DE1190161B

DE1190161B - Im wesentlichen aus Blei oder einer Bleilegierung bestehender strahlenschuetzender Formkoerper

Info

Publication number: DE1190161B
Application number: DEST12179A
Authority: DE
Inventors: Dr Mont Erich Pelzel
Original assignee: Stolberger Zink AG
Current assignee: Stolberger Zink AG
Priority date: 1957-01-31
Filing date: 1957-01-31
Publication date: 1965-04-01

Description

Im wesentlichen aus Blei oder einer Bleilegierung bestehender strahlenschützender Formkörper Die Erfindung betrifft einen im wesentlichen aus Blei oder einer Bleilegierung bestehenden strahlenschützenden Formkörper. In vielen Zweigen der Technik verwendet man bereits seit langem Werkstoffe, die aus Blei oder auch Bleilegierungen bestehen. Das Ziel ist hierbei, entweder aggressiven Medien eine geringere Angriffsmöglichkeit zu bieten oder auch in neuerer Zeit die bei radioaktiven Stoffen oder Prozessen auftretenden Schädigungen durch strahlende Substanzen zu vermeiden. Von besonderem Interesse ist dies bei Kernspaltungs- und -syntheseprozessen, bei denen Strahlungen aller Art, wie Alpha-, Beta-, Gammastrahlen sowie Neutronenstrah lung, auftreten. Bisher benutzte man insbesondere für den letzten Zweck Blei in legierter oder meist unlegierter Form in Gestalt von Blechen, Platten, Ziegeln od. dgl. als inneren Schutzmantel, der jedoch immer mit einem sehr dicken Betonmantel umgeben werden mußte. Dies ist zum Teil dadurch begründet, daß unlegiertes Blei eine geringe Dauerstandfestigkeit hat, so daß beim Überschreiten einer bereits geringen Bauhöhe von z. B. 1 bis 2 m das Blei zu kriechen beginnt, welcher Vorgang durch erhöhte Temperatur noch wesentlich beschleunigt wird. Die Folge davon ist, daß sich an den Schutzwänden, die z. B. aus Bleiziegeln oder mit Hilfe von Bleiplatten zusammengesetzt werden, Lücken ergeben, durch die die Strahlen ungehindert hindurchtreten können. Die Betonmäntel haben also den Hauptzweck, schließlich auch diese Strahlen noch unschädlich zu machen.
Legiertes Blei, z. B. Hartblei, für die genannten Zwecke zu verwenden verbietet sich deshalb, weil das im Hartblei vorhandene Antimon sekundärstrahlend ist und somit keinen sicheren Neutronenschutz bietet; hinzu kommt, daß die Gammastrahlenabsorption mit abnehmender Dichte des Baustoffes abnimmt.
Um die bei der Verwendung von unlegiertem Blei infolge der oben geschilderten Umstände austretenden Strahlen mit Sicherheit abzufangen, war es, wie bereits erwähnt, bisher notwendig, dicke, z. B. mehrere Meter dicke Betonwände zu verwenden und den Bleischutzmantel damit zu umbauen. Dies hat wiederum zur Folge, daß die Gesamtkonstruktion außerordentlich schwer und voluminös wird und man genötigt ist, sehr starke Fundamente zu erstellen, welche Bauweise umständlich und infolgedessen auch kostspielig ist.
Die Erfindung setzt sich die Aufgabe, die geschilderten und andere Nachteile zu vermeiden und einen strahlenschützenden Formkörper zu schaffen, der zwar im wesentlichen aus Blei oder Bleilegierungen besteht, aber trotzdem eine hohe Kriech- und Dauer- standfestigkeit auch bei erhöhten Temperaturen aufweist und infolgedessen für Zwecke des Strahlungsschutzes mit Vorteil verwendbar ist. Das der Erfindung zugrunde liegende Ziel wird bei einem derartigen Formkörper dadurch erreicht, daß er frei von zur Sekundärstrahlung neigenden Legierungselementen und ganz oder teilweise von einem nichtmetallischen Werkstoff umhüllt ist, der eine größere Härte als Blei aufweist. Es ist bekannt, daß folgende Legierungselemente zur Sekundärstrahlung neigen: Arsen, Antimon, Zinn, Cadmium, Zink, Kupfer, Silber. Als Blei wird zweckmäßig ein solches mit höchster Reinheit verwendet, da man bei dem heutigen Stand der Wissenschaft noch nicht in der Lage ist, im einzelnen mit Sicherheit zu beurteilen, welche Zusätze bzw. welche Mengen an fremden Elementen schädlich sind.
Mit Vorteil benutzt man ein Blei mit einem Reinheitsgrad von mindestens 99,90 °/o Pb.
