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Verfahren zum Überziehen von gegen Neutronenstrahlung schützende oder
zu schützende Bauelemente Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren
zum Überziehen von gegen Neutronenstrahlung schützende oder zu schützende Bauelemente
mit einem merkliche Mengen Wasserstoff enthaltenden Kunststoff.
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Es ist bekannt, wasserstoffhaltige Materialien, wie thermoplastische
Kunststoffe, zur Herstellung solcher Strahlungsschirme zu verwenden und auch in
ihnen Teilchen von Neutronen absorbierenden Stoffen, wie Borverbindungen, einzubetten,
so daß die Schirme Neutronen absorbieren können. Wo jedoch große Schirme an Ort
und Stelle hergestellt werden müssen, beispielsweise in dem Gehäuse eines Reaktors
oder dem Brennstoffelementbehälter einer Brennstoffeinführungsmaschine, ist es sehr
schwierig, die benötigte Menge an Kunststoffmaterial genügend flüssig zu machen,
um ein solches großes unregelmäßiges Volumen zu füllen oder statt dessen die Bestandteile
in einem schwer zugänglichen Raum zu polymerisieren. Es ist weiterhin unter solchen
Umständen schwierig, wenn der Mischung feinverteilte Borverbindungen zugesetzt werden,
das Absetzen dieser relativ dichten Teilchen zu verhindern, während sich das Kunststoffmaterial
in flüssigem Zustand befindet.
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Gemäß der Erfindung wird nunmehr ein Verfahren zum Überziehen von
gegen Neutronenstrahlung schützende oder zu -schützende Bauelemente mit einem Kunststoff
vorgeschlagen, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß die Wandung des schützenden
oder zu schützenden Bauelementes mit einer entsprechend distanzierten Einschalung
versehen wird und der so erzeugte Hohlraum zwischen Einwandung und Schalung des
Bauelementes mit merkliche Mengen Wasserstoff enthaltendem Kunststoff in Form von
kleinen Stücken, Schnitzeln, Flocken oder Granulat ausgefüllt und anschließend die
Zwischenräume des Füllgutes mit einer wasserstoffhaltigen Flüssigkeit vergossen
werden, die flüssig bleiben oder zu einem Kunststoff von gleichem oder verschiedenartigem
Charakter aushärten kann.
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-Wie schon erwähnt, ist es nicht erforderlich, daß die die Zwischenräume
zwischen dem Füllgut ausfüllende Flüssigkeit zu einem festen Kunststoff erhärtet,
vielmehr kann die Flüssigkeit auch aus Wasser, einem Mineralöl oder Silicon bestehen..
Eine solche Flüssigkeit hat noch den wesentlichen Vorteil, daß sie leicht ersetzt
werden kann und daß Wärmeausdehnung, die durch die bei der Neutronenstrahlung auftretende
Wärme hervorgerufen wird, leicht ausgeglichen werden kann.
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Wenn ein Neutronenstrahlungsschirm nach diesem Verfahren hergestellt
wird, braucht während seiner Konstruktion nur rin relativ kleiner Anteil des was-.
serstoffhaltigen Materials, also nicht etwa das gesamte Kunststoffmaterial, in flüssigem
Zustand vorzuliegen, und wenn Teilchen von dichten, Neutronen absorbierenden Stoffen
zugesetzt werden, kann deren Hauptanteil dem festen Material zugesetzt werden, bevor
aus diesem ein Granulat hergestellt wird, und es wird so die Gefahr des Absetzens
der Neutronen absorbierenden Anteile innerhalb des, Strahlungsschirmes vermieden.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung besteht der Strahlungsschirm
aus feinen Schnitzeln eines festen Materials, das ,mindestens 3 Gewichtsprozent
Wasserstoff enthält, wobei diese Schnitzel in einer Einbettungsmasse enthalten sind,
die mindestens 3 Gewichtsprozent Wasserstoff enthält. Die Schnitzel können beispielsweise
aus Polyäthylen, ausgehärtetem Polyester oder Äthoxyharzen, Nylon (Polyamid) oder
Polyäthylenterephthalat bestehen. Für viele Anwendungszwecke werden vorzugsweise
derartige Schnitzelformen verwendet, welche einen größten Hohlraum liefern, d. h.,
die Schnitzel bestehen aus kurzen Längen von stabartigen oder rohrförmigen Schnitzeln
oder kleinen Schraubenstücken. Für andere Anwendungszwecke sind jedoch kleine Hohlräume
wünschenswert, und hierbei werden vorzugsweise z. B. kugelförmige Schnitzel verwendet.
