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Radioaktive Strahlenquelle mit einem im wesentlichen kugelförmigen
Schutzbehälter aus Schwermetall Die Erfindung betrifft eine radioaktive Strahlenquelle,
insbesondere zum Zwecke der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung, mit einem im wesentlichen
kugelförmigen, mit einem Verschluß ausgerüsteten, in seinem Innern das radioaktive
Präparat aufnehmenden Schutzbehälter aus Schwermetall, dessen Verschlußelement so
ausgebildet und angeordnet ist, daß es durch Bewegung in im wesentlichen tangentialer
Richtung einen Strahlenaustrittskanal freigibt, der auf einer Seite durch das Verschlußelement,
auf den anderen durch den Schutzbehälter gebildet wird, derart, daß eine symmetrische
Öffnung mit nach außen hin zunehmender Größe im Strahlenschutzbehätter entsteht,
aus der die Strahlung austritt.
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Radioaktive Präparate müssen aus Strahlenschutzgründen, da sie allseitig
und stetig strahlen, in Schutzbehältern aufbewahrt werden. Die günstigste Form eines
solchen Schutzbehälters ist die Kugel, wenn das radioaktive Präparat im Mittelpunkt
derselben angeordnet ist. Bei der Beurteilung der Form kommt es dabei nicht nur
auf die günstigen äußeren Abmessungen, sondern auch auf den Aufwand an strahlenschwächendem
Material an. Es ist bekannt, daß die Schwächung der Gammastrahlung sowohl von ihrer
Quantenenergie (Wellenlänge) als auch von der Dichte und dem Atomgewicht des durchstrahlten
Materials abhängig ist. Da die Wellenlänge durch die Wahl der Quelle bestimmt ist,
kann eine Verringerung des notwendigen Volumens für das Material des Schutzbehälters
nur erfolgen, wenn solches mit möglichst hohem Atomgewicht und möglichst großer
Dichte verwandt wird. Diesen Forderungen wird im weitgehenden Maß Wolfram gerecht.
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Man stellt an solche Einrichtungen die Forderung, daß sie in ihrem
Ausmaß klein und handlich sein sollen. Durch die Verschluß- und gegebenenfalls notwendigen
Blendeneinrichtungen war aber bisher eine gewisse Sperrigkeit nicht ganz zu vermeiden,
sofern nicht erheblicher Aufwand für den Antrieb derselben in Kauf genommen werden
sollte.
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Man ging bei der Schaffung von Schutzbehältern zwei grundsätzlich
verschiedene Wege, die sich dadurch unterscheiden, daß einmal die Quelle im Schutzbehälter
beweglich und das andere Mal die Quelle fest im Schutzbehälter angeordnet ist, wobei
der Schutzbehälter dann Verschlüsse und gegebenenfalls Blenden aufweist. Bei Schutzbehältern
mit beweglicher Quelle ist es bekannt, mittels Bowdenzügen oder mittels magnetischen
Einrichtungen die Quelle in die Arbeitsstellung zu befördern. So wurde z. B. in
einem kugelförmigen Strahlenschutzbehälter eine kleine Kugel exzentrisch angeordnet
und an deren Umfang die Quelle befestigt. Durch Drehung der kleineren Kugel in der
großen Kugel wird die Quelle von einer Stelle nahe dem Mittelpunkt des Schutzbehälters
an eine Stelle nahe der Oberfläche des Schutzbehälters gebracht. Diese Einrichtungen
haben verschiedene Nachteile. So ist die im Betrieb auftretende Strahlung außerhalb
des Nutzstrahlenkegels verhältnismäßig groß und es müssen bei diesen Einrichtungen
stets besondere Sicherheitseinrichtungen vorgesehen werden, die es gestatten, die
Quelle bei Versagen der Transporteinrichtung in die Ausgangsstellung zu bringen.
Um diese Schwierigkeiten zu umgehen, wählte man beim Gegenstand der vorliegenden
Erfindung das Grundprinzip mit im Schutzbehälter fest angeordneter Quelle. Aber
auch die. auf diesem Prinzip beruhenden, bisher bekanntgewordenen Lösungen, insbesondere
für die Verschlüsse, haben eine Reihe von Nachteilen und sind besonders für Einricbtungen
für die Defektoskopie wegen ihrer großen baulichen Abmessungen ungeeignet. Zum Teil
weisen die bekannten Schutzbehälter auch bereits eine Form in Gestalt einer Kugel
auf. Sie bestehen aber stets aus Blei oder einem anderen leicht verformbaren Material.
