DE951391C - Gammastrahlen absorbierende Glaeser - Google Patents
Gammastrahlen absorbierende GlaeserInfo
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Description
AUSGEGEBEN AM 25. OKTOBER 1956
INTERNAT. KLASSE C 03 C — —
C 10822 IVc j32b
ist als Erfinder genannt worden
Diese Erfindung bezieht sich auf Gläser, die Gammastrahlen zu absorbieren vermögen und sich zur Herstellung
von Fenstern eignen, welche in Betonschutzmauern zum Beobachten ferngesteuerter Behandlungen
radioaktiver Substanzen angeordnet sind. Insbesondere bezieht sie sich auf neue, durchsichtige
Gläser mit einer Dichte sowie Absorptionsfähigkeit, die der des schweren Betons vergleichbar ist. Dieser
Beton unterscheidet sich von dem gewöhnlichen Beton dadurch, daß er Zuschläge aus Baryt (Bariumsulfat)
oder Eisenerz enthält und eine Dichte von etwa 3,2 besitzt, gegenüber einer Dichte von etwa 2,5 des gewöhnlichen
Betons.
Bisher bestanden solche Schutzwände aus gewöhnlichem Beton und waren mit einem Beobachtungsfenster
versehen, das gewöhnlich aus einer Strahlen absorbierenden transparenten Glaszelle von entsprechender
Dicke bestand. Diese Glaszelle enthielt eine 78%ige wäßrige Zinkbromidlösung und bestand
aus dem üblichen Bariumsilikatglas mit einer Dichte von etwa 2,7 und enthielt CeO2, um ein übermäßiges
Dunkelwerden des Glases durch die Gammastrahlung mit entsprechender Verringerung seiner Durchsichtigkeit
zu verhindern. Die Möglichkeit eines plötzlichen Fehlens der Zinkbromidlösung in dem Fenster durch
zufälligen Bruch des Glases stellt eine sehr ernste
Gefahr dar, wobei der Beobachter, wenn auch nur für den Bruchteil einer Sekunde, der schädlichen Wirkung
dieser Strahlen ausgesetzt sein würde. Außerdem neigt die Zinkbromidlösung, wenn die Gammastrahlung
eine bestimmte kritische Grenze überschreitet, zur Zersetzung unter Bildung sichtbehindernder
Gasblasen. Zwecks Vermeidung derartiger Schwierigkeiten kann das Beobachtungsfenster ganz aus
CeO2-haltigem Glas bestehen.
ίο In dem Maße, wie die Intensität und/oder die Strahlungsmenge
zunimmt, ist es erforderlich, die Schutzwand zwecks Schaffung des notwendigen Schutzes
entsprechend stärker zu machen. Um einen derartigen Schutz zu erhalten, ohne die Schutzwand übermäßig
zu verstärken, kann diese aus schwerem Beton hergestellt werden, in welchem Falle es ebenso wünschenswert
ist, ein Glas zu verwenden, das eine Dichte und eine Absorption für Gammastrahlen, die der des
schweren Betons vergleichbar ist, besitzt, und das vorteilhafterweise bis zu einer Dicke von 1,50 m und
mehr durchsichtig ist. Leider ist bisher kein Glas bekannt, das diesen Anforderungen genügt. Die üblichen
Silikatgläser mit hoher Dichte, die PbO oder PbO und BaO, welche Oxyde die Gammastrahlen ganz
besonders absorbieren sowie genügend CeO2 enthalten, um ein nachteiliges Dunkelwerden sowie eine
Verringerung der Durchsichtigkeit zu verhindern, sollten ein besonders gut geeignetes Glasmaterial für
Fenster dieser Art darstellen. Jedoch ist die färbende Wirkung des Ce O2 in Glas bei diesen Gläsern besonders
stark, und auch die Durchlässigkeit für Wellenlängen von maximaler sichtbarer Helligkeit, etwa 5500
Ängströmeinheiten, durch solche CeO2-haltige Gläser
mit einer Dicke von 0,9 m oder mehr ist zu gering, um eine zufriedenstellende Durchsicht zuzulassen. Jede
wesentliche Verringerung des CeO2-Gehaltes zur
Herabsetzung der färbenden Wirkung führt zu einem vermehrten Dunkelwerden des Glases durch die
Gammastrahlung.
Es wurde nun gefunden, daß Glas mit so hoher Dichte für den genannten Zweck zufriedenstellend
verwendet werden kann, wenn es 17 bis 25 % Alkalimetalloxyde enthält, wobei mindestens 10% aus
K2O bestehen.