Bei dieser Ausführungsform der Erfindung kann die Einbettungsmasse aus gewissen
mineralischen Ölen, Wasser, Siliconflüssigkeiten, Äthylenglykol, Polyester,
Polystyrol
oder Harzen der Epoxytype bestehen.
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Wenn der Strahlungsschirm am Gebrauchsort geformt wird, ist es notwendig,
daß die Einbettungsmasse genügend biegsam, plastisch oder flüssig ist oder in diese
Form gebracht werden kann, damit sie in der endgültigen Form vergossen werden kann,
um die Zwischenräume zwischen den einzelnen Teilchen des festen Materials auszufüllen.
Es ist jedoch nicht notwendig, daß die Einbettungsmasse ihren flüssigen Zustand
bei der Arbeitstemperatur beibehält.
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Vorzugsweise besteht das feste Material aus Polyäthylen oder Polystyrol
oder einem ausgehärteten Harz, wie beispielsweise einem Polyester oder Epoxyharz,
und es ist wesentlich, daß das feste Material ein solches ist, welches in einer
Ausgangsstufe seiner Verarbeitung in einen ausreichenden flüssigen Zustand gebracht
werden kann oder einen solchen besitzt, damit Teilchen eines Neutronen absorbierenden
Stoffes, wie einer Bor- oder Cadmiumverbindung darin dispergiert werden können,
bevor das Granulat daraus hergestellt wird. Die Wahl des bestimmten Stoffes, in
dem die Bor- oder Cadmiumverbindung eingebettet wird, wird in der Praxis von der
Temperatur abhängen, der der aus solchem Material hergestellte Strahlungsschirm
ausgesetzt wird. Wenn jedoch die Dichte der die Neutronen absorbierenden Verbindung
beträchtlich von derjenigen des festen Materials abweicht, ist es wünschenswert,
daß das feste Material bei der Temperatur fest bleibt, der der Schirm unter den
Arbeitsbedingungen ausgesetzt wird, so daß das die Strahlung absorbierende Material
gleichmäßig dispergiert bleibt.
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Wenn Borcarbid als Neutronen absorbierendes Material verwendet wird,
so besteht beispielsweise ein Dreikomponentensystem aus 1 Gewichtsprozent Borcarbid,
20 Gewichtsprozent eines Harzes der Polyester- oder Epoxytype und 79 Gewichtsprozent
granuliertem Polyäthylen. Das Borcarbid kann dem Polyäthxylen oder dem Harz oder
beiden vor der endgültigen Mischbehandlung und vor der Wärmebehandlung oder dem
Abbinden des Harzes zugesetzt werden.
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Ein zweites Beispiel einer derartigen Neutronen absorbierenden Stoffzusammensetzung
besteht zweckmäßig aus einem Kohlenwasserstofföl und Schnitzeln von Polyäthylen,
welches 2 Gewichtsprozent Boroxyd enthält.
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Um die Wärmeleitfähigkeit des Strahlungsschirmes zu verbessern, kann
in dem festen Material eine gewisse Menge eines geeigneten metallischen Pulvers,
wie Aluminiumpulver, dispergiert sein. Darüber hinaus können dem festen Material
auch Stoffe einverleibt sein, die Röntgenstrahlen absorbieren, beispielsweise Blei
oder Bleiverbindungen.
