DE4007973A1 - Strahlenschutzeinrichtung und verfahren zu deren herstellung - Google Patents

Strahlenschutzeinrichtung und verfahren zu deren herstellung

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Strahlenschutzeinrichtung zum Schutz gegen Neutronen-, Gamma-, Laser-, Infrarotstrahlung, Hohlladungsgeschosse etc. unter Verwendung von kohlenstoffreichen Kunststoffen sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Strahlenschutzeinrichtungen der vorgenannten Art dienen insbesondere zum Schutz gegen Neutronen- und Gammastrahlung sowie zum aktiven Panzerschutz gegen Hohlladungsgeschosse oder dgl., außerdem sind sie äußerst wirksam als Detektoren bei der Streuung auftreffender Laserstrahlen, dienen also auch als Schutz gegen Laserwaffen und schließlich auch zur wirkungsvollen Infrarottarnung, d. h. als thermische Isolierung und als Akustikdämmstoff.
Die bisher bekanntgewordenen Strahlenschutzeinrichtungen können jeweils lediglich eine der genannten Schutzfunktionen mit relativ geringer Wirksamkeit erfüllen. So beschreibt beispielsweise die DE-OS 32 25 788 einen Baustein in Blockbauweise, der aus grob gemahlenem Polyäthylen mit einem Mantel aus feinst gemahlenem Moderatorstoffen, der jedoch nicht geeignet ist, mehrere Funktionen in sich zu vereinen.
Die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, löst die Aufgabe, eine multifunktionale, hoch wirksame und wirtschaftlich herstellbare Strahlenschutzeinrichtung zu besitzen.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile liegen im wesentlichen in seiner vielfachen Einsatzfähigkeit und weiter in seiner gegen Neutronen- und auch andere Strahlung starken Erhöhung seines Wirkquerschnittes.
Der Aufgabe der Strahlenschutzeinrichtung ist heterogen mit in Epoxidharz oder dgl. eingebetteten mit Wasserstoff oder Knallgas gefüllten Hohlkugeln, die einen Bormantel besitzen. Ein solcherart aufgebauter Körper besitzt gegenüber homogen aufgebauten Körpern eine erhebliche Vergrößerung des Wirkvolumens, wodurch die Anzahl der Reaktionen der in Wechselwirkung mit Wasserstoffatomen tretenden Neutronen wesentlich erhöht wird.
Auftreffende Neutronenstrahlen werden nicht nur in gewünschter Weise mit Wasserstoff in physikalisch- chemische Wechselwirkung gebracht, vielmehr werden die Neutronenstrahlen auch infolge der Wirkquerschnittserhöhung in ihrer Geschwindigkeit stark abgebremst und können somit auf einfache Weise in der unteren, abschließenden Bor-Epoxidharzschicht an weiterem Eindringen gehindert werden.
Durch das Auftreffen des Neutronenstrahls auf ein Wasserstoffatom des Polyethylens oder des freien Wasserstoffes entsteht bei unelastischer Reaktion schwerer Wasserstoff, wobei Gamma-Strahlung freigesetzt wird. Diese wird jedoch an der Grenzschicht zwischen dem Bormantel und der Kugeloberfläche teilweise und dann, bei weiterem Eindringen, in dem Bormantel selbst praktisch total absorbiert. Im Falle einer elastischen Reaktion erfolgt stets eine Dämpfung bzw. Abbremsung der Geschwindigkeit der Neutronen, was zu einem Einfangen des Neutrons, spätestens in der unteren Bor-Epoxidharzschicht, führt.
Von außen eindringende Gamma-Strahlung wird ebenfalls durch Absorption in den dichtgepackten Hohlkörper mit Bor-PE-Mantel am Diffundieren durch die Strahlenschutzeinrichtung gehindert.
Die Erfindung ist nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 den schematischen Aufbau der Strahlenschutzeinrichtung im Schnitt,
Fig. 2 einen Schnitt durch einen Hohlkörper und
Fig. 3 den schematischen Aufbau einer Ausführungsvariante.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten schematischen Aufbau der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Strahlenschutzeinrichtung besteht die Ober- und Unterseite 1 bzw. 2 aus einer borhaltigen Epoxidharzschicht, die das Ein- und Durchdringen von Strahlung wirksam verhindert und zusätzlich die Entflammbarkeit merklich herabsetzt und die Beschaffenheit der Oberfläche verbessert.
Zwischen den beiden Deckschichten 1 und 2 ist eine Epoxyharzschicht 3 angeordnet, die mit einer dichten Packung von Hohlkörpern 4 unterschiedlicher Form versehen ist, wobei die Hohlkörper 4, wie in Fig. 2 dargestellt, einen Stahlmantel 4b besitzen, der mit einer Bor-PE-Schicht 4a umgeben ist und mit Wasserstoff 4c gefüllt ist. Anstelle von Wasserstoff kann z. B. auch eine Knallgasfüllung vorgesehen sein.
Aus diesem Aufbau resultiert eine Schutzwirkung allein gegen Gamma-Strahlung, die etwa 10% höher ist als die der bisher bekanntgewordenen Schutzeinrichtungen. Gegen Neutronenstrahlen ist die Schutzwirkung etwa doppelt so hoch wie bei den bisher bekannten Einrichtungen dieser Art.
Dies führt bei Strahlenschutzmänteln für Gamma- Strahlung, die bisher mit etwa einer Schichtdicke von 7 cm eine Reduktion der Neutronenstrahlung auf ¹/₆ der Ausgangsbelastung bringen, zu einer Reduzierung der Belastung auf etwa ¹/₁₂ der Ausgangsbelastung, d. h. eine Gefährdung durch Neutronenstrahlung kann bereits bei einer solchen Schichtdicke von 7 cm in den meisten Fällen ausgeschlossen werden. Dies ist u. a. für Transportbehälter von Nuklearmaterial besonders wichtig, da damit auch eine erhebliche Gewichtseinsparung erzielt wird. Bei Kernkraftwerken kann der Reaktorkern äußerst wirksam bei geringem Aufwand abgeschirmt werden.
Damit wird ein wirksamer Schutz gegen auftreffende Geschosse und Raketen möglich, da die mit explosivem Wasserstoff gefüllten Hohlkörper 4 beim Eindringen eines Hohlladungsstachels durch dessen extrem heiße und schnelle Partikel im Einwirkbereich dieses Stachels lokal zur Explosion gebracht werden, wodurch die eindringende Stachelspitze einerseits abgebrochen und andererseits deren Ablenkung bewirkt wird. Zu diesem Zweck ist bereits eine Schichtdicke der Strahlenschutzeinrichtung von etwa 7 bis 10 cm völlig ausreichend. Eine nachfolgende Ausbesserung ist ohne Aufwand möglich.
Auch gegen Laserstrahlen ist ein wirksamer Schutz mittels der Strahlenschutzeinrichtung gem. der Erfindung zu erzielen, indem etwa 30% deren auftreffender Energie neutralisiert wird.
Die äußere Schicht 1 aus Bor-Epoxyharz oder Bor-PU- Schaum oder Bor-PE ist für auftreffende Laserstrahlen, infolge ihres transparenten Verhaltens, durchlässig. Dies hat zur Folge, daß die Laserstrahlen, sowie sie auf die Hohlkörperoberflächen 4a treffen, in viele Richtungen reflektiert. Ein Vorgang, der sich an den benachbarten Oberflächen der nächsten Hohlkörper 4 wiederholt usw. usf. und somit zusätzlich gestreut und damit in seiner Wirkung geschwächt wird. Die etwa noch verbleibende Reststrahlung wird vollkommen unregelmäßig und ungerichtet reflektiert, so daß beispielsweise von einem sendenden Entfernungsmeß- und Zielgerät keinerlei verwertbare Reflexionssignale mehr aufgefangen werden können.
Bei Laserwaffen beruht die Wirkung der vorgeschlagenen Strahlenschutzeinrichtung ebenfalls auf dem Prinzip der Strahlenablenkung an den Oberflächen der Hohlkörper 4 und zusätzlich des beim Auftreffen des Laserstrahles explodierenden Wasserstoffs. Wegen der Reaktion des Laserstrahles auf bereits geringe atmosphärische Störungen, wird dessen Wirkung auch noch durch den bei der Explosion des Wasserstoffs entstehenden Wasserdampfs und kleinster Partikel abgeschwächt. Eine weitere wirksame Eigenschaft der Strahlenschutzeinrichtung ist der ähnlich der Ablationskühlung wirkende Hitze-Ableitungseffekt.
Ein thermischer Schutz wird durch den doppelwandigen Aufbau der Strahlenschutzeinrichtung erzielt, was insbesondere für den Schutz von Fahrzeugen, Gebäuden etc. von Vorteil ist.
Der in Fig. 3 dargestellte, ebenfalls wasserstoffgefüllte, Hohlkörper 6 weist einen Stahlmantel 6a auf, der innen an eine Schicht aus Bor und PE grenzt. Solche Hohlkörper, die unterschiedlichste Form aufweisen können, dienen insbesondere zur Herstellung von Mauern etc., um wirksam strahlengeschützte Räume zu erhalten.

Claims (12)

1. Strahlenschutzeinrichtung zum Schutz gegen Neutronen-, Gamma-, Laser-, Infrarotstrahlung, Hohlladungsgeschosse etc. unter Verwendung von kohlenstoffreichen Kunststoffen, gekennzeichnet durch einen heterogenen, schichtartigen Aufbau mit einer äußeren und inneren Deckschicht (1, 2) aus Bor und Epoxidharz zwischen denen eine Schicht (3) aus Epoxyharz mit darin eingeschlossenen, sehr dicht gepackten, wasserstoffgefüllten Hohlkörpern (4) mit einer auf einem dünnen Stahlmantel (4b) vorgesehenen Borschicht (4a) angeordnet ist.
2. Strahlenschutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlkörper (4) einen inneren Mantel (4d) besitzen.
3. Strahlenschutzeinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Innere (4e) des Hohlkörpers (4) mit einem Gemisch aus Wasserstoff und PE- Schaum gefüllt ist.
4. Strahlenschutzeinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Innere (4e) des Hohlkörpers (4) mit einem Gemisch aus Knallgas und PE- Schaum gefüllt ist.
5. Strahlenschutzeinrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Stahlmantel (4b) und der Borschicht (4a) ein Gemisch (4c) aus Bor und Stahl vorgesehen ist.
6. Strahlenschutzeinrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Stahlmantel (4b) und der Borschicht (4a) ein Gemisch (4c) aus Bor und Acrylglas vorgesehen ist.
7. Strahlenschutzeinrichtung nach Anspruch 1 und einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch (4c) zu etwa 95% aus Bor und etwa 5% anderen Anteilen besteht.
8. Strahlenschutzeinrichtung nach Anspruch 1 und einen der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlkörper (6) als Blöcke mit glatten Außenflächen (6a) aus Stahl ausgebildet sind.
9. Strahlenschutzeinrichtung nach Anspruch 1 und einen der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Transportbehälter für nukleares Material ausgebildet ist.
10. Strahlenschutzeinrichtung nach Anspruch 1 und einen der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Verkleidung von Strahlenquellen ausgebildet ist.
11. Verfahren zur Herstellung einer Strahlenschutzeinrichtung nach Anspruch 1 und einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlkörper (4) Tauchverfahren mit der Bor-PE-Schicht umgeben werden.
12. Verfahren zur Herstellung von Blöcken nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Bor-PE-Mantel im Gießverfahren erzeugt wird.
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