8,39%8.39% 10,71%10.71% Magnesiumoxyd (MgO) ..Magnesium Oxide (MgO) .. 8,35%8.35% 12,85%12.85% Manganoxyd (MnO) Manganese oxide (MnO) 0,19%0.19% 0,30%0.30%

Solche Basalte werden z. B. in Deutschland in der Eifel und im Westerwald gefunden. Diese Basalte haben den Vorteil, daß sie besonders kompakt sind, hohe Festigkeit und einen besonders hohen makroskopischen Wirkungsquerschnitt haben. Wie Fig. 5 zeigt, liegt der makroskopische Wirkungsquerschnitt eines Basaltes mit der vorerwähnten Zusammensetzung II bei einer Strahlungsenergie von 3 MeV etwa bei 0,157cm— ¹, d.h. er ist um 50Vo besser als beim Baryt-Beton, der für gleiche Bedingungen einen Wirkungsquerschnitt von nur etwa 0,10 cm~' hat. Außerdem zeigt sich, daß der Wirkungsquerschnitt für größere Energien bis zu 7 MeV und mehr nicht, wie z. B. beim Baryt-Beton, wesentlich absinkt, sondern etwa gleichbleibend auf der Höhe von etwa 0,162 cm""¹ bleibt. Das ist besonders wichtig für das Abfangen der schnellen Neutronen, die ja innerhalb des Basaltes auch noch eine starke sekundäre Gammastrahlung von 7,5 MeV induzieren. Die an sich schon vorteilhaften Eigenschaften des Basaltes werden durch seine kristallin£_S_truktu_r^noch besser und sind am günstigsten bei holokristalliner Struktur. Insbesondere zeigt sich auch, daß der Werkstoff — vermutlich infolge seiner kristallinen Struktur — besonders gut zur Reflexion von Neutronen geeignet ist, was praktisch eine Verringerung des benötigten spaltbaren Materials bedeutet und dadurch eine weitere bedeutende Kostenersparnis zur Folge hat.Such basalts are z. B. found in Germany in the Eifel and in the Westerwald. These basalts have the advantage that they are particularly compact, have high strength and a particularly high macroscopic cross-section. As FIG. 5 shows, the macroscopic cross-section of a basalt with the above-mentioned composition II with a radiation energy of 3 MeV is about 0.157 cm- ¹ , ie it is 50% better than barite concrete, which for the same conditions has an active cross-section of only about 0.10 cm ~ '. It also shows that the cross-section for larger energies up to 7 MeV and more is not, such as. B. barite concrete, drops significantly, but remains roughly constant at the height of about 0.162 cm "" ^1. This is particularly important for the interception of the fast neutrons, which also induce a strong secondary gamma radiation of 7.5 MeV within the basalt. The already advantageous properties of basalt are even better thanks to its crystalline structure and are most beneficial in the case of a holocrystalline structure. In particular, it is also shown that the material - presumably due to its crystalline structure - is particularly suitable for reflecting neutrons, which in practice means a reduction in the required fissile material and thus results in further significant cost savings.

Wenn der Basalt, Gabbro oder Diabas nicht in Form von Bausteinen, sondern in Kornform als Zuschlagstoff zu Beton verwendet wird, so ist der sich ergebende Strahlenschutz zwar nicht so gut wie bei der Verwendung von Bausteinen, aber infolge der an sich sehr guten makroskopischen Wirkungsquerschnitte von Basalt, Gabbro oder Diabas und infolge der Preisgünstigkeit dieser Rohstoffe immer noch besser und billiger, also vorteilhafter als z. B. Baryt-Beton oder Beton mit anderen bekannten Zuschlagstoffen. If the basalt, gabbro or diabase is not in the form of building blocks, but in grain form as an aggregate is used for concrete, the resulting radiation protection is not as good as with the use of building blocks, but due to the very good macroscopic cross-sections of basalt, gabbro or diabase and still because of the low cost of these raw materials better and cheaper, so more advantageous than z. B. barite concrete or concrete with other known aggregates.

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Claims

Patent claims.

1. Radiation protection wall or the like., Characterized in that it consists at least in part of basalt, gabbro or diabase .

2. Radiation protection wall or building block for building a radiation protection wall according to claim 1, characterized marked that she or he is made of concrete

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with aggregates of basalt, gabbro or diabase or mixtures thereof.

3. Building block for building a radiation protection wall according to claim 1, characterized in that that it is made of basalt, gabbro or diabase and has an external shape that allows several to layer such building blocks side by side and on top of each other that none or almost none Gaps remain between the contact surfaces of neighboring building blocks.

4. Building block according to claim 3, consisting of holocrystalline or at least hypocrystalline Basalt.

5. Building block according to claim 3, consisting of compact, void-free basalt.

6. Building block according to one of claims 3 to 5, consisting of basalt rock, its composition corresponds exactly or approximately to one of the two following compositions I or II or in terms of the macroscopic cross-section can be compared with it can:

II

2.71% 1.39% 40.10% 42.13% 17.65% 12.27% 15.84% 17.25% 2.41% 2.75% 8.39% 10.71% 8.35% 12.85% 0.19% 0.30%

Loss on ignition
Silicon dioxide.

Iron oxide

Aluminum oxide

Titanium oxide

Calcium Oxide ...
Magnesia
Manganese oxide. ..

7. A method for the production of building blocks according to any one of claims 3 to 6, characterized in that that the basalt, gabbro or diabase in the quarry by blasting or the like. However is broken while avoiding the use of mechanical impact tools and for the purpose of Shaping with cutting or material removing tools, e.g. B. grinding machines, Saws, wire ropes or the like. Is processed.

Considered publications:
"Nuclear Engineering" magazine, Vol. 1, 1956, p.270.

1 sheet of drawings