DE1564293A1 - Kernstrahlenschutz fuer mobile Objekte - Google Patents

Description

• "Kernstrahlenechutz fÜr mobil® Obje.icte"

  Die Erfindung betrifft einen K2rnmtralilerlpt:tlutz für tlinbile Objekte,

  .z.B. für Flugkörper, Fahrzeuge, Aritt-iebn odflr Ii11?geräi;.:.

  Bel der Kernspaltung oder Nerlzfu:ilton kommt es bee?crzrlritlit:h Dl f --

  dung violzr künstlicher t#adioaktiver Substanzart tr...ir erhebe taIior-

  Strahlungsstärke. Die Itaclicaktiv.tttit 1)e;stelit- in einer Ansetrah' aag

  von @- un.d Nüittroneilatx-chlen:. _ Dabei ic:t die tik)iitr~onail-

  Strahlung auf Grund der urlgelaclenen (nei.straieii) E,lenienttirtetlcieezi

  reicht Ionisierend und f@er:on#.le@°ls.ritelltsL@r.d -y r3 @, und. @.itr#al:llln

  Werden bei Durchgang durch Materie geesehi@iirhfi: 1.ällt malt # aller

  Strahlen durch -eiriTe Wand r@el-in@::# Dicke stoßen, na riimai:t di fl

  intenmitüt' der Stralll.lltl pjtnru r@ll._.üalltlaht. die. Wand-.:@.8@. aus einer

  etwa ;3 mm dick-en @laür<:rlc@ , eü g.eheri prAktigch ke.iti#; c:; :. oder

  Strahleh hindurch: F:s Iruten Geschwindigkeitsverluste der Strahlung

  auf, die im wesentlichen auf Anregung und ronl.eation der durchquer-

  ten Atome zurückzutühren sind. Auch t-Strahlen worden bei Durch..

  gang x.8. durch eine 11i.eiachicht zktF;x"k geochwächt. Dieso Snhwächcang

  geschieht auch hier vos-wiegai.d de.ti-eh Absorption. Die Energie des

  absorbierten r -Uuaritm diernt der Absp.lltung eines Elektrons, wel-

  chen nach Auntritt aus dem Atom als freies Elektron eine bestimmte

  kinotiache Energie hat. Diese Energie den Elektrons wird in kleinen

  Portionen verbraucht arid bleibt schließlich in Form von Wärme im >

  Absorber stechen. Als geeignete Absorber haben sich entsprechend

  dicke Metallplatten, z.B. Stahl- oder Bleiplatten, erwiesen. d",-,

  und ib-Strahlen huben bei glflicher Materie unte-achiedliche

  Eindringtiefen. Die Eindringtiere Tier Strahlen hängt vom Wirkungs-

  quernchnitt ab, dem >iaß für die Wahrscheinlichkeit des Zusnnrien-

  atoßes eines Strahlungsteilchens (otoder Strahlungsquants I

  mit einem Atotn. Die Eindringti®fe von c4 -Strahlen ist, geringer als

  die von -Strahlen, deren Eindringtiere wioc!erurz kleiner als die

  der -J('*-Strahlen int.

  Die Eindringti.efe von Neutronenntrah-len ist um viele Größenordnun-

  gen höher als die der r'

  Da das, Neutron keine » Ladung ,

  trägt, vermag es nicht zu ionisieren. Demnach verliert es im Gegen-

  satz- zu d - und _- Partikeln auf -dem Wage durch Materie ke'irie.Ener-

  gis durch. Tonisierung. Darauf beruht das außerordentlich :hohe furch-

  dr3,ngungsvermögen und. die .:ga^oße Reichweite' der Neutronenstrnhle.ii.-

  Da.s,;N¢utran, ka;nn-,nur".dur-ch die Wirkungg der Kernkräfte beeinflußt.