Auf die erfindungsgemäße Weise ist es möglich, eine Art Verbundkörper aus Blei bzw. den genannten Bleilegierungen mit nichtmetallischem Werkstoff zu schaffen, welcher besondere Vorteile aufweist. So wird zunächst die Dauerstandfestigkeit des Bleies bzw. der Bleilegierungen vielfach gesteigert, wobei die hohe Dichte des Bleies weitgehend erhalten bleibt.
Diese Eigenschaften des erfindungsgemäßen Werkstoffes erlauben mit Vorteil seine Verwendung für Zwecke, bei denen es auf Strahlenschutz ankommt, und zwar deshalb, weil einmal erstellte Schutzwände od. dgl. auch bei größeren Bauhöhen nicht zu kriechen beginnen. Dies ist sogar bei höheren Temperaturen von z. B. 3000 C und mehr der Fall, bei denen sich die Dauerstandfestigkeit aller bekannten Bleilegierungen dem Wert Null nähert. Da die hohe Dichte des Bleies in jedem Falle erhalten bleibt, so trifft dies auch für die Absorptionsfähigkeit des erfindungsgemäsen Werkstoffes gegenüber Strahlen zu.
Als nichtmetallische Umhüllungswerkstoffe kommen solche anorganischer oder organischer Natur in Betracht. Mit Vorteil werden z. B. Gläser, wie Wasserglas, Aluminate, Beton od. dgl. oder Kunststoffe verwendet. Man kann dem Umhüllungsmaterial auch solche Stoffe zusetzen bzw. es nur aus solchen Stoffen bestehen lassen, die Neutronen in erhöhtem Maße absorbieren, d. h. einen hohen Einfangsquerschnitt für Neutronen besitzen. Als Beispiel hierfür seien genannt: Hafniumoxyde, Borverbindungen, insbesondere Borhydride, Wassertoff in Gestalt anderer geeigneter Verbindungen od. dgl.
Die genannten Stoffe steigern als nichtmetallische Substanzen die mechanischen Eigenschaften des Formkörpers, z. B. seine Härte und Dauerstandfestigkeit, ohne die Absorption der Strahlen herabzusetzen.
In metallischer Form lassen diese Zusätze den Effekt nicht erreichen.
Als Formkörper kommen erfindungsgemäß solche in Gestalt eines Bausteines, einer Platte, eines Bleches oder mehrerer übereinandergeschichteter Platten oder Bleche mit Zwischenschichten aus dem Umhüllungsmaterial in Betracht.
Ein Beispiel soll die Erfindung weiter erläutern: Ein Bleiwürfel von 10 cm Seitenlänge, also einem Gewicht von 11,34 kg, wird mit einem Betonmantel umhüllt, dessen Wandstärke 1 cm beträgt. Statt der ganzen Umhüllung kommt auch eine an einer Seite offene Betonhülle der gleichen Wandstärke mit dem entsprechenden Inhalt von 1 dm5 in Betracht. Das gesamte Element besteht dann aus 86 bis 90 Gewichtsprozent Blei und 10 bis 14 Gewichtsprozent Beton.
Seine Druckfestigkeit ist ein Vielfaches jeder Bleilegierung, die einen Bleigehalt von ähnlicher Größen- ordnung besitzt, d. h., die Betonumhüllung ist vielfach wirksamer als ein gleich großer Aufwand von Legierungselementen. Ein Strahlendurchtritt ist praktisch ausgeschlossen.

Claims

Patentansprüche: 1. Im wesentlichen aus Blei oder einer Bleilegierung bestehender strahlenschützender Formkörper, dadurch gekennzeichnet, daß er frei von zur Sekundärstrahlung neigenden Legierungselementen und ganz oder teilweise von einem nichtmetallischen Werkstoff umhüllt ist, der eine größere Härte als Blei aufweist.
2. Formkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das verwendete Blei von höchster Reinheit ist.
3. Formkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Umhüllungsmaterial ein anorganischer Werkstoff oder ein Kunststoff ist.
4. Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem nichtmetallischen Umhüllungsmaterial solche Stoffe zugesetzt sind bzw. daß es nur aus solchen Stoffen besteht, die Neutronen in erhöhtem Maße absorbieren.
5. Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4 in Gestalt eines Bausteines, einer Platte, eines Bleches oder mehrerer übereinandergeschichteter Platten oder Bleche mit Zwischenschichten aus dem Umhüllungsmaterial.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 830 833; schweizerische Patentschrift Nr. 283 222; USA.-Patentschriften Nr. 2175671, 2583 912.