DE1127581B - Material for the production of molded bodies for protection against radioactive rays - Google Patents

Material for the production of molded bodies for protection against radioactive rays

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DE1127581B
DE1127581B DEA34251A DEA0034251A DE1127581B DE 1127581 B DE1127581 B DE 1127581B DE A34251 A DEA34251 A DE A34251A DE A0034251 A DEA0034251 A DE A0034251A DE 1127581 B DE1127581 B DE 1127581B
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Eric Bickerstaff
Douglas Stuart Laidler
Kings Langley
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Associated Lead Manufacturers Ltd
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Associated Lead Manufacturers Ltd
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    • G21F1/02—Selection of uniform shielding materials
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Description

Zum Schutz gegen nukleare Reaktoren werden in üblicher Weise Platten oder ähnliche Formstücke aus Blei verwendet, die außen manchmal mit einer Schicht mit viele Wasserstoffatome aufweisenden Kunststoffen, die die Neutronen verlangsamen bzw. absorbieren, bedeckt sind. Eine bekannte Abschirmung besteht aus einer Bleiplatte von einer Dicke bis zu 15 cm mit an den Außenflächen aufgezogenen Polyäthylenbahnen.To protect against nuclear reactors, plates or similar fittings are made in the usual way Lead used, sometimes with a layer with many hydrogen atoms on the outside Plastics that slow down or absorb the neutrons are covered. A well-known shield consists of a lead plate with a thickness of up to 15 cm with drawn on the outer surfaces Polyethylene sheets.

Es ist auch bekannt, Behälter für radioaktive Isotope aus Polyvinylchlorid oder Polystyrol mit darin enthaltenem Bleipulver herzustellen. Solch ein Werkstoff ist jedoch nicht für Schutzplatten gegenüber nuklearen Reaktoren geeignet, da der hierzu verwendete plastische Werkstoff keine Neutronen absorbiert.It is also known to contain containers for radioactive isotopes made of polyvinyl chloride or polystyrene containing lead powder. However, such a material is not opposed to protective panels nuclear reactors because the plastic material used does not absorb neutrons.

Gemäß der Erfindung besteht der zur Herstellung von Formkörpern zum Schutz gegen radioaktive Strahlen verwendete Werkstoff aus einer Mischung aus Polyäthylen oder Polypropylen und gleichmäßig darin verteiltem Blei oder Wolfram, im Gewichtsverhältnis von Metall zu Polyolefin, wie 1:1 bis 30:1, und gegebenenfalls zusätzlich einer geringen Menge Bor.According to the invention, there is the production of molded articles for protection against radioactive substances Blasting used material made of a mixture of polyethylene or polypropylene and evenly lead or tungsten dispersed therein, in a weight ratio of metal to polyolefin such as 1: 1 to 30: 1, and optionally also a small amount of boron.

Das den Formkörper bildende plastische Material hat einen hohen Gehalt von Wasserstoffatomen, die wirksame Absorber für die Neutronen sind, während das pulverförmige, im Formkörper dispergierte Metall wirksam die schädliche Bestrahlung absorbiert. Der Formkörper kann auch einen Teil von Bor, z. B. in einer Menge von 1% des Gesamtgewichtes, enthalten, das ebenfalls gleichmäßig verteilt ist. Bor ist bekannt als ein guter Neutronenabsorber, und es kann in den Formkörper auch in Form von feinverteilten Bleiboraten eingebracht werden.The plastic material forming the molded body has a high content of hydrogen atoms, which Effective absorbers for the neutrons are, while the powdery metal dispersed in the molded body effectively absorbs harmful radiation. The shaped body can also contain a portion of boron, e.g. Am an amount of 1% of the total weight, which is also evenly distributed. Boron is known as a good neutron absorber, and it can also be in the form of finely divided into the molded body Lead borates are introduced.