  t@eien@,. 4d.h.. _eskann >4ur an,@ltöm@erri.e:@ gestreut werden. Nach den

  Stzpßg:e@_.etzen, sind -solche- StrelAprozesse mit umso größeren Energieab-@

  >g,bi.:@!?- d.en..,Stoßpar Tier vsrbundan.,- je ähnlicher seine: Miene .der des

  Stoßenden ist. Während ein Neutronenstrahl durch meterdicke Blei-

  platten nahezu ungehindert hindurehtritt, wird er beim Durchgang

  z.B. durch wasserstoffhaltige Sehechten-, die nur einige Zentimeter

  dick sind, ,ehr stark geschwächt. Wasser stellt für Neutronenstrala-

  len den besten Absorber dar. Je nach Art des speziellen Ne,utronen-

  strahl-Absorbers besteht die Gefahr, daß zwar die Energie der Neu-

  tronen stark vermindert wird, der sich bildende instabile Zwischen-

  kern aber, der durch Einfangen des Neutrons vom Atomkern gebildet

  wird, unter Aussendung von Jr-Strahlen in einen energieärmeren Zu-

  stand über=geht. Es entstehen bei der Absorption der Neutronen also

  Ir-Strahlen, die ebenfalls absorbiert werden müssen:

  Die-bei einer Kernspaltung im Strahlenspektrum auftretenden Strahlen

  sind hauptsächlich für den menschlichen Organismus, aber auch für

  empfindliche Geräte oder ähnliches schädlich. Daher sind Menschen,

  wie Geräte, di6 =eichen Strahlen ausgesetzt sind, entsprechend zu

  schützen. Ausschließlich für-die Streuung von Strahlungsteilchen

  (0%,# ) und ö -Strahlungsquanten ist eine entsprechende, der Ein-

  a

  dringt-iefe der Strahlen angepaßte Metallwand ausreichend. Für OL -,

  -, i- und Neutronenstrahlen stellen wasserstoffhaltige Schichten

  den besten Absorber dar. Als Strahlensehustz bei stationären Anlagert

  sind-im allgemeinen Beton- , Erd- oder Wasserschichten entsprechen-

  der Dicke vorgesehen. Bei der kontrollierten Kernspaltung,- z.B. im-

  `Eernreaktor, 'wird die gesamte Strahlungsquelle mit -'einem"=S-c-izufz her-

  kömmlicher Art;z.B. -mit Beton,:.ua@geben. ÄYütl@iehs- ,Maßnahniari,- sind @aueh

  bei beweglichen Kernreaktoren, z.H. bei Schiffsreakto-ren,@zur Ab- schirmung der Strahlungsquelle gegenüber benachbarten Räumen bekannt. Die Wahl des Strahlenschutzes ist bei stationären Anlagen nur von den Kosten und vom Aufwand, nicht,-aber vom Gewicht her bestimmt. Bewegliche Objekte dagegen sollen mit einem Schutz versehen werden, der zwar ebenso wirksam wie z.H. eine Betonschicht , dabei aber von geringtm Gewicht und leicht transportabel ist. Dazu schlägt d£e Erfin. dung eine Schutzschicht als Kernstrahlenschutz für mobile Objekte vor, die aus mindestens einer Kunststoffschicht und einer an sich bekannten Metallschicht besteht, mit der das zu schützende Objekt ganz oder teilweise versehen ist, wobei die Kunststoffschicht besonde- re, heUtronenstreuende Stoffe enthält. Die Schutzschicht iat'für Flugkörper. Fahrzeuge, insbesondere für militärische Fahrzeuge und fürmobile Geräte , wie Antriebe und Meßgeräte, verwendbar. Die Haupt- aufgabe des Schutzes besteht darin, bei beweglichen Objekten, in denen sich Menschen befinden, das Eindringen von Kernstrahlen zu vorhindern. Die Schutzwerkstoffe gegen derartige Strahlungen müssen zwei Bedingungen erfüllen. Einerseits muß die Strahlung innerhalb nicht zu großer Schichtdicken der Schutzschicht absorbiert werden, andererseits darf der Schutzwerkstoff auf Grund der aufgenommenen Energie in seiner Funktionsfähigkeit nicht verändert werden. Die Kunststoffschicht als ein Teil der erfindungsgemäßen Schutzschicht hat die Aufgabe, ,als Absorber sowohl für oa. e-Strahlen als auch für Neutronenstrahlen zu wirken. Unabhängig vom Stofftyp haben. Kunststoffe, etwa das gleiche Streuvermögen wie Wasser und eignen sich daher vorzüglich als Strahlenschutz. Bei gleicher