EP2240940B1 - Abschirmmaterial zum abschirmen von strahlung - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Abschirmmaterial zum Abschirmen von Strahlung, insbesondere von radioaktiver Strahlung, insbesondere von β- und γ-Strahlen, und Röntgenstrahlung sowie Neutronenstrahlung gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
• Es ist bekannt, als Abschirmmaterial für β- und γ-Strahlen und Röntgenstrahlen sowie Neutronenstrahlung Blei oder Beton mit unterschiedlichen Zusätzen zur Erhöhung der Abschirmwirkung oder Stahl mit unterschiedlichen Bestandteilen zu verwenden. Diese Abschirmmaterialien weisen Nachteile auf. Blei ist nachteilig wegen seiner Toxizität, Beton wegen seiner wenig flexiblen Einsatzmöglichkeiten und Stahl wegen seiner hohen Korrosionsgefährdung in normaler Umgebung.
• Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, ein Abschirmmaterial hoher Abschirmwirkung, insbesondere gegen β- und γ-Strahlung, Röntgenstrahlung und Neutronenstrahlung anzugeben, das die oben angegebenen Nachteile der bisher eingesetzten Abschirmmaterialien nicht aufweist.
• Diese Aufgabe wird durch die Erfindung gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der Aufgabenlösung sind in den Unteransprüchen angegeben.
• Die Erfindung schlägt als Abschirmmaterial ein Schwermetall-Polymer-Gemisch bestehend aus einer Mischung aus Eisenpulver und Epoxidharz oder Silikon oder aus einer Mischung aus Eisengranulat und Epoxidharz oder Silikon oder einer Mischung aus Eisenpulver und Eisengranulat und Epoxidharz oder Silikon oder aus einer Mischung aus Eisenpulver, Barytpulver und Epoxidharz oder Silikon vor.
• Es hat sich bei Versuchen herausgestellt, dass ein Abschirmmaterial hergestellt aus Eisenpulver und dem Bindemittel Epoxidharz oder Silikon einen sehr großen Wirkungsbereich aufweist. Die weiteren Vorteile sind insbesonders preiswerte, einfache und umweltfreundliche Herstellung. Diese Vorteile ergeben sich auch bei der Verwendung von Eisenpulver in Verbindung mit Barytpulver.
• Eisen ist dasjenige Schwermetall, das unter allen Schwermetallen in der Erdrinde am häufigsten vorkommt. Durch seine hohe Affinität zum Sauerstoff ist es in der Erdkruste nicht in elementarer Form vorhanden, sondern vor allem in Form von Oxiden, Carbonaten und Sulfaten. Eisenpulver kann durch Zerstäuben von flüssigem Metall über eine Düse hergestellt werden. Es kann auch aus Eisenoxid durch gasförmige Reduktionsmittel erzeugt werden. Außerdem kann Eisenpulver durch thermische Zersetzung gewonnen werden.
• Baryt, auch als Schwerspat oder Bariumsulfat (BaSO₄) bekannt, ist ein häufig vorkommendes Mineral aus der Mineralklasse der wasserfreien Sulfate ohne fremde Anionen. Es bildet sich aus hydrothermalen Lösungen oder auch sedimentär, teilweise unter Mitwirkung biologischer Prozesse. Submarine Sediment-Lagerstätten sind bei der Mischung aufsteigender bariumreicher Hydrothermallösungen mit sulfathaltigem Meerwasser entstanden. Dieser Lagerstättentyp kann einige Millionen bis Milliarden Tonnen Baryt enthalten. Ein Beispiel dafür ist die Lagerstätte Meggen in Deutschland. Baryt wird bei Tiefbohrungen der Bohrspülung, wegen des hohen spezifischen Gewichts von 4,3 - 4,7 g/cm³, zugesetzt. Des Weiteren wird Baryt zur Herstellung von weißen Pigmenten und von fotografischem Papier verwendet. Es ist ebenso Bestandteil von Schwerbeton wie von Kontrastmitteln bei Röntgenuntersuchungen.
• Als Bindemittel ist Epoxidharz hervorragend geeignet. Epoxidharze werden durch Kondensation von Epichlorhydrin und Bisphenol hergestellt. Epoxidharze bilden flüssige bis viskose, glasige Stoffe. Je nach Vernetzungsgrad mit entsprechenden Hartem, wie Polyaminen ergibt sich ein flüssiges bis festes Produkt. Die Haftung an Metallen ist außerordentlich gut und das entstehende Produkt ist äußerst widerstandsfähig gegen Umwelteinflüsse, auch gegen Korrosion. Feste Epoxidharze zeigen keine Reizwirkungen, keine toxischen und auch keine karzinogenen Eigenschaften - auch nicht bei länger andauernder beruflicher Belastung.
• Silikon ist ein Polymerwerkstoff Polysiloxan, ein Material auf Basis von Silizium und Sauerstoff mit organischen Substituenten und weist physikalische Eigenschaften auf, die für die Herstellung von flexiblen Abschirmprodukten, wie Abschirmschürzen gut geeignet sind. Das Material ist unter dem handelsüblichen Namen "Silikon" bekannt, wobei es eine Vielzahl verschiedener Silikonarten gibt. Polysiloxane sind hydrophobe Werkstoffe, die im Gegensatz zu anderen Elastomeren eine gute chemische Stabilität gegen Wasser, Säuren und Laugen besitzen. Der Hauptvorteil bei der Verwendung von Polysiloxanen besteht darin, dass sie sich leicht dem jeweiligen Anwendungsfall anpassen lassen. Durch Zugabe von Zusatz- oder Modifizierungsstoffen kann dieses leicht erreicht werden. Des Weiteren bestehen Polysiloxane aus umweltverträglichen Materialien, die nach dem Gebrauch ohne Auflagen einfach entsorgt werden können.
• Das erfindungsgemäße Abschirmmaterial kann in verschiedene Formen gegossen werden, die dem jeweiligen Einsatzzweck angepasst werden können. Es ist einsetzbar für Isotopennadeln, Handschuhboxen, Elektronenbeschleuniger, Radongeneratoren, bei der Isotopenherstellung und andere Anwendungen. Es kann in Form von Mauer- und Systembausteinen, als Platten, Mörtelputz oder Material für Container, Abschirmbehälter, Rohrumhüllungen, Abschirmschürzen und Folien eingesetzt werden. Die Herstellung der verschiedenen Erzeugnisse erfolgt bei normaler Temperatur, wobei die benötigten Komponenten in einem Rührwerk oder Mischwerk miteinander vermischt und danach in die entsprechenden Formen gegossen werden. Die Aushärtezeit kann durch Wärme verkürzt werden. Nach dem Aushärten ist eine mechanische Bearbeitung möglich, um bspw. bestimmte Formgenauigkeiten einzustellen. Durch unterschiedliche Bindungs- und Metallpulverzusammensetzungen kann die Dichte der Metallpulver-Polymer-Abschirmmaterialien eingestellt werden, wobei für Eisenpulver-Epoxid-Gemisch eine Dichte von 4,1 g/cm³ und für Barytpulver-Epoxid-Gemisch eine Dichte von 2,8 g/cm³ erreicht werden kann.
• Messungen der γ-Abschirmung mit ₆₀Co- und ₁₃₇-Cs-Quellen ergaben die in den anliegenden Bildern 1 und 2 ersichtlichen Schwächungsfaktoren I/I₀ in Abhängigkeit von der Schichtdicke in cm. Die Schwächung der γ-Strahlung (₆₀Co) kann errechnet werden aus der Formel $$\mathbf{I}\mathbf{=}{\mathbf{I}}_{\mathbf{o}}\mathbf{\cdot }\mathbf{B}\mathbf{\cdot }\mathbf{exp}\mathbf{.}\left(\mathbf{-}{\mathbf{\mu }}_{\mathbf{Co}\mathbf{-}\mathbf{60}}\mathbf{\cdot }\mathbf{x}\right)\mathbf{,}$$