Der aus dem erfindungsgemäßen Werkstoff hergestellte Formkörper besteht somit aus Poyathylen oder Polypropylen mit darin homogen dispergiertem Bleioder Wolframpulver. Dies hat den Vorteil, daß die physikalischen Eigenschaften des plastischen Materials weitgehend erhalten bleiben. Ein solcher Formkörper ist weit weniger als reine Bleiplatten dem Zerspringen als Folge des Ermüdens des Metalls unter Vibration ausgesetzt, und er eignet sich daher besonders zum Schutz gegen einen nuklearen Reaktor, z. B. in einem zur See fahrenden oder bei anderen Gelegenheiten, bei denen der Schutzschirm einer Vibration unterworfen wird. Die Formplatten gemäß der Erfindung sind auch viel leichter zu installieren als die gewöhnlichen Bleiplatten, die mit einer Schicht aus Polyäthylen bezogen sind. Darüber hinaus hat der neue Formkörper den Vorteil, daß er, wie die Bleiplatten, fertig geformt, gebohrt und geklopft werden kann.The molded body produced from the material according to the invention thus consists of polyethylene or Polypropylene with homogeneously dispersed lead or tungsten powder. This has the advantage that the physical properties of the plastic material are largely retained. Such a shaped body is far less susceptible to cracking as a result of metal fatigue than pure lead plates Exposed to vibration, and it is therefore particularly suitable for protection against a nuclear reactor, e.g. B. in a seafaring or on other occasions where the protective screen causes a vibration is subjected. The mold plates according to the invention are also much easier to install than the usual ones Lead plates with a layer of Polyethylene are related. In addition, the new molded body has the advantage that, like the lead plates, it is fully formed, drilled and tapped can.

Werkstoff zur Herstellung von Formkörpern zum Schütze gegen radioaktive StrahlenMaterial for the production of moldings for protection against radioactive rays

Anmelder:Applicant:

Associated Lead Manufacturers Limited,
LondonAssociated Lead Manufacturers Limited,
London

Vertreter: Dipl.-Ing. L. Hain, Patentanwalt,
München 5, Rumfordstr. 40Representative: Dipl.-Ing. L. Hain, patent attorney,
Munich 5, Rumfordstr. 40

Douglas Stuart Laidler, Kings Langley, Hertfordshire, und Eric Bickerstaff, Tottenham, London,
sind als Erfinder genannt wordenDouglas Stuart Laidler, Kings Langley, Hertfordshire, and Eric Bickerstaff, Tottenham, London,
have been named as inventors

An sich ist es bekannt, Formkörper aus Polyolefinen, die Metall, z. B. Aluminium, in Pulverform enthalten, herzustellen. Diese Formkörper dienen jedoch anderen Zwecken und sind zur Lösung der Aufgabe gemäß der Erfindung nicht brauchbar.It is known per se, molded articles made of polyolefins, the metal, for. B. aluminum, in powder form contain to manufacture. However, these moldings serve other purposes and are intended to solve the problem not useful according to the invention.

Die Formkörper gemäß der Erfindung können durch inniges Vermischen von feinverteiltem Bleioder Wolfram- mit Polyäthylen- oder Polypropylenpulver, z. B. von Pulvern solcher Feinheit, daß sie durch ein 100-Maschen-Sieb B. S. gehen, und einer Formung dieser Pulvermischung zu einem Körper unter Verhältnissen, die das Entweichen von Luft aus der Form ermöglichen, hergestellt werden. Letzteres ist notwendig, um eine Porosität im Formkörper zu verhindern.The shaped bodies according to the invention can be obtained by intimate mixing of finely divided lead or Tungsten with polyethylene or polypropylene powder, e.g. B. of powders of such fineness that they pass through a 100-mesh screen B.S. and form this powder mixture into a body under conditions that allow air to escape from the mold. The latter is necessary to prevent porosity in the molded body.