Streufähigkeit sind die zu transportierenden Gewichte bedeuiend.geringer. Aus die.sern Grund lassen ..sieh Kunststoftschichteh besonders für den Schutz mobiler Objekte verwenden. Mit der Wahl eines geeigneten Kunststoffes kann erreicht werden, daß das Verhalten des Kunststoffes durch Absorption einer energiereichen Strahlung nicht verändert wird. Dem Kunststoff werden zusätzlich neutronenstreuende Stoffe zugegeben. Bei dem Auftreffen genügend energiereicher Strahlung-auf die Kunststoffatome kann eine Sekundärstrahlung, z.B. eine e-Strah-Jung ausgelöst werden, die ihrerseits wiederum absorbiert werden muß. Dies bewirkt als zweiter Bestandteil der' erfindungsgecriäßen .Schutzschicht die Metallschicht. Sie dient auch als Schütz gegen Strahlungsteilchen (4l , ;Q) und Strahlungsquanten (a'`) und zugleich &l8 Schutz gegen heftige Stoßbelastungen, hervorgerufen von Druckvollen, Geschossen'o.b. Die gesamte Schutzschicht kann als dauer- hafte stabile Tierbindung beider Teilschichten hergestellt werden, da Kunststoffe im allgemeinen sehr. gut durch Verhakung an den Grenzflächen der Metalle haften.
• für die Werkstoffe der Teileehichten der Schutzschicht schlägt die Erfindung vor, daß die Metallschicht aus Stahl und die Kunststoffschicht aus gefülltem Polyäthylen oder Polyesterharz besteht._Ebenso sind z.B. Epoxydharze öder andere Kunststoffe verwendbar. die.. gegenüber energiereicher Strahlung beständig sind. Diese Beständig- keif hängt vom Harztyp ab und kann durch beigegebene Füllstoffe beeinflußt werden. Die. Füllstoffe können organischer oder anorgani- scher Natur sein. Die Strahlungsbeständigkeit der erfindungsgemäßen Kunststoffschicht wird durch geeignete Füllstoffe um mehrere Größen- ordnungen erhöht. Dies gilt im besonderen für die Verwendung von Asbest als Füllstott. Dabei ist neben der Art des Füllstoäf es auch da-äsen Anteil in der Kunatstottsehicht von Bedeutung.
• Das Streuvermögen der erfindungsgemäßen Schutzschicht wird erhöht, wenn der Kunstetoffschicht neutronenstreuende Stoffe beigegeben sind. Dazu schlägt die Er tindung vor, daß ale neutronenstreuende Stoffe Borkarbid und/oder Nadmium verwendet werden. Dabei wird z.B.
• Borkarbid entweder pulverf6rmig unter die Kunststoffmanne gemischt oder aber auf einem Trhgerveskstoff inPorm von Folien als Schicht in die Kunstatoftsahicht eingebettet.
• Eine Ausgestaltung der Erfindung besagt, daß die Schutzschicht mehrere dünne Hatallaehichten aufweist, zwischen denen jeweils be- deutend dickere Kunststoffschichten in etwa gleichmäßigen Abständen angeordnet sind. Dieser Schichtaufbau ist von erheblichem Vorteil.. Die Festigkeit der Schutzschicht ward dadurch erhöht. Zugleich nimmt auch ihre Zähigkeit zu. Da als Metallschichten dünne Schichten verwendet werden. kann das gesamte Gewicht der Schutzschicht niedrig gehalten werden. Dies ist von entscheidender Bedeutung, da ja die Schutzschicht für mobile Objekte ein möglichst geringes Gewischt aufweisen mu8. Auch in Einsicht auf dai Absörptionsvermögen ist diese AusfÜhrnngsform der Schutzschicht vorteilhaft. Die bei der -- y Neutronenstreuung im Kunststoff eventuell ausgelöste Sekundärstrah- lung (-Strahlung) wird durch die jeweils zwischen den Kunststoffsahichten liegenden Netallechichten absorbiert.
• In einer weiteren Ausgestaltung schlägt die Erfindung eine Schutz sehicht, insbesondere für Panzerfahrzeuge,vor, bei der die Schutz- schicht durch die Panzerung des Fahrzeugs und die auf der Innen- oder Außenseite der Panzerung aufgebrachte Kunetatoffschicht bgebildet wird.-Panzerfahrzeuge sind ganz oder teilweise mit einer dicken Stahl- panzerschicht versehen. Diese Panzerung soll das Fahrzeug gegen Gesehoßeinwirkuug schützen. Zugleich dient sie je nach ihrer Dicke eis mehr oder weniger guter Aboorber für d -,,j - und '-Strahlen. (legen die im Strahlenspektrum einer Kernspaltung auch enthaltenen Neutronenstrahlen bietet sie keinerlei Schutz. Alz Absorber für diese Strahlen wird erfindungsgemäß auf die Panzerung ein beispielsweise asbestgefüllten Polyesterharz mit neutronenstreuenden Stoffen wie .8®rkarbid und/oder Kadmium aufgebracht. Diese kann auf die Innenseite der Panzerung den Panzerfahrzeuge gelegt werden. Die außen liegende Stahlpanzerschicht dient als Schutz gegen d -, und l' -Strahlen und gegen Stoßbelastung durch Geschosse o. ä. Die auf der Innenseite der Panzerung dient der Neutronenstreuung. Günstig ist diese Anordnung in bozug auf dia.Ab- fuhr der bei der Streuung entstehenden Wärme. Bekanntlich wird mit der Absorption von& -, J@ -, - und Neutronenstrahlen der Strahlung ihre gnergie entzogen, die in ;Poren von Wärme, in der Schutzschicht stecken bleibt. Diese Wärme wird durch die gute Wärmeleitfähigkeit der außen liegenden Stahlpanzerachicht des Fahrzeugen direkt an dte umgebende Atmosphäre abgegeben. Besteht die Gefahr, daß bei der Neutronenstreuung im Kunststoff eine Sekundärstrahlung ( t-Strahlung) ausgelöst wird, die ungehindert in das Fahrzeug eindringen kann, so können die zu schiätzenden Räume innerhalb des Fahrzeuges durch eine zusätzlich auf die Kvaststoffechicht aufs*-Im brachte dünne Netallsehicht abgeschirmt werden. Die Kunststoffschicht iäßt sich ebenso gut auf die Außenseite der Panzergig aufbringen. Sie absorbiert die Neutronenstrahlen und d - und Strahlen nahezu vollständig. Bei der Absorption der Neutronen- strahlen ausgelöste Sekundärquanten ( ö-Strahlung) werden ebenso wie die primären in-Strahlen von der zum Inneren des Fahrzeuges weisenden Stahlpanzerschicht absorbiert. Da die Kunststoffschicht auf der Außenseite der Panzerung aufgebracht ist. ist sie den äuße- ren Einwirkungen z.B. von Druckwellen, Geschossen, hohen Temperaturen ö.lt. ausgesetzt. Ist die Kunststoffschicht stellenweise zerstört, so litßt sie sich auf Grund der einfachen Verarbeitung der Kunststoffe leicht wieder ausbessern. Günstiger ist es aller- dings, wenn auf die Kunststoffschicht ra £hrqm Schutz noch eine dünne Stahlschicht aufgebracht wird. Die jeweils als Außenschicht dienende Metall- oder Kunststoffsc=hicht kann als zusätzlichen Neutroneneschutz eine Borkarbid-Aluminium- bzw. Dorkarbid-Aluminiumoxydschicht aufweisen.
• Die erfindungsgemäße Schutzschicht ist in den Figuren 1 und 2 darge- stellt. Fig. 1 zeigt eine Schutzschicht 10 mit dünnen Stahlschich- ten 11,12t13, zwischen denen jeweils in gleichmäßigen Abständen Kunststoffschichten 14,15 angeordnet sind. Die Schutzschicht 10 muß in ihrer Dicke so bemessen sein, daß die-auf sie-treffenden Strahlen nahezu vollständig absorbiert werden. Diese Dicke ist vom Stofftyp der Kunstatoffsehichten 14 und 19 und der Zusammensetzung der Stahlsclüohten 11,12,13 abhängig. Di-e äunstatoffachichten 14 und 15.sind bedeutend dicker als die Stahlschichten 11,12,1g.
• In Figur 2 ist eine Schutzschicht 16 für Panzerfahrzeuge gezeigt. Sie besteht aus einer Stahlpanserschicht 17, die die eigentliche Panzerung*des Fahrzeuges darstellt und einer darauf aufgebrachten Kunststoffschicht 18. Die Kunststoffschicht 18 karui sowohl auf der Innen- als auch auf der Außenseite der Panzerschicht 17 aufgebracht werden. Für beide Anordnungen ist es vorteilhaft, auf-die Kunststoff. Schicht 18 noch eins etwa 2 mm dicke Stahlschicht 19 aufzubringen. Die Stahlschicht 19 schützt bei außen liegender Kunetatoffschicht 18 diese gegen Stoß o.h., bei zum fahrzeuginneren `reisender Runstatoff-