Für die Anwendung von Wolfram sind die bisher gezeigten technischen Lösungen ungeeignet,
was einen schwerwiegenden technischen Nachteil darstellt. Einer der bekannten Verschlüsse
besteht aus einer Reihe von zur Strahlenrichtung hintereinander angeordneter Absorptionskörpern,
welche so angeordnet sind, daß sie sich dem im Querschnitt vergrößernden Strahlenkegel
anpassen und daß sie von einem gemeinsamen Antriebsorgan betätigt werden. Diese
Anordnung vergrößert aber die äußeren Abmessungen der Anordnung ungewöhnlich und
verhindert vor allem ein nahes Heranbringen der Einrichtung an den zu bestrahlenden
Körper.
Eine andere bekannte Einrichtung, bei der der Verschlußblock zugleich ein Teil des
kugelförmigen Schutzbehälters ist und radial im Winkel von nahezu 90° zur Achse
des Nutzstrahlenkegels verschiebbar ist, vermeidet zwar die beschriebenen Nachteile
teilweise. Diese Einrichtung genügt aber den gestellten Ansprüchen auch deshalb
nicht, weil sie keine kegelförmige, sondern vielmehr eine schachtartige Öffnung
für den Strahlenkegel freigibt und so ein großes Gebiet des Halbschattens erzeugt.
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Es ist ferner ein Strahlenschutzbehälter mit ebenfalls senkrecht zur
Strahlungsachse verschiebbarem Verschlußblock bekannt, der einen kegelförmigen Strahlungsaustrittskanal
aufweist. Der Verschlußblock hat in Strahlungsrichtung eine Länge die etwa dem halben
Durchmesser der Strahlungsschutzbehälter entspricht, ist von kegelförmiger Gestalt
und liegt bei geöffnetem Behälter in einer Aussparung desselben. Mit einer solchen
Anordnung läßt sich offensichtlich ein guter Strahlenschutz nicht erreichen, denn
im geschlossenen Zustand muß in der Zone, die im Betrieb dem bestrahlten Objekt
zugewandt ist, eine große Hüllenausfallstrahlung auftreten, weil die Stärke des
Verschlußblockes nur annähernd die Hälfte des Radius des Strahlenschutzbehälters
ausmachen kann. Außerdem wird im geschlossenen Zustand des Behälters die Behälterwand
auch dort geschwächt, wo im offenen Zustand der Verschlußblock liegt. Will man diesen
Nachteil vermeiden, so führt dies zu einer Anordnung, bei welcher der kegelförmige
Verschlußblock eine Länge annimmt, die dem Halbmesser des kugelförmigen Strahlenschutzbehälters
entspricht und der Strahlenschutzbehälter an seinem Umfang in der Zone, in welcher
im geöffneten Zustand der Verschlußblock sitzt, einen besonderen Absorptionskörper
aufweist, dessen Stärke wiederum etwa dem Halbmesser des Strahlenschutzbehälters
entspricht.
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Diese Ausführung ist aufwendig und hat wegen des zusätzlichen Absorptionskörpers
ein großes Gewicht.
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Ferner ist ein Verschlußsystem bekannt, welches die äußere Form einer
Halbkugel aufweist und welches aus einer Reihe von rechtwinklig zur Strahleneinrichtung
geteilten und in Strahlenrichtung hintereinander angeordneten Platten besteht. Diese
Einrichtung besitzt aber ein verhältnismäßig kompliziertes Antriebssystem zum öffnen
und Schließen des Verschlusses.
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Bei einem mit birnenförmiger Gestalt ausgebildeten Schutzbehälter
ist in der Längsrichtung dieses Behälters ein kegelförmiger Kanal vorgesehen, an
dessen Ende die Quelle angeordnet ist. Als Verschluß des Behälters ist ein Zapfen
aus stark strahlenschwächendem Material vorgesehen. Ein solches Verschlußsystem
ist aber nicht nur unhandlich, sondern benötigt auch zwischen Strahlenquelle und
zu durchstrahlendem Material erheblich viel Raum. Das gleiche gilt auch für einen
Verschluß, der aus mehreren Blöcken, welche im zusammengefügten Zustand die Form
einer Kalotte besitzen, besteht, die durch Verschieben im Winkel von 90° zum Zentralstrahl
eine Öffnung zum Austritt der Strahlen freigeben. Hier ist aber auch das Antriebssystem,
bedingt durch die nötige Verschiebung der Blöcke 90° zum Zentralstrahl, relativ
kompliziert. Außerdem sind Schutzbehälter beschrieben worden, welche außer dem Verschluß
ein besonderes Blendensystem aufweisen. So besitzt z. B. ein Schutzbehälter, welcher
ebenfalls kugelförmig ausgebildet ist, eine Einrichtung zum Ausblenden des Nutzstrahlenkegels
mit rechtwinklig zum Zentralstrahl verstellbaren Blendenblöcken, die hochkant in
Richtung der ausfallenden Strahlung angeordnet sind. Jeder Blendenblock wird hier
von je einem Verstellglied beeinflußt. Alle Blendenblöcke werden von einem Antriebsorgan
über eine Reibkupplung angetrieben. Diese Einrichtung gestattet zwar die Einstellung
eines Strahlenkegels, dessen Querschnitt fast beliebig geformt werden kann. Sie
ist aber kompliziert und verhältnismäßig groß und bringt bei der Anwendung in Schutzbehältern
für die Grobstrukturuntersuchung keine Vorteile. Das gleiche gilt auch für die,
von medizinischen Bestrahlungsgeräten her bekannten Blendensysteme, die aus vier
kreissegmentförmigen Blendenplatten bestehen, die durch gegenseitiges Verschieben
eine zwar immer rechteckige, aber im Querschnitt variable Strahlenaustrittsöffnung
ergeben.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung zur Verwendung radioaktiver
Präparate, vorzugsweise zum Zwecke der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung zu schaffen,
die die Nachteile der bekannten Einrichtungen vermeidet und in ihrem Aufbau und
ihrer Einrichtung und ihrer Funktionsweise besonders einfach und zuverlässig ist,
und die bei einem hohen Strahlenschutz geringes Gewicht und geringe bauliche Abmessungen
aufweist. Die technologischen Verfahren zur Herstellung der Einrichtung sollen ferner
möglichst einfach und die Bedienung ohne Anschluß an eine Stromquelle möglich sein.
