DE1162694B - Verfahren zum UEberziehen von gegen Neutronenstrahlung schuetzende oder zu schuetzende Bauelemente - Google Patents

Verfahren zum UEberziehen von gegen Neutronenstrahlung schuetzende oder zu schuetzende Bauelemente

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DE1162694B
DE1162694B DEI17476A DEI0017476A DE1162694B DE 1162694 B DE1162694 B DE 1162694B DE I17476 A DEI17476 A DE I17476A DE I0017476 A DEI0017476 A DE I0017476A DE 1162694 B DE1162694 B DE 1162694B
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DE
Germany
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plastic
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hydrogen
radiation
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Application number
DEI17476A
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English (en)
Inventor
Angel Alberto Blanco
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Imperial Chemical Industries Ltd
Original Assignee
Imperial Chemical Industries Ltd
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21FPROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F1/00Shielding characterised by the composition of the materials
    • G21F1/02Selection of uniform shielding materials
    • G21F1/10Organic substances; Dispersions in organic carriers
    • G21F1/103Dispersions in organic carriers

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Solid Fuels And Fuel-Associated Substances (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • -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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Ein zweites Beispiel einer derartigen Neutronen absorbierenden Stoffzusammensetzung besteht zweckmäßig aus einem Kohlenwasserstofföl und Schnitzeln von Polyäthylen, welches 2 Gewichtsprozent Boroxyd enthält.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • b) Für Anwendung bei höheren Temperaturen, beispielsweise solchen von 200°C, werden Schnitzel von Nylon oder Polyäthylenterephthalat in einer Siliconflüssigkeit dispergiert.
  • 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.

Claims (4)

  1. Patentansprüche: 1. Verfahren zum überziehen von gegen Neutronenstrahlung schützende oder zu schützende Bauelemente mit einem Kunststoff, d a d u r c h gekennzeichnet, daß die Wandung des schützenden oder zu schützenden Bauelementes mit einer entsprechend distanzierten Einschalung versehen wird und der so erzeugte Hohlraum zwischen Einschalung und Wandung 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.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung von Kunststoffüllgut, das in an sich bekannter Weise Neutronen-und/oder ;-Strahlen absorbierende Stoffe, wie Bor- und Cadmiumverbindungen, Blei und Bleiverbindungen, dispergiert enthält.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunststoffüllgut Aluminiumpulver in dispergierter Form enthält.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der die Hohlräume des Füllgutes ausfüllende flüssige, aushärtende Kunststoff an sich bekannte Neutronen- und/oder y-Strahlung absorbierende Stoffe dispergiert enthält. In Betracht gezogene Druckschriften: Britische Patentschrift Nr. 816 235; USA.-Patentschrift Nr. 2 796 411.
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