  schickt 18 den abzuschirmenden

  im Fahrzeug gegen das

  Eindringen eventueller Sekundäretrahlungen. Die Panzerschicht 17

  hat die Dicke einer-herkömmlichen Stahlpanzerplatte, die Kunststsft-

  schteht 18 ist etwa 18 cm dick. -

Claims (1)

1. Patentansprüche: 9.. Schutsschieht als =exastrahlenschutz für mobile Ob jakte; da- durch aekenaseichnet, das sich die Schutzschicht (16) aus min» deetens einer 1Cunstatotfachicht @i8)-und einer an sich bekann- ten 'Hetallschioht (17) zusamensetzt, mit der das zu schützende Objekt ganz oder teilweise versehen ist, wobei die Kunststoff- sehicht (i8) besondere neutronenstreuende Stoffe enthält. 2. $ehutzsehßeht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ' die Netallsohicht (i7) aus; Stahl und die Kunststoffschicht (18) aus gefultem Polyäthylen oder Polyeatsrharz besteht.. j. Schutmmsahicht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als .neutronenstreuende Stoffe Borkarbid und/oder Kadmium verwendet werden. . Schutzschicht nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht (10). mehrere dünne Metaliechichten (11,12,i3) auf- " weist, zwischen denen jeweils bedeutend dickere Kunatstoffschich- ten (i4,i5) in etwa gleichmäßigen Abständen angeordnet sind. * Sohlttzeohioht nach Annpruoh i, inebeeondere für Panzerfahrseuge, dadurch gekennzeichnet, deß die Sohutzrohiaht ' (16) durch die Pan-. zersing (i7) des Fahrzeuge und die auf der Ingen- oder Außenmette " der Panzerung aufgebrachte Zunetetorfsohiöht (18) gebildet wird.