  

  
  wobei

I =

Zählrate mit Abschirmung abzüglich Untergrundstrahlung

I₀ =

Zählrate ohne Abschirmung abzüglich Untergrundstrahlung

B =

Aufbaufaktor des Abschirmmaterials

X =

Abschirmdicke

µ_Co-60 =

Integraler Schwächungskoeffizient für 1,25 MeV

bedeuten.
• Ein Vergleich der Schwächungsfaktoren in Abhängigkeit von der Schichtdicke der erfindungsgemäßen Abschirmmaterialien Eisen-Epoxid-Mischung und Eisen-Baryt-Epoxid-Mischung ist in Bild 3 dargestellt.

Claims (4)

1. Ein Schwermetall-Polymer-Gemisch enthaltendes Abschirmmaterial zum Abschirmen von Strahlung, insbesondere von radioaktiver Strahlung, insbesondere von β- und γ-Strahlen, und/oder Röntgenstrahlung und/oder Neutronenstrahlung, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwermetall-Polymer-Gemisch aus einer Mischung aus Eisenpulver und Epoxidharz oder Silikon oder aus einer Mischung aus Eisengranulat und Epoxidharz oder Silikon oder aus einer Mischung aus Eisenpulver, Eisengranulat und Epoxidharz oder Silikon oder aus einer Mischung aus Eisenpulver, Barytpulver und Epoxidharz oder Silikon besteht.
2. Verfahren zur Herstellung des Schwermetall-Polymer-Gemisches nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Mischungen bei normaler Temperatur, insbesondere Raumtemperatur, unter Verwendung eines Rührwerkes oder Mischgerätes miteinander gemischt werden.
3. Verwendung des Abschirmmaterials nach einem der Ansprüche 1 oder 2 zur Herstellung von im Gießverfahren hergestellten Produkten und Gegenständen, wie Mauersteinen für Abschirmwände, Trennwände, Platten, Systembausteinen, Abschirmschürzen, Containern, Abschirmbehältern sowie zur Herstellung von Beschichtungen, Putzmörtel, Rohrumhüllungen, Abschirmschürzen und Folien.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die hergestellten Produkte und Gegenstände einer Wärmebehandlung ausgesetzt werden zur Verkürzung der Aushärtezeit.

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