DE1286707B - Glas, insbesondere zur Verwendung als Neutronenschutzglas - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Glas, das insbesondere als Schutzglas gegen Neutronen in kernphysikalischen Anlagen verwendbar ist.

Es ist bekannt, daß zur Abbremsung oder Moderierung von schnellen Neutronen besonders gut Elemente mit niedrigen Atomgewichten geeignet sind. Es sind deswegen für Beobachtungsfenster in kernphysikalischen Anlagen schon Gläser vorgeschlagen worden, die im wesentlichen aus den Oxiden von Lithium und Beryllium sowie Borsäure als Glasbildner bestehen. Das in der Borsäure enthaltene Bor hat dabei die zusätzliche Aufgabe, die Neutronen nach einer Abbremsung bis in den thermischen Bereich zu absorbieren. Derartige Gläser sind bereits in dem »Journal of the Society of Glass Technology«, 1956, S. 66T ff., sowie in der USA.-Patentschrift 2 747105 beschrieben worden. Da eine Absorption der Neutronen jedoch nur durch das Bor erfolgen kann, wenn die Neutronen bis in den thermischen Bereich abgebremst sind, sind erhebliche Glasdicken für die Schutzgläser erforderlich.

Bei der Glaszusammensetzung dieser bekannten Gläser ist ein Nachteil darin zu sehen, daß sowohl das Lithiumoxid wie das Berylliumoxid nur in begrenztem

Erfindungsgemäß bestehen die Gläser

zu 15 bis 26 Gewichtsprozent bzw. 25 bis 45 Molprozent aus Li₂O, zu 0 bis 10 Gewichtsprozent bzw. 0 mbis 18 Molprozent aus BeO, zu 60 bis 78 Gewichtsprozent bzw. 40 bis 60 Molprozent aus B₂O₃ und zu 1 bis 17 Gewichtsprozent bzw. 0,2 bis 5 Molprozent aus WO₃.

Diesen Gläsern kann bis zu 5 Gewichtsprozent bzw. 2 Molprozent Sm₂O₃ zugefügt sein. In der nachstehenden Tabelle sind einige Gläser nach der Erfindung aufgeführt.

Maße in der Borsäure löslich sind. Eine Erhöhung des Berylliumoxidanteils ist zwar dann möglich, wenn zusätzlich Anteile von Aluminiumoxid in den Gläsern enthalten sind, aber eine wesentliche Verringerung der Glasdicken, um einen ausreichenden Schutz zu gewährleisten, ist damit noch nicht zu erzielen.

Es wurde nun gefunden, daß durch Zusatz von Wolframoxid der Anteil an Lithiumoxid bei diesen Gläsern so weit erhöht werden kann, wie er bei den

ίο reinen Li₂O/BeO/B_aO₃-Gläsern nur bei Kleinstschmelzen von etwa 0,5 g erreichbar ist. Der Zusatz von Wolframoxid hat darüber hinaus den Vorteil, daß das Wolfram selbst bereits in der Lage ist, Neutronen mit Energien im epithermischen Bereich zu absorbieren.

Damit ist es möglich, die Glasdicken für Schutzgläser bis zu etwa einem Drittel zu verringern. Diese Wirkung des Wolframs kann noch verstärkt werden, wenn den Gläsern Oxide von Elementen, die ebenfalls epithermische Neutronen zu absorbieren in der Lage sind,

ao hinzugefügt werden, beispielsweise Samariumoxid. Speziell bei der Verwendung von Wolframoxid und Samariumoxid tritt dabei der Vorteil auf, daß sich die Bereiche hoher Absorptionsquerschnitte im epithermischen Bereich überlagern und ergänzen.

