DE3238831A1

DE3238831A1 - Neutronenschutzmaterial und neutronenschutzvorrichtungen aus solchem material

Info

Publication number: DE3238831A1
Application number: DE19823238831
Authority: DE
Inventors: Walter Ing.(grad.) 6990 Bad Mergentheim Ries
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-10-20
Filing date: 1982-10-20
Publication date: 1984-04-26

Description

Neutronenschutzmaterial und Neutronenschutz--
vorrichtungen aus solchem Material Die Erfindung bezieht sich auf ein Neutronenschutzmaterial und Neutronenschutzvorrichtungen aus solchem Material.
Es ist bekannt, daß Wasserstoff energiereiche, schnelle Neutronen wirksam abbremst. Zur Abschirmung von solchen Neutronen hat man bereits Wasser, Paraffinwachs und Beton mit hohem Wassergehalt als wasserstoffhaltige Schutzstoffe verwendet. Zur Absorption von energiearmen, langsamen Neutronen sind vor allem Borverbindungen bekannt geworden.
So wurde schon ein Borsilikat vorgeschlagen, daß Paraffiwachs und Beton zugesetzt werden kann. Mit einer 20 cm bis 25 cm dicken Schicht von Paraffin mit 40 S Borsilikat konnte bereits die energiearmen und energiereichen Neutronen abgebremst und weitgehend absorbiert werden. Die Absorption von GamLma-Strahlung erfolgt bekanntlich mit Materialien hoher Dichte und hoher Kernladungszahl, wie z.B. Blei, Stahl, Wolfram, Uran.
Die bekannten Neutronenschutzmaterialien sind zur Anfertigung von Neutronenschutzvorrichtungen und deren Teilen in vielen Fällen nicht geeignet. So ist festes Paraffin bei Zimmertemperatur relativ weich, hat einen niedrigen Schmelzpunkt ist nicht geruchsneutral und leicht brennbar. Beton mit hohem Wassergehalt ist außerordentlich schwer und raumaufwendig.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Neutronenschutzmaterial hoher WirksamMeit anzugeben, aus dem oder unter dessen Verwendung Neutronenschutzvorrichtungen oder Elemente und Teile zum Aufbau solcher Vorrichtungen mit herkömn;lichen Mitteln leicht herstellbar sind. Die physikalischen, physiologischen und chemischen Eigenschaften sollen den jeweiligen Anforderungen entsprechend leicht anpaßbar bzw. wählbar sein. Dementsprechend sollen die aus dem Neutronenschutzmaterial hergestellten Elemente, Teile oder Vorrichtungen bei niedrigen spezifischem Gewicht vor allem gute mechanische Eigenschaften besitzen und sich auf herkömmliche Weise mit gebräuchlichen Werkzeugen bearbeiten und wunschgemäß zu beliebig großen Einheiten miteinander fest verbinden lassen. Zu den je nach Verwendung wählbaren Eigenschaften, die gegebenenfalls über weite Temperaturbereiche im wesentlichen unverändert bestehen bleiben, gehören unter anderem hohe Formbeständigkeit und Abriebfestigkeit, hohe Schlagzähigkeit, hohe Steifiakeit und Zerreißfestigkeit, hohe wlcstizität und Flexiblität, Unzerbrechlichkeit, Nichtbrennbarkeit bzw. Schwerentflammbarkeit, Geruchlosigkeit.
Unter Verwendung des erfindungsgemäßen Neutronenschutzmaterials oder der aus diesem Material hergestellten Elemente, Teile oder Vorrichtungen soll sich außerdem der Aufbau von Strahlenschutzanlagen oder strahlengeschützten Räumen aus herkömmlichen Schutzmaterialien, wie vor allem hochwasserhaltiger Beton, beachtlich vereinfachen und der bisher erforderliche Raumaufwand sowie die Kosten wesentlich verringern lassen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Neutronenschutzmaterial aus wenigstens einem thermoplastischen oder duroplastischen Kunststoff aus einer hochmolekularen Kohlenwasserstoffverbindung mit hohem Wasserstoff- und Kohlenstoffgehalt als Brems- bzw. Abschirmmaterial (Moderator) für energiereiche schnelle Neutronen besteht. Zur zusätzlichen Absorption von energiearmen (thermischen, langsamen) Neutronen besitzen die Kunststoffe einen Zusatz von Bor.
Durch herkö lichtPreß-, Extrudier- oder Spritzgußtechniken lassen sich aus den vorstehend genannten Kunst stoffen Neutronenschutzkörper, wie z.B. Folien, Platten, Rohre, Behälter, Abschirmwände, herstellen. Erfindungsge-.
mäß können die Neutronenschutzkörper auch aus porösen, zellartigen und/oder mit sonstigen Hohlräumen versehenen Baukörpern wie z.B. Bauplatten, Bausteinen, Mauer- und Ziegelsteinen, Hohlraumsteinen und dergleichen bestehen, wobei die Hohlräume wenigstens teilweise mit dem vorstehend genannten Kunststoff ausgefüllt sind. Durch die Einlagerung bzw. Einbringung des Kunststoffes in den Baukörper wird dieser erfindungsgemäß zu einem Neutronenschutzkörper hoher Festigkeit.
Zur Erhöhung der Neutronenschutzwirkung von Betonkörpern können in die Betonmasse vor ihrer Abbindung thermoplastische Polymerisate als Zuschlagstoffe hinzugefügt werden.
Weiterhin lassen sich aus dem erfindungsgemäßen Neutronenschutzmaterial Schutzkleidungen herstellen. Schütt- oder gießfähiges Neutronenschutzmaterial nach der Erfindung kann auch als Füllmasse zum Ausfüllen von besonders ausgesparten Bauzwischenräumen, Fugen, Spalten oder sonstigen Hohlräumen dienen.
Das erfindungsgemäße Neutronenschutzmaterial bietet die Möglichkeit der besonders einfachen Herstellung von Neutronenschutzvorrichtungen oder Elementen und Teilen zum Aufbau solcher Vorrichtungen für viele Anwendungen im privaten, industriellen und militärischen Bereich, z.B.
für transportable und stationäre Neutronenquellen bzw.
für Geräte und Apparate, die solche Neutronenguellen ver wenden, für sehr reine Stoffe (Reinstmaterialien), die vor Neutronenstrahlen zu schützen sind, für sehr empfindliche Einrichtungen und Anlagen, die durch Neutronenabsorption beschädigt werden, für schutzbedürftioe stationäre oder mobile Einrichtungen im militärischen Bereich und an besonders kritischen Stellen von Kernreaktoren sowie als Schutzkleidung für einen wirksamen biologischen Schutz. In Strahlenschutzräumen, Strahlenschutzbunkern können Innenwände und/oder Außenwände und/ oder Zwischenwände mit Folien oder Platten aus dem erfindungsgemäßen Neutronenschutzmaterial abgedeckt bzw.
verkleidet sein.
Es ist klar, daß die Folien oder Platten mehrschichtig angeordnet sein können. So können Folien oder Platten, Absorpti ons die vorwiegend als Brems- bzw. / material für schnelle Neutronen dienen; mit Folien oder Platten anderer Zusammensetzung kombiniert verwendet werden, die vorliegend zur Absorption von langsamen Neutronen dienen.
Solche Folien und Platten lassen sich auf einfache Weise z.B. zu großen Flächeneinheiten verschweißen oder verkleben.
Das erfindungsgemäße Neutronenschutzmaterial läßt sich mit bekannten Verfahren leicht in jede beliebige Form bringen.
So können auch neutronensichere Behälter gefertigt werden, die eine hohe Festigkeit besitzen und unzerbrechlich sind.
Zur Abschirmung von strahlenden Flüssigkeiten lassen sich aus dem erfindungsgemäßen Neutronenschutzmaterial Kunststoffrohre extrudieren.
Die Formgebungsvielfalt des erfindungsgemäßen Neutronenschutzmaterials ist durch die bekannten Press-, vxtrudier-und Spritzgußtechniken praktisch unbegrenzt. Dabei lassen sich die jeweils erforderlichen physikalischen Eigenschaften der Neutronenschutzvorrichtungen bzw. ihrer Einzelteile durch die Auswahl eines geeigneten Kunststoffes bzw. durch A.nderung seiner Zusammensetzung in bekannter Weise leicht einstellen bzw. wählen. Die Erfindung zeigt damit erstmals einen überraschend einfachen und kostensparenden Weg mit der Möglichkeit zur Massenfertigung von Neutronenschutzvorrichtungen und deren Einzelteilen.
Das erfindungsgemäße Neutronenschutzmaterial als eine hochmolekulare Kohlenwasserstoffverbindung mit möglichst hohem Wasserstoff- und Kohlenstoffanteil kann z.B. ein Polypropylen sein.
Ein Mol Polypropylen enthält ungefähr 18.10 Kohlenstoffatome und ungefähr 36.10 Wasserstoffatome.
Damit ist Polypropylen ein guter Moderator für energiereiche, schnelle Neutronen.
Das erfindungsgemäße Neutronenschutzmaterial kann z.B.
ein Casein-Kunststoff sein. Es kann auch ein Celluloseäther oder ein Cellulose-Mischester sein.
Ferner kann das Neutronenschutzmaterial ein Polyolefin, Vinyl-Polymer, Styrol-Polymer, Polymethylmethacrylat, Polyacetat oder ein flourhaltiger Kunststoff sein.
Ferner kann das Neutronenschutzmaterial ein Epoxidharz oder ein vernetzter Polymethan sein. Weiterhin kann es auch aus einem linearen Polyurethan oder einem chlorierten Polyäther bestehen. Es kann sich aber auch um einen Phenolharz, Harnstoffharz, Melaminharz, ungesättigten Polyesterharz, Silicon oder ein Polybenzimidazol handeln. Schließlich kann das Neutronenschutzmaterial ein Polyamid, Polycarbonat, Polyester, Polyphenylenoxid, Polysulfon oder ein Polyvinylacetat sein.
Es ist dem Kunststoff-Fachmann ohne weiteres klar, daß das erfindungsgemäße Neutronenschutzmaterial auch aus Gemischen der vorstehenden Kunststoffe bestehen kann.
Insbesondere kann es sich aber auch um Kunststoffabfälle bzw. Recyling-Material handeln. Als Beispiel werden hier lediglich AL-PVC-Abfallfolien der Pharma-Industrie genannt, die sich zu Füllstoffen für Neutronenschutz-Kunststoffkörper verarbeiten lassen. Der Füllstoffanteil kann bis zu 90% betragen. Als Bindemittel kommen z.B. PVC, Polyester, Polyäthylen, Polystyrol oder Polyurethan in Frage. Der Aluminiumanteil in den unter Verwendung von AL-PVC-Abfallfolien hergestellten Kunststoffkörpern, z.B.
in Form von Platten, ist für die Verwendung als Neutronenschutzkörper ohne Bedeutung.
Das erfindungsgemäße Neutronenschutzmaterial kann aber auch Füllstoff bzw. Zuschlagstoff für Preßplatten aus Holzabfällen sein. Diese Füllstoffe können bei der Heißverpressung auch Bindefunktion erhalten.