Erfindungsgemäß besteht das zur Absorption von Gammastrahlen geeignete Glas im wesentlichen aus
SiO2, Alkalimetalloxyd, zweiwertigem Metalloxyd und
CeO2 mit einem Gehalt von 35 bis 50% SiO2; mindestens
10 °/0K2O, ο bis 15% Na2O und 0 bis 3%
Li2O, wobei die Alkahmetalloxydgesamtmenge 17 bis
25 % beträgt; 15 bis 45 % PbO, ο bis 25 % BaO, ο bis
5% CdO, ο bis ΐο°/σ SrO, ο bis 5% ZnO, ο bis 10%
CaO und 0 bis 5 % MgO, wobei die Gesamtmenge dieser zweiwertigen Metalloxyde 25 bis 45 % und die Gesamtmenge
PbO oder PbO und BaO mindestens 25% beträgt sowie 0,8 bis 1,8% CeO2. Das Glas ist im
wesentlichen frei von Didymiumoxyd. In einer Dicke von 1,50 m und mehr ist es im wesentlichen durchsichtig
und besitzt eine Dichte von ζ,ο. bis 4. Das neue Glas enthält vorzugsweise 17 bis 25 % K2 O.
Wie jedoch bekannt ist, besitzen die anderen Alkalimetalloxyde, die gewöhnlich bei der Glasherstellung
verwendet werden, nämlich Na2O und Li2O, ein
größeres Fließvermögen als K2O und dienen, wenn sie
an Stelle des K2O verwendet werden, dazu, die Schmelzbarkeit des Glases zu verbessern und dessen
Erweichungspunkt herabzusetzen. (Unter Erweichungspunkt wird die Temperatur verstanden, bei
welcher die Viskosität eines Glases io7·6 Poises beträgt.)
Das Glas kann daher auch als wesentlichen Bestandteil bis zu 15% Na2O und/oder bis zu 3% Li2O
enthalten, vorausgesetzt, daß der gesamte Alkalimetalloxydgehalt 25% nicht übersteigt. In diesem
Falle kann der K2O-Gehalt bis hinunter zu 10%
betragen, solange der Gesamtalkalimetallgehalt mindestens 17% beträgt.
Das neue Glas enthält vorteilhafterweise 25 bis 45% PbO. Auch BaO vermittelt dem Glas eine
wesentliche Absorption für Gammastrahlen. Es kann in dem neuen Glas in Mengen bis zu 25 °/0 als wesentlicher
Bestandteil enthalten sein und zum Teil das PbO darin ersetzen, in welchem Falle das PbO bis
hinunter zu 15 % betragen kann, vorausgesetzt, daß die Gesamtmenge dieser zweiwertigen Metalloxyde
mindestens 25% und nicht mehr als 45% beträgt.
Außerdem kann das Glas bis zu 5% CdO, bis zu 10% SrO, bis zu 5 % ZnO, bis zu 10% CaO und/oder
bis zu 5% MgO enthalten, vorausgesetzt, daß die Gesamtmenge aller zweiwertigen Metalloxyde 45%
nicht überschreitet, wobei die. Mindestmenge des Pb O oder des PbO und BaO bei 25% liegt. Während die
Anwesenheit von CdO, SrO, ZnO, CaO und/oder MgO in Mengen, die die angegebenen Werte nicht übersteigen,
im Glas zwar nicht schadet, besitzen diese Oxyde andererseits auch keine nützliche Wirkung.
Sobald diese Oxyde jedoch in übermäßigen Mengen vorhanden sind, üben sie eine nachteilige Wirkung
auf die Farbe oder Durchlässigkeit des Glases und auf dessen Dichte aus. Die Anwesenheit von bis zu 5%
Al2O3 oder bis zu 10% B2O3 zur Verbesserung der
chemischen und physikalischen Haltbarkeit oder Schmelzbarkeit kann erwünscht sein.
Vorzugsweise besteht das Glas im wesentlichen aus 35 bis 50% SiO2,12 bis 16% K2O, 4 bis 8% Na2O,
wobei die Gesamtmenge des K2O und Na2O 18 bis
22°/„ beträgt, weiterhin aus 30 bis 40% PbO, 1,1 bis
1,5% CeO2, das im wesentlichen frei von Didymiumoxyd
ist, sowie bis zu 2% Al2O3.
Änderungen in den Mengenverhältnissen der Bestandteile der neuen Gläser sollten sich innerhalb
der oben beschriebenen Grenzen bewegen, und zwar aus folgenden Gründen: Bei einem Überschuß an
SiO2 oder einem Mangel an PbO oder PbO und BaO
ist die Dichte des Glases und seine Gammastrahlenabsorption zu gering. Die Dichte des Glases ist ebenfalls
zu gering, wenn der Gesamtinhalt an zweiwertigem Metalloxyd zu niedrig ist. Andererseits
erfolgt bei einem Mangel an SiO2 oder einem Überschuß an PbO, BaO oder PbO und BaO eine nach- iao
teilige Vertiefung der Farbe infolge des CeO2.