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Wie schon erwähnt, werden sich bei einer sehr zweckmäßigen Ausführungsform
eines Neutronenstrahlungsschirmes aus einer Stoffzusammensetzung, die aus feinen
Schnitzeln eines festen Materials besteht, in welches Teilchen des Neutronen absorbierenden
Materials eingebettet sind, die Schnitzel selbst in einer Einbettungsmasse eines
Materials befinden, das mindestens 3 Gewichtsprozent Wasserstoff enthält. Als Materialien
für die Einbettungsmasse können gewisse mineralische Öle, Wasser oder Siliconflüssigkeiten
verwendet werden, und das Material dieser Einbettungsmasse besitzt vorzugsweise
eine geringere Dichte als die Schnitzel, welche das Neutronen absorbierende Material
enthalten. Bei der Herstellung von Schirmen an Ort und Stelle ist es vorteilhaft,
daß das Material, welches die Einbettungsmasse darstellt, genügend biegsam, plastisch
oder flüssig gehalten werden kann, so daß es um die Schnitzel herumgegossen werden
kann, obwohl es nicht notwendig ist, daß dieses Einbettungsmaterial seinen flüssigen
Zustand bei der Arbeitstemperatur beibehält. Wenn der Schirm bei einer verhältnismäßig
niedrigen Arbeitstemp; ratur angewandt wird, d. h. bei einer Temperatur Unterhab
des Schmelzpunktes von Polyäthylen, kann eines der oben erwähnten Materialien verwendet
werden, das aus einem Kohlenwasserstofföl und Polyäthylenschnitzeln besteht und
2 Gewichtsprozent Boroxyd enthält. Vorzugsweise können die Schnitzel zwischen Füssigkeit
nicht durchlässigen Wandungen eingefüllt werden, die den abzuschirmenden Gegenstand
umgeben, und das Kohlenwasserstofföl wird dann zugesetzt, um die Hohlräume zwischen
den Schnitzeln auszufüllen. Im allgemeinen kann bei Temperaturen bis zu 120°C das
Material für die Einbettungsmasse aus Paraffinwachs, Bitumen oder natürlichem oller
künstlichem Kautschuk bestehen. Für Anwendung bei höheren Temperaturen, beispielsweise
solchen von 100 bis 250° C, bestehen die Schnitzel beispielsweise aus einem Harz
der Epoxygruppe, in dem das die Neutronen absorbierende Material dispergiert ist,
und das Material der Einbettungsmasse besteht aus einer Siliconflüssigkeit, beispielsweise
aus flüssigem Methylsilicon, das nach dem Gelieren weitgehend biegsam ist.
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Besonders befriedigende Werkstoffe zur Herstellung von Strahlungsschirmen
nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden beispielsweise wie folgt erhalten: a)
für Anwendung bei niedrigen Temperaturen, beispielsweise solchen von 100°C, wird
Polyäthylen in Form von kleinen Kügelchen mit etwa 3 mm mittlerem Durchmesser in
einem Mineralöl, beispielsweise Gasöl, oder einem Polyester- oder Polystyrolharz
dispergiert.
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b) Für Anwendung bei höheren Temperaturen, beispielsweise solchen
von 200°C, werden Schnitzel von Nylon oder Polyäthylenterephthalat in einer Siliconflüssigkeit
dispergiert.
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Wie schon erwähnt, können diese festen Schnitzel noch Zusätze von
Bor oder Cadmium oder ein Oxyd oder Carbonat dieser Elemente enthalten, damit das
Material Neutronen wirksam absorbiert. Weiterhin können die Stoffzusammensetzungen
noch Zusätze an Schwerelementen, wie Blei, Barium oder Eisen oder Verbindungen derselben,
enthalten, um auch eine wirksame Absorption der ;-Strahlung zu bewirken.