Claims

Ansprüche 1. Neutronenschutzmaterial1 gekennzeichnet durch wenigstens einen thermoplastischen oder duroplastischen Kunststoff aus einer hochmolekularen Kohlenwasserstoffverbindung mit hohem Wasserstoff- und Kohlenstoffgehalt als Brems- bzw.

Abschirmmaterial (Moderator) für energiereiche schnelle Neutronen.
2. Neutronenschutzmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff zur Absorption von energiearmen (thermischen, langsamen) Neutronen Bor enthält.
3. Neutronenschutzmaterial nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Celluloseacetat, Ceilulosenitrat, Cellulose-Mischester oder Celluloseäther ist.
4. Neutronenschutzmaterial nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Casein-Kunststoff ist.
5. Neutronenschutzmaterial nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Polykondensat, Polymerisat oder Polyaddukt ist.
6. Neutronenschutzmaterial nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Polyolefin, Vinyl-Polymer, Styrol-Polymer, Polymethymethacrylat , Polyacetat oder ein Flour-Kunststoff ist.
7. Neutronenschutzmaterial nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Epoxidharz oder ein vernetzter Polyurethan ist.
8. Neutronenschutzmaterial nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß es ein linearer Polyurethan oder ein chlorierter Polyäther ist.
9. Neutronenschutzmaterial nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Phenolharz, Harnstoffharz, Melaminharz, ungesättigter Polyesterharz, Silicon oder ein Polybenzimidazol ist.
10. Neutronenschutzmaterial nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Polyamid, Polycarbonat, Polyester, Polyphenylenoxid, Polysulfon oder ein Polyvinylacetat ist.
11. Neutronenschutzmaterial nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es sich um Gemische aus zwei oder mehreren der Kunststoffe handelt.
12. Neutronenschutzmaterial nach einem oder mehreren der vorstehenden Anspruche, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Recycling-Material ist.
13. Neutronenschutzmaterial nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Recyling-Material aus Gemischen aus zwei oder mehreren der Kunststoffe besteht.
I4. Neutronenschutzmaterial nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, insbesondere thermoplastisches Pclymerisat als Zuschlagstoff für Betonbaustoffe zur Fertigung von Strahlenschutz-Betorbaukörpern.
15. Neutronenschutzmaterial nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13 als Ausgangs- oder Recyling-Füllstoff für im Preß-, Extrudier- oder Spritzgußverfahren hergestellte Kunststoffkörper.
16. Neutronenschutzmsterial nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13 als Ausgangs- oder Zusatzstoff für eine schütt- oder gießförmige Füllmasse zum Ausfüllen von Zwischenräumen, Fugen, Hohlräumen von Strahlenschutzgebäuden und -anlagen.
17. Neutronenschutzmaterial nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13 als Ausgangs- oder Zusatzstoff für eine schütt- oder gießförmige oder zum Tränken von porösen, zellenartigen oder dergleichen Hohlräumen aufweisenden Neutronenschutz-Baukörpern geeignete Masse zum wenigstens teilweisen Ausfüllen der Hohlräume.
18. Neutronenschutzmaterial nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13 zur Herstellung von Neutronenschutzbekleidungen.
19. Neutronenschutzmaterial nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13 als Zuschlagstoff für Preßplatten aus Holzabfällen.
20. Neutronenschutzvorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche in der Gestalt von Folien, Platten, Rohren, Abschirm.fänden, Bauelementen, Baukörpern.
21. Neutronenschutzvorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß-sie aus mehreren Teilvorrichtungen zusammengesetzt ist'von denen wenigstens eine energiereiche Neutronen und wenigstens eine weitere energieärmere Neutronen abschirmt bzw. absorbiert.