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Diese Aufgabe wird gelöst, indem erfindungsgemäß der Schutzbehälter
aus einem Stapel aufeinandergeschichteter, kreisförmiger Schwermetallplatten besteht,
deren mittlere in einen mit dem Stapel fest verbundenen, die raioaktive Quelle tragenden
Abschnitt und einem in tangentialer Richtung bewegbaren Abschnitt geteilt ist, wobei
die Teilungsfuge teilweise längs einer Kreislinie und teilweise radial verläuft,
so daß der Strahlungsaustrittskanal durch gleitende Bewegung des bewegbaren Plattenabschnittes
dieser mittleren Platte längs der kreisförmigen Teilungsfuge des festen Abschnittes
derselben Platte zustande kommt und wobei die Breite des bewegbaren Abschnittes
der mittleren Platte etwa dem Kugelradius entspricht.
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An Hand der Zeichnung wird der Gegenstand der Erfindung an einem Ausführungsbeispiel
erläutert. Der Strahlenschutzbehälter besteht aus einer Reihe von kreisförmigen
Platten. Die Platten 1 und 2, die hinter der geteilten, nicht kreisförmigen Platte
3 und 4 liegen, sind in der Zeichnung nur angedeutet. Die vor der geteilten Platte
3 und 4 angeordneten kreisförmigen Platten sind nicht gezeigt. Der Teil 3
der geteilten mittleren Platte besitzt einen Kanal 5, welcher den Stab 6 aufnimmt,
der an seinem Ende die radioaktive Quelle 7 trägt. Ferner besitzt die Platte eine
Aussparung B. Die kreisförmigen Platten 1 und 2 bilden zusammen mit den nicht dargestellten
Platten und dem Teil 3 der mittleren Platte einen fest zusammengefügten Körper.
Der zweite Teil der mittleren Platte 4 dagegen ist verschiebbar angeordnet und wird
mit Führungsmitteln 9 und 10 an den Teil 3 der mittleren Platte angepreßt sowie
mit Antriebsmitteln 11 bewegt. Wird nun die Welle 12 des Antriebsmittels gedreht,
so verschiebt sich der Teil 4 der mittleren Platte am Umfang des Teiles 3
der
mittleren Platte und gibt die gestrichelt angedeutete Öffnung 13 frei, aus der die
Strahlung austritt. Das Führungsmittel. 10 ist dabei so ausgebildet, daß
die Bewegung des Plattenteiles 4 nur bis zu der Stelle erfolgen kann, wo der vorgesehene
maximale Strahlenkegel austritt. 1VIit dem Bewegen des Teiles 4
im Sinne einer
Öffnung des Strahlenbehälters wird auch sogleich eine dem Antriebsmittel
11 zugeordnete Feder 14 gespannt, welche nach Auslösung ein selbständiges
Verschließen des Behälters bewirkt. Die Durchmesser der Platten 1 und
2 sowie der nicht dargestellten Platten werden zweckmäßigerweise so abgestuft,
daß sich die Gestalt des Strahlenschutzbehälters an die Gestalt einer Kugel weitestgehend
anpaßt. Es ist selbstverständlich auch möglich, die Platten 1 und 2 sowie die nicht
dargestellten Platten durch eine größere Anzahl von Platten zu ersetzen und so der
Kugelform anzupassen. Die äußeren Platten können auch durch Kugelkalotten ersetzt
werden.
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Der Gegenstand der Erfindung ist selbstverständlich auch bei einer
abgewandelten, z. B. elliptischen oder birnenförmigen Form anwendbar.