Die Form hierzu besteht aus einer nicht erhitzten Grundplatte, einer erhitzten beweglichen Oberplatte und Seitenwänden. Zwischen den Seitenwänden und der Grundplatte ist ein Spalt zum Luftaustritt aus der Form frei gelassen, der aber nicht so groß ist, daß eine wesentliche Menge des plastischen Materials entweichen könnte. Da die Grundplatte kühl ist, wird die plastische Masse am Boden der Form nicht schmelzen, bevor nicht die in der PulvermischungThe mold for this consists of a non-heated base plate, a heated movable top plate and side walls. Between the side walls and the base plate there is a gap for air to escape from the Form left free, but not so large that a substantial amount of the plastic material escape could. Since the base plate is cool, the plastic mass at the bottom of the mold will not melt before not those in the powder mixture

vorhandene Luft aus der Form entwichen ist.
— Da das plastische Material beim Abkühlen zusam-■' menschrumpft, ist es wünschenswert, das Formstück ' mit einer kleinen Übergröße zu formen und nachher auf die gewünschte Endgröße zu bearbeiten.existing air has escaped from the mold.
Since the plastic material shrinks when it cools, it is desirable to shape the molded piece with a small oversize and then to work it to the desired final size.

Die Erfindung wird durch nachstehende Beispiele näher beschrieben:The invention is described in more detail by the following examples:

,,.-■ -.. - 209 559/524 ,, .- ■ - .. - 209 559/524

Beispiel 1 -Example 1 -

8,5 kg pulverförmiges Blei mit einer Korngröße von etwa 20 bis 160 μ werden mit 1,7 kg pulverförmigem Polyäthylen einer Teilchengröße von etwa 10 bis 200 μ gemischt, wobei das Blei langsam zum Polyäthylen, das in einem Trog eines mechanisch angetriebenen Planetenmischers bearbeitet wird, zugegeben wird. . ... . .-„_..,., .8.5 kg of powdered lead with a grain size from about 20 to 160 μ are with 1.7 kg of powdered Polyethylene with a particle size of about 10 to 200 μ mixed, with the lead slowly to the Polyethylene, which is processed in a trough of a mechanically driven planetary mixer, is added will. . ... .- "_ ..,.,.

Die sich ergebende ;Mischung 'wurde dann in die Form, welche schematiseh in der Zeichnung dargestellt ist, eingefüllt. Diese besteht aus einer nicht erwärmten ; Grundplatte C und einer rechteckigen Seitenwandung B: Die Pulverfüllüng ist mit D bezeichnet. Die Seitenwandung B ist auf der Grundplatte C durch Bolzen (nicht gezeigt) befestigt. Nach dem Einsetzen der Oberplatte A in die Form wurde diese in eine hydraulische Presse gebracht und durch die Oberplatte A erwärmt und Druck angelegt. Die Erwärmung kann mittels eines erhitzten Druckblockes der Presse erfolgen, oder die Oberplatte A selbst kann ao mit einer Elektro- oder Dampfheizung versehen sein. Gewünschtenfalls kann eine Luft- oder Wasserkühlung für die Grundplatte C vorgesehen sein. The resulting ; Mixture was then poured into the mold which is shown schematically in the drawing. This consists of an unheated; Base plate C and a rectangular side wall B: The powder filling is denoted by D. The side wall B is attached to the base plate C by bolts (not shown). After inserting the top plate A into the mold, it was placed in a hydraulic press and heated by the top plate A and pressure was applied. The heating can take place by means of a heated pressure block of the press, or the top plate A itself can also be provided with an electric or steam heater. If desired, air or water cooling can be provided for the base plate C.

Wenn das Polyäthylen von der Unterfläche der Oberplatte A an nach unten zu schmilzt, so drückt die Oberplatte die Füllung D. zusammen und preßt die Luft durch die kleine Öffnung zwischen der Seitenwandung B und der Grundplatte aus. Der zum Auspressen der Luft erforderliche Minimaldrack betrug 7 kg/cm2. Wenn die angewendete Druckkraft die Größe für die Luftauspressung übersteigt, so wird dies durch das Auftreten von Blasen an einer ÖlleisteE, die im Winkel zwischen der Wandung B und der Platte C vorgesehen ist, angezeigt. Die Blasenbildung hört auf, wenn die Form dicht abgeschlossen ist, und sie setzt sich auch nicht fort, wenn der Druck noch erhöht wird, womit angezeigt ist, daß die Füllung flüssig und frei von Luft ist. Kühlwasser wurde dann in die Oberplatte A eingeleitet und der Druck bis zu einem Maximaldruck von 35 kg/cm2 gesteigert. Die Form blieb bis zur vollständigen Abkühlung geschlossen, und das gebildete Formstück wurde schließlich vom Boden der Form entfernt.When the polyethylene melts from the lower surface of the top plate A downwards, the top plate compresses the filling D. and presses the air out through the small opening between the side wall B and the base plate. The minimum rack required to squeeze out the air was 7 kg / cm 2 . If the applied compressive force exceeds the size for the air expulsion, this is indicated by the appearance of bubbles on an oil bar E, which is provided at the angle between the wall B and the plate C. The formation of bubbles stops when the mold is sealed, and it does not continue when the pressure is increased, which indicates that the filling is liquid and free of air. Cooling water was then introduced into the top plate A and the pressure increased to a maximum pressure of 35 kg / cm 2 . The mold remained closed until completely cooled and the formed piece was eventually removed from the bottom of the mold.

Die in der Zeichnung dargestellte Form kann z. B. zur Herstellung von Formstücken mit Abmessungen von 23 · 23 · 5 cm verwendet werden.The shape shown in the drawing can, for. B. for the production of fittings with dimensions 23 x 23 x 5 cm can be used.

Beispiel 2Example 2

Saures Bleiborat wurde durch Umsetzung von 120 g Bleimondxyd und 140 g Borsäure in einem feuerfesten Topf, bis die Schmelze klar und ruhig und das Reaktionswasser ausgetrieben war, in bekannter Weise hergestellt. Das sich ergebende Produkt, das einer Zusammensetzung von 60% PbO und 40% B2O3 entspricht, wurde auf eine Flußstahlplatte geschüttet und dort abgekühlt. Das Produkt wurde zermahlen und der Teil verwendet, der durch ein 120-Maschen-B. S.-Sieb ging. Ein zylindrischer Block von 4 cm Höhe und 10 cm im Durchmesser wurde dann in einer geeigneten Form, wie im Beispiel 1 beschrieben, aus einer Füllung, bestehend aus 1026 g pulverförmigem Blei, 217 g pulverförmigem Polyäthylen und 104 g Bleiborat, das, wie oben beschrieben, gewonnen wurde, hergestellt. Die Zusammensetzung" des Blockes in Gewichtsteilen ist dann wie folgt:Acid lead borate was prepared in a known manner by reacting 120 g of lead oxide and 140 g of boric acid in a refractory pot until the melt was clear and calm and the water of reaction was driven off. The resulting product, which corresponds to a composition of 60% PbO and 40% B 2 O 3 , was poured onto a mild steel plate and cooled there. The product was ground and the portion that passed through a 120 mesh BS screen was used. A cylindrical block 4 cm high and 10 cm in diameter was then in a suitable form, as described in Example 1, from a filling consisting of 1026 g of powdered lead, 217 g of powdered polyethylene and 104 g of lead borate, which, as described above , was obtained. The composition "of the block in parts by weight is then as follows:

Blei 83,33 TeüeLead 83.33 parts

Polyäthylen 16,67 TeilePolyethylene 16.67 parts

Bor ...... 1,00TeilBoron ...... 1.00 part

Sauerstoff . 2,5 TeileOxygen. 2.5 parts

Die folgenden Beispiele 3 bis 11 zur Herstellung von Blöcken oder Formplatten nach der oben beschriebenen Methode aus Polyäthylen und feinverteiltem Blei sind in einer Tabelle dargestellt:The following Examples 3 to 11 for the production of blocks or mold plates according to that described above Method using polyethylene and finely divided lead are shown in a table:

GewichtsWeight ijrewlCJIt
Hag RIi=ICijrewlCJIt
Hag RIi = IC Gewichtweight AbmessungenDimensions verhältnisrelationship des Polyof the poly des Formstückesof the fitting Beispielexample Bleilead äthylensethylene oder Blockesor blocks zu Polyto poly 1100 g1100 g äthylenethylene 220 g220 g 10 cm Durch10 cm dia 33 5:15: 1 messer undknife and 8,5 kg8.5 kg 3,8 cm Länge3.8 cm length 47,5 kg47.5 kg 1,7 kg1.7 kg 23-23-5cm23-23-5cm 44th 5:15: 1 11,8 kg11.8 kg 9,5 kg9.5 kg 31-31-14,6 cm31-31-14.6 cm 55 5:15: 1 15,2 kg15.2 kg 1,5 kg1.5 kg 23-23-5 cm23-23-5 cm 66th 8:18: 1 80,0kg80.0kg 1,2kg1.2kg 23 -.23 -5 cm23-23-5 cm 77th 12,4:112.4: 1 101,0kg101.0kg 6,5 kg6.5 kg 31-31-14,6 cm31-31-14.6 cm 88th 12,4:112.4: 1 16,8 kg16.8 kg 8,0 kg8.0 kg 31-31-14,6 cm31-31-14.6 cm 99 12,4:112.4: 1 21,3kg21.3kg 1,2 kg1.2 kg 23-23-5cm23-23-5cm 1010 16,0:116.0: 1 0,85 kg0.85 kg 23-23-5 cm23-23-5 cm 1111 30,0:130.0: 1

Beispiel 12Example 12

Hier wurde auf die gleiche Weise eine Scheibe von 0,75 cm Dicke und 12,7 cm Durchmesser aus 310 g Bleipulver und 260 g Polypropylenpulver entsprechend einem Gewichtsverhältnis von 5:1 hergestellt.Here, in the same way, a disc 0.75 cm thick and 12.7 cm in diameter was made from 310 g Lead powder and 260 g of polypropylene powder in a weight ratio of 5: 1.

Es wurde auch erfolgreich nach dem obigen Formverfahren kleine geformte Blöcke aus Mischungen von Wolfram und Polypropylenpulver im Gewichtsverhältnis von 10:1 gewonnen.It also became successful after the above molding process small shaped blocks made from mixtures of tungsten and polypropylene powder in weight ratio won by 10: 1.

Claims (2)

PATENTANSPRÜCHE:PATENT CLAIMS: 1. Werkstoff zur Herstellung von Formkörpern zum Schutz gegen radioaktive Strahlen, dadurch gekennzeichnet, daß dieser aus einer Mischung aus Polyäthylen oder Polypropylen und gleichmäßig darin verteiltem Blei oder Wolfram, im Gewichtsverhältnis von Metall zu Polyolefin wie 1:1 bis 30:1, und gegebenenfalls zusätzlich einer geringen Menge Bor besteht.1. Material for the production of molded articles for protection against radioactive rays, characterized in that it consists of a mixture of polyethylene or polypropylene and lead or tungsten uniformly distributed therein, in a weight ratio of metal to polyolefin such as 1: 1 to 30: 1, and optionally there is also a small amount of boron. 2. Werkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er Bor in einer Menge von 1%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Mischung, enthält.2. Material according to claim 1, characterized in that it contains boron in an amount of 1%, based on the total weight of the mixture. In Betracht gezogene Druckschriften:
Belgische Patentschrift Nr. 553 665;
britische Patentschrift Nr. 592 286.Considered publications:
Belgian Patent No. 553 665;
British Patent No. 592 286. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings ©209 559/524 4.62© 209 559/524 4.62
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