Eine solche Farbvertiefung des Glases ist auch auf den Mangel an K2O oder auf einen Überschuß an
CeO2 zurückzuführen. Bei ungenügendem CeO2-Gehalt
wird das Glas durch die Gammastrahlung dunkel und verliert seine Durchsichtigkeit. Die
Anwesenheit von Didymiumoxyd in dem CeO3 sollte vermieden werden, da die Färbewirkung des
Didymiumoxyds die Durchsichtigkeit des Glases weiter herabsetzt und es für den vorliegenden Zweck
ungeeignet macht.
Eine nachteilige, geringe chemische Haltbarkeit oder geringe Widerstandsfähigkeit gegen Angriffe
durch Luftfeuchtigkeit und andere Mittel, mit denen das Glas in Berührung kommen kann, wird durch
einen Überschuß an K2O, Na2O oder B2O3 verursacht,
während bei einem Überschuß an Li2O der Schmelzpunkt des Glases nachteilig ansteigt und bei einem
Überschuß an Al2O3 dessen Viskosität in einem unerwünschten
Maße zunimmt.
Folgende als Beispiel' aufgeführte Zusammensetzungen, die ansatzmäßig in Gewichtsprozent auf
Oxydbasis. errechnet sind, stellen Gläser dar, die in den Rahmen dieser Erfindung fallen.
I | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | • 7 |
44,4 | 44,5 | 39,7 | 44,2 | 39,5 | 39,5 | 39-4 |
13,8 | 14,8 | 20,0 | 19,7 | 13,8 | 19.7 | 24,7 |
6,o | 4,o | — | — | 6,0 | — | — |
— | 1,0 | — | — | — | — ■ | — |
32,5 | 32,6 | 20,O | 32,4 | 39,4 | 39,5 | 32,6 |
— | — | 20,0 | — | — | — | — |
i,3 | 1,1 | i,3 | 1.7 | i,3 | i,3 | 1.3 |
2,0 | 2,0 | — | 2,0 | — | — | 2,0 |
3,27 | 3,27 | 3,39 | 3,24 | 3,52 | 3,50 | 3,26 |
SiO2
K2O
Na2O
Li2O
PbO
BaO
CeO2*
Al2O3
B2O3
Dichte
* Im wesentlichen frei von Didymiumoxyd.
Wenn es auch nicht wünschenswert ist, daß das
Glas eine geringere Dichte hat als der mit diesem Glas verwendete Beton, so sind doch größere Dichten als
die des Betons wegen des dadurch erhaltenen zusätzliehen Schutzes gegen Strahlung nicht nachteilig.
Claims (5)
- Patentansprüche:i. Gammastrahlen absorbierende Gläser, die im wesentlichen aus SiO2, Alkalimetalloxyd, zweiwertigem Metalloxyd sowie Ce O2 bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus 35 bis 5o°/0 SiO2; mindestens io°/0 K2O, ο bis 15% Na2O und 0 bis 3°/0 Li2O, wobei die Gesamtmenge dieser Alkalimetalloxyde 17 bis 25°/0 beträgt; 15 bis 45 °/0 PbO, ο bis 25% BaO, 0 bis 5% CdO, 0 bis io°/0 SrO, ο bis 5% ZnO, 0 bis 10% CaO und 0 bis 5°/0 MgO, wobei die Gesamtmenge dieser zweiwertigen Metalloxyde 25 bis 45% und die Gesamtmenge Pb O oder PbO und Ba O mindestens 25% beträgt; und 0,8 bis 1,8% CeO2 bestehen,44,4 , 9,8 So9,8
29.75,owobei die Gläser im wesentlichen frei von Didymiumoxyd sind, in einer Dicke von 1,50 m und mehr im wesentlichen durchsichtig sind und eine Dichte von 2,9 bis 4 besitzen. - 2. Glas nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es zusätzlich bis zu 5 % Al2O3 enthält.
- 3. Glas' nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es zusätzlich bis zu 10% B2O3 enthält.
- 4. Glas nach Anspruch 1 und 2, dadurch ge~ kennzeichnet, daß es aus 35 bis 50% SiO2, 12 bis i6°/0 K2O, 4 bis 8% Na2O, wobei die Gesamtmenge K2O und Na2O 18 bis 22% beträgt, sowie 30 bis 40% PbO, 1,1 bis 1,5% CeO2 und bis zu 2% Al2O3 besteht.
- 5. Glas nach. Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß es aus etwa 44,4 °/0 SiO2, 13,8% K2O, 6% Na2O, 32,5% PbO, i,3°/o CeO2 sowie 2°/o Al2O3 besteht und eine Dichte von etwa 3,3 besitzt.© 609508/176 4.56 (609 662 10. 56)
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