	Li2O	Mol	BeO	Mol	Tabelle 1	Mol	wos	Mol	Sm2	O,	Mol
	Gewichts	prozent	Gewichts	prozent		prozent	Gewichts	prozent	Gewichts	prozent
Glas-Nr.	prozent	31,8	prozent	8,4	B2O3	59,5	prozent	0,3	prozent	_
	17,7	31,2	3,9	8,2	Gewichts	58,3	1,4	2,3		—
1	16,3	43,5	3,6	14,7	prozent	40,2	9,1	1,6	—	—
2	24,1	33,5	7,4	7,9	77,0	54,3	7,4	4,3	—	—
3	16,7	27,8	3,3	17,8	71,0	51,8	16,7	2,6	—	—
4	15,2	31,0	8,1	8,2	61,1	57,7	10,7	3,1	—	—
5	15,8	30,9	3,5	8,1	63,3	57,4	12,3	3,1	—	0,5
6	15,4		3,4	66,0		12,0		2,6
7		68,4
	66,6

Es hat sich herausgestellt, daß die Moderatorwirkung selbst bei verhältnismäßig hohen Wolframkonzentrationen praktisch mit der Moderatorwirkung entsprechender wolframfreier Gläser übereinstimmt. Die Beispiele 1 und 2 der vorstehenden Tabelle entsprechen einem wolframfreien Glas mit folgender Zusammensetzung:

Li₂O 18 Gewichtsprozent

BeO 4 Gewichtsprozent

B₂O₃ 78 Gewichtsprozent

In der Abbildung ist die Durchlässigkeit dieser Gläser für schnelle Neutronen in Abhängigkeit von der Glasdicke dargestellt. Zusätzlich ist die Absorption von Paraffin mit angegeben.

Ein weiterer Vorteil dieser Gläser ist darin zu sehen, daß sie auch in wesentlich höherem Maße die neben der Neutronen-Strahlung auftretende y-Strahlung absorbieren, als das bei den wolframfreien Gläsern der Fall ist. Ein Maß dafür ist der Absorptionskoeffizient μ, der für einige Gläser neben dem Wert für Paraffin und das wolframfreie Glas für ⁶⁰Coy-Strahlung nachstehend angegeben ist.

Paraffin 0,043 cm-¹

wolframfreies Glas 0,111 car¹

Beispiel 1 0,114 cm-¹

Beispiel 3 0,123 cm"¹

Beispiel 2 0,125 cm"¹

Im Bereich der y-Strahlung, die bei der Absorption der langsamen Neutronen durch das Bor auftritt (das ist bei 93% der Fall), sind die Unterschiede noch wesentlich größer.

Da die erfindungsgemäßen Gläser hinsichtlich ihrer optischen Werte besonders interessant sind wegen ihrer anomalen Teildispersion, sind in der nachstehenden Tabelle diese Werte angegeben.

Tabelle 2

Glas-Nr.

Wolframfreies Glas

Beispiel 1 ,

Beispiel 2 Beispiel 3 Beispiel 5

Tie	Ve	4677
1,5643	63,6	4676
1,5656	63,3	4728
1,5712	61,1	4743
1,5772	59,2	—
1,5732	57,8

-9,0 -9,3

-7,3 -7,7

Die Gläser lassen sich durchweg nach üblichen Methoden erschmelzen. Ein Beispiel dafür ist nachstehend angegeben.

Schmelzführung für eine 500-g-Einwaage

Die gut gemischte Einwaage wird portionsweise bei HOO⁰C eingelegt, anschließend bei 1200° C 20 Minuten geschmolzen und dann auf 95O⁰C heruntergerührt. Die Schmelze wird in auf 400⁰C vorgewärmte Aluminiumformen abgegossen.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Glas, insbesondere zur Verwendung als Neutronenschutzglas, dadurch gekennzeichnet, daß es aus

ίο 25 bis 45 Molprozent Li₂O,

0 bis 18 Molprozent BeO, 40 bis 60 Molprozent B₂O₃ und 0,2 bis 5 Molprozent WO₃ besteht.

2. Glas nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es zusätzlich Samariumoxid bis zu 2 Molprozent enthält.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen