WO2010009833A1 - Strahlenschutzbauwerk für einen teilchenbeschleuniger - Google Patents

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WO2010009833A1
WO2010009833A1 PCT/EP2009/005130 EP2009005130W WO2010009833A1 WO 2010009833 A1 WO2010009833 A1 WO 2010009833A1 EP 2009005130 W EP2009005130 W EP 2009005130W WO 2010009833 A1 WO2010009833 A1 WO 2010009833A1
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WO
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building
shielding layer
radiation shielding
radiation
sealing film
Prior art date
Application number
PCT/EP2009/005130
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English (en)
French (fr)
Inventor
Georg Fehrenbacher
Wolf Seufert
Original Assignee
Gsi Helmholtzzentrum Für Schwerionenforschung Gmbh
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Publication date
Application filed by Gsi Helmholtzzentrum Für Schwerionenforschung Gmbh filed Critical Gsi Helmholtzzentrum Für Schwerionenforschung Gmbh
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    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F1/00—Shielding characterised by the composition of the materials
    • G21F1/12—Laminated shielding materials
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F7/00—Shielded cells or rooms

Definitions

  • the invention relates to a radiation protection structure for a particle accelerator, specifically for the accelerator tunnel and / or for experimental equipment on the particle accelerator, and to methods for constructing such a radiation protection structure.
  • the widely used method of radiation shielding in construction today consists in the arrangement of
  • Building parts are made of reinforced concrete and one layer of the building part is made of radiation protection material and another layer of concrete.
  • the structure described in DE 103 27 466 A1 is therefore referred to as a sandwich.
  • the Applicant is currently planning a particle accelerator in the form of a synchrotron as part of the FAIR (Facility for Anti-Proton and Ion Research) project.
  • FAIR Fluorility for Anti-Proton and Ion Research
  • SIS double synchrotron SIS 100/300
  • protons and ions to uranium are accelerated to maximum energies of up to about 100 GeV and 35 GeV per nucleon.
  • the synchrotron has a circumference of about 1.1 km.
  • the strength of the shield will oriented to how high the beam losses in the individual areas of the accelerator are, how high their energies are and which limit values of the respective radiation protection legislation are to be observed.
  • high-energy secondary radiation is generated. These are in particular gamma radiation and neutron radiation.
  • the SIS 100/300 like other high-energy accelerators, is placed underground. The accelerator itself is then positioned in an underground tunnel. Here it is
  • Particle accelerators can thus reach a considerable size, so that cost aspects acquire a special importance.
  • the energy of the particle beam (primary beam) orbiting in the accelerator beam tube increases, typically the intensity and maximum energy of the unwanted secondary radiation that can be released to the environment increases.
  • Size is also considerable and consists of material, salary and planning shares. For example, are low material costs with a variety of operations as they may arise in sandwich constructions, any potential advantage of low material costs may be overcompensated. Furthermore, many shielding concepts are not designed for accelerator systems and may need to be dismantled when the system is decommissioned.
  • groundwater is not static, but is also subject to subterranean currents.
  • the inventors have now found that, especially in underground construction, depending on the geological conditions, the migration of radionuclides by the groundwater exchange in and out of irradiated soil can be problematic.
  • radionuclides Due to the radioactivity mainly caused by neutron radiation, it must be distinguished which radionuclides are produced with which activity. For example, the short-lived radioactivity is generated very rapidly in saturation activity according to the activation equation. It does not, however, provide any relevance Exposure potential, because the transport times of radionuclides are so high that they have decayed until they can get to appropriate places such as wells. Conversely, very long-lived radionuclides are so low in their level of activation - due to the slow structure - that they typically do not play a role in the balance. A significant contribution to the radioactivity at the reference sites such as wells are mainly radionuclides with a medium half-life. Examples of medium half-life radionuclides in the earth are 7-Be, 46-Sc, 45-Ca, 54-Mn, 22-Na, 60-Co, 3-H, 152-Eu, and 154-Eu.
  • a more specific object of the invention is to provide such a radiation protection structure, which protects against excessive exposure to radiation of groundwater even in subterranean currents in groundwater.
  • the object of the invention is solved by the subject matter of the independent claims.
  • a radiation protection structure for a particle accelerator which is particularly intended to prevent the elongated, e.g. annular Strahlrohrtunnel an accelerator in which the beam pipe of the accelerator is constructed to shield or.
  • the accelerator may also be a storage ring for pre-accelerated energetic particles.
  • the construction according to the invention is also suitable for experimental sites, i. Radiation sites (so-called caves) and beam killers (so-called "beam dump”) can be applied. Possibly. If both the radiant tube tunnel of the accelerator and the experimental stations are provided integrally with the radiation shielding according to the invention, therefore, a building is referred to below.
  • the building has stable concrete walls on all sides, e.g. made of reinforced concrete, as ceilings, side walls and / or floors, so that the building is load-bearing and a massive
  • Overlapping e.g. with static material can intercept.
  • the thickness of the concrete walls is so small that they alone would not have sufficient shielding to meet the allowable limits.
  • the thickness of the concrete walls is therefore oriented in the
  • the concrete walls of the building form a first radiation shielding layer, but only one
  • Radiation protection structure causes.
  • a second radiation shielding layer is provided, which surrounds the concrete building.
  • This second radiation shielding layer is created by filling loose fill material around the building.
  • the concrete walls of the building therefore have on the one hand a minimum wall thickness which is sufficient to be sustainable, but the wall thickness of the concrete walls is not large enough to cause a sufficient shielding against the outgoing from the particle accelerator secondary radiation alone, so that no completely monolithic concrete shielding is present.
  • the concrete walls and the second radiation shielding layer form a two-layered radiation shielding arrangement.
  • the bottom plate of the building considerably thicker than the side walls and the ceiling, so that the bottom plate corresponds to a substantially monolithic construction and the second
  • Radiation shielding layer is provided only on the side walls and above the ceiling of the building.
  • the radiation protection structure includes at least in the region of the side walls and / or the ceiling, the inventive two-layer arrangement.
  • the building has this one
  • Wall thickness of the concrete side walls and concrete ceiling of about 0.5 m to 2 m, preferably between 1 m and 1.5 m.
  • the side walls and the ceiling form a viable but slimmer vault that rests on the stronger floor slab.
  • the second radiation shielding layer extends as a building along the longitudinal direction of the tunnel structure in cross section at least in the sectors on either side of the tunnel structure and above the tunnel structure, so that the second radiation shielding layer has the shape of a longitudinally along the tunnel structure extending hood to the tunnel structure.
  • the filling material is filled in as loose filling material and optionally compacted or compacted.
  • the filling material is therefore not made of a solid component bound building material, such as concrete or gypsum, but remains loose or compacted.
  • the filling material thus remains permanently a fillable or deformable mass.
  • earth is used as filling material, in particular that earth which is present on site, so in particular the earth obtained when excavating the tunnel.
  • the soil is preferably in a moist
  • the filling compound is not unfilled, i. immobile earth.
  • the filling compound is thus selectively filled in the region which forms the second radiation-shielding layer.
  • soil or as additives sand, gravel, lime, silt or clay, or mixtures thereof or mixtures thereof, e.g. consider sandy silt.
  • the second radiation shielding layer now has a minimum thickness, which is chosen such that the two-layered arrangement of the second radiation shielding layer and the concrete walls of the building has a sufficient shielding effect for the secondary radiation from the particle accelerator.
  • Soil or excavated soil has a shielding effect in the compressed state (1.8 g / cm 3 ) in the range of about 0.8 times that of normal concrete (density 2.3 g / cm 3 ). Therefore, the thickness of the second radiation shielding layer selected at least about 1.3 times a corresponding concrete shielding. In the uncompressed state, the layer thickness must be increased accordingly.
  • the minimum thickness of the second radiation shielding layer is 1 m.
  • a characterization of different core material possibly of several wells up to the element distribution is carried out first.
  • the shielding effect and activatability is determined.
  • the existing groundwater is also characterized.
  • a hydrogeologically immobilizing sealing foil which substantially completely encloses the second radiation shielding layer or mantle and extends along the longitudinal direction of the building.
  • the sealing film forms a water-impermeable thin sealing layer or membrane without substantial static function, which serves mainly to seal impermeable to the filling compound, so that the sealing film, the migration of radionuclides from the
  • the sealing film consists in particular of a commercially available plastic film.
  • the thickness of the plastic film is chosen so that it can withstand the mechanical loads during filling and possible geological movements as well as the impact of flora and fauna. This can be achieved with conventional plastic films having a thickness in the range of about 0.5 mm to 10 mm. Particularly preferred are high density Polyethylene films, so-called PE-HD films with a film thickness in the range of about 1 mm to 3 mm. Such plastic films are also used in landfills, which is why these films are also referred to as landfill films. Such plastic films are durable, and rot-proof up to 100 years. Depending on the thickness of the second radiation-shielding layer, it may also be advantageous to choose a foil material which is to some extent radiation-resistant.
  • the water-impermeable plastic film thus limits the second radiation shielding layer to the outside and forms a water-impermeable sealing jacket, which surrounds the earth's mantle, preferably in the form of a water-impermeable hood or tube.
  • a watertight compartment is at least partially formed around the building, into which the earth which forms the second radiation shielding layer is enclosed.
  • the waterproof compartment is a space separated by the plastic film in a watertight manner.
  • the sealing film forms a ring-shaped sealed sealing tube, which the building including his
  • Base plate and the surrounding the building second radiation shielding layer of loose or compacted filling completely encloses in cross section.
  • the sealing film has a substantially U-shaped cross-section and surrounds the building and the second radiation shielding layer surrounding the building of loose or compacted filling compound in cross-section laterally and on both sides, so that the Sealing film has the shape of a downwardly open Abdichthaube or an overhead chute.
  • the sealing hood is connected along the tunnel structure with the tunnel structure itself, for example, with its bottom plate impermeable to water, so that parts of the tunnel structure form the underside end of the sealing hood.
  • WU concrete water-impermeable concrete
  • the sealing layer thus forms - optionally together with parts of the tunnel structure - a compartment in which the earth is filled to form the second radiation shielding layer or the mantle.
  • the compartment is outwardly multilateral, especially at least on both sides and at the top of the
  • the radiation protection body thus has at least one three-layered arrangement of i) the concrete walls, ii) the second radiation shielding layer made of earth and iii) the sealing film, the three layers containing the be shielded space with the components from which the radiation emanates, enclose substantially coaxially.
  • the sealing film accordingly prevents the Ausschwe ⁇ unung ausschwemmbaren substances from the loose or compacted filling material in the water-impermeable compartment.
  • This can e.g. Constituents of the filling material itself or substances which are e.g. could be entered in dissolved form by groundwater and / or rainwater in the filling material, if the seal would not exist. In particular, therefore, the transport of eluted radionuclides can be prevented.
  • the sealing film thus prevents radioactive isotopes generated in the second radiation shielding layer from being generated by the shielded radiation in the filling compound from entering the groundwater.
  • the hydrogeological immobilization can be improved in addition to the sealing by the plastic film or by admixture of certain additives that complicate the migration of radionuclides in the filling.
  • the radiation protection structure thus has a multilayer radiation shield, wherein the first radiation shielding layer of the concrete walls of the
  • Tunnel structure and the second radiation shielding layer is formed by the earth layer around the tunnel structure, wherein the earth layer of the second radiation shielding layer forms a jacket which is bounded from the outside of the sealing film.
  • the radial layer sequence of the shielding arrangement is accordingly from inside to outside: first shielding layer, formed by the concrete walls; mantle; and plastic film for hydrogeological Seal.
  • the radiation shielding effect of the second radiation shielding layer is larger than that of the first radiation shielding layer.
  • the second radiation shielding layer is, in terms of concrete equivalent, thicker (preferably at least a factor of 2) than the first radiation shielding layer, that is, the concrete walls.
  • the radiation protection structure according to the invention requires only a single layer of load-bearing walls with a wall thickness which is determined essentially only by static boundary conditions.
  • the concrete walls therefore have a thickness which is substantially not greater than is necessary solely due to the static requirements.
  • a substantial part of the shielding effect is thus achieved by the second radiation shielding layer of loose or compacted, but not statically supporting filling material.
  • Another advantage is that the introduction of foreign material for the shield, which must be produced and transported in the previously known concepts sometimes at great expense, can be reduced. Mastic in the form of soil is present at the site or is in the context of the construction by the establishment Of buildings anyway freely available, so that this earth can be used as a shielding material. Since, in any case, effort must be made to investigate the radiological effects of the operation of the accelerator system (activations), the additional costs are also saved
  • Radiation protection structure is that a large part of the shielding, namely the earth of the second radiation shielding, after completion of the use of the system does not have to be laboriously degraded. It suffices to check (e.g., annually) whether the activation remains at a low level outside the second radiation shielding layer. All you have to do is wait for the radioactive decay. The longest half-life for the aforementioned radionuclides is 12.3 years for 3-H and 13.3 years for 152-Eu.
  • the type and intensity of the secondary radiation to be shielded can vary from place to place at the accelerator. This can be reacted in the invention by the fact that very simply the thickness of the second radiation shielding layer can be adapted locally to the type and intensity of the secondary radiation. Thus, the thickness of the second radiation shielding layer may be different at different locations of the building, in particular along the longitudinal axis of the tunnel structure.
  • the relevant variability of the radiation protection structure is therefore also advantageous.
  • the sealing film is completely covered with a covering layer also made of earth. As a result, the sealing film is protected, for example, from solar radiation and unwanted damage when entering / driving over the surface above the radiation protection structure.
  • a warning and protective layer when used for an underground radiation protection structure, it is advantageous to cover the covering layer in turn with a warning and protective layer.
  • a warning and protective layer can be, for example, a colored film or a screed layer that extends farther outwards or upwards at a certain distance from the sealing film. This prevents the sealing film from being accidentally damaged during construction, because the warning and protective layer is hit in advance.
  • the task is also with a radiation protection structure for radiating facilities of a
  • the radiation protection structure comprises: a first and second load-bearing building with
  • the first building may be an accelerator tunnel and the second building may be a supply tunnel running essentially parallel to the accelerator tunnel.
  • the object is also achieved by a method for constructing an underground radiation protection structure with a multi-layered radiation shield for a particle accelerator, the method comprising the following steps: a) constructing a first and second load-bearing building each with concrete walls as side walls, ceilings and / or floors, wherein the concrete walls of the first building form a first radiation shielding layer, b) filling the gap between the first and second loose mass building to form a second radiation shielding layer in a space between the first and second buildings, the filling mass being in permeable to a certain extent, so that substances could be washed out of the filling compound, and wherein the layer thickness of the filling compound is sufficiently large to effect a significant radiation shielding by means of the second radiation shielding layer; c) covering the second radiation shielding layer with sealing film between the first and second buildings and waterproofing the sealing film to the top and / or underside first and second buildings, so that between the sealing film and the first and second buildings, a water-impermeable compartment is formed, in which the fill
  • FIG. 1 shows a cross section perpendicular to the beam axis of an underground radiation protection structure according to a first embodiment of the invention
  • Fig. Ia) -Id) are schematic cross-sections illustrating the connection of the plastic film with the
  • FIG. 2 shows a cross section perpendicular to the beam axis of an underground radiation protection structure according to a second embodiment of the invention
  • FIG. 3 shows a cross section perpendicular to the beam axis of an underground radiation protection structure according to a third embodiment of the invention
  • FIG. 4 shows a cross section perpendicular to the beam axis of an above-ground radiation protection structure according to a fourth embodiment of the invention
  • FIG. 5 shows an enlarged horizontal section in the area of the sheet pile wall
  • Fig. 6 shows a cross section perpendicular to the beam axis through a radiation protection structure for a
  • FIG. 7 is a schematic cross section through a
  • Fig. 8a is a schematic horizontal section through a radiation protection structure with a curved
  • Invention. 10 shows a cross section perpendicular to the beam axis of an underground radiation protection structure with two tunnels according to a further embodiment of the
  • FIG. 1 shows two sheet pile walls 2, 4, which are first driven vertically at a distance of 10 m into the ground. Subsequently, the pit 6 is completely excavated between the two sheet piles 2, 4 up to the base level 8.
  • a 2 m thick concrete floor slab 10 made of WU concrete is concreted on the floor of the base level 8, as will be explained in more detail below with reference to FIGS. Ia) to Id).
  • a concrete vault 12 On the bottom plate is a concrete vault 12, which consists of two side walls 14, 16 and a ceiling 18, placed.
  • the concrete base plate 10 is reinforced with a thickness of 2 m with respect to the walls 14, 16, 18 of the concrete vault 12 (in this example: thickness 0.5 m).
  • the concrete base plate 10 is stepped on the two sides 10A, 10B to a thickness of about 1 m.
  • the concrete vault 12 is provided with a screening layer 20 of earth on the left and right sides and above the ground
  • Concrete vault 12 surrounded.
  • the thickness of this mantle 20 is in this example left and right of the concrete vault 12 2 m and above the concrete vault 12 3 m.
  • the concrete vault 12 and the adjoining earth layer 20 form with respect to those from the interior 22 of the
  • Tunnel building 23 secondary radiation a two-layer shielding arrangement, although the walls of the concrete vault 12 are optimized substantially to their static function.
  • the earth's mantle which forms the second radiation shielding layer 20, is bounded on both sides on the left and right sides and on the upper side by a plastic film and enclosed in a water impermeable manner.
  • the plastic film 24 thus forms a substantially inverted U-shaped Abdichthaube 26.
  • the Abdichthaube 26, consisting of the plastic film 24, in this example, with its open bottom on the two sides 10A, 1OB of the concrete base plate 10 is impermeable connected, for example shown below in Fig. Id).
  • the sealing hood 26 together with the building 23 forms a transversely to the character plane, that is along the beam tube 28 extending water-impermeable U-shaped tube as a compartment 19 for the earth of the second radiation shielding layer 20.
  • Secondary radiation emerging from the jet pipe 28 into the upper hemisphere is initially shielded somewhat by the relatively thin concrete walls 14, 16, 18. However, this shield alone is not enough to meet the radiation protection requirements.
  • the structure of the radiation protection structure in this example is performed as follows. First, the sheet piles 2, 4 are rammed into the ground. Subsequently, the pit 6 is excavated to the base level 8. Subsequently, side plastic film webs 24A, 24B are attached to the associated sheetpiles 2, 4. After the construction of the building 23 and the connection with the plastic film 24 (see Fig. Ia) to Id)), soil is filled in the pit 6 between the plastic film webs 24A, 24B, that is between the plastic film webs 24A and the side wall 14 as well the plastic film web 24B and the side wall 16 and further above the ceiling 18 of the concrete vault up to the level 29 of the top of the second radiation shielding layer 20 produced in this case. Subsequently, with another plastic film web 24C the top of the second radiation shielding layer 20 on the Level 29 covered. Subsequently, the
  • the two plastic film webs 24A and 24B may also be provided with a sufficient width that they can be folded on the top of the earth layer 20 at the level 29, laid on and welded together. Possibly. Multiple welding can be an advantage.
  • the sealing film 24 is thus brought up in the welded state on one side of the bottom plate 10 and returned on the other side back to the bottom plate.
  • a covering layer 30 of earth On the cover layer 30 is again a warning and
  • FIG. 1a) to Id) show the structure and connection of the plastic film 24 to the bottom plate 10 of the building 23.
  • Fig. Ia) is first after the excavation of the pit 6 in the conventional manner, a protective and cleansing layer 52 on the Floor 6a of the pit 6 applied, on which later the bottom plate 10 can be poured.
  • the distance between the front formwork 54 and the plastic strip 56 is about 30 cm.
  • the plastic film 24 is attached to the plastic strip 56, z. B glued.
  • the plastic film 24 is optional, optionally on both sides, protected with a temporary protective film 58 from damage during subsequent casting with concrete.
  • An advantage of the invention is therefore due to the fact that the concrete building or tunnel structure 23 regardless of the needed shielding in extreme cases only needs to be dimensioned according to static considerations.
  • the concrete walls 14, 16, 18 can be made relatively thin with little formwork and reinforcement effort even with intensive and high-energy radiation. Possibly.
  • a minimum mass of the concrete building or a corresponding geotechnical anchorage of the concrete building in the ground will be provided to limit an underground displacement of the concrete building. If the use permits, it is also possible to deviate from the usual rectangular cross-section and adapt the cross-sectional shape to more favorable models of load transfer, for example a tunnel structure with a round cross-section.
  • the concrete building 23 can therefore be designed with wall thicknesses that are so thin that the radiation exposure directly on the outer wall of the concrete building exceeds the permissible limits for the specific activity of the water.
  • special attention should be paid to the isotopes 55-Fe, 54-Mn and 22-Na.
  • the following limit values for the specific activity of the water can be exceeded during operation directly on the outer wall of the concrete building: 55-Fe:> IxIO 5 Bq / cbm, 54-Mn:> 2xlO 5 Bq / cbm, and / or 22-Na:> 4x10 4 Bq / cbm.
  • the permissible limits are met, however, characterized in that the earth layer 20 has a shielding effect of at least one, two or more orders of magnitude. At least the following limit values should be reached below: 55-Fe: ⁇ 3xlO 4 Bq / cbm,
  • the dose rate may even be> 1 Sv / h.
  • the second radiation shielding layer 20 consists mainly of the excavated soil, a common position from the performance specifications of the trade earthworks can be used. Essentially, only the moisture content and the degree of compaction are to be controlled. If the replacement characteristics of the soil excavated during construction excavation and laterally interposed are inadequate, it is possible to carry out admixtures, admixtures of other types of soil, such as gravel and / or sand, using conventional methods.
  • the all-round water-impermeable covering of the shielding body prevents the exchange of ions from the inside to the outside and from flowing ambient water from outside to inside.
  • the sealing film 24 ensures that activated substances in the second radiation shielding layer 20 are hydrogeologically immobilized.
  • the earth located outside the second radiation shielding layer 20 is hydrogeologically separated by the sealing film 24 from the second radiation shielding layer 20.
  • sealing foil 24 forms, with the inclusion of the concrete walls, a substantially closed compartment 19 in which the loose or compacted filling compound is enclosed in a water-impermeable or hydrogeologically immobilized manner, so that it is produced
  • Radioactivity not only from rainwater but also from the groundwater is not flushed out, i. is not transported further.
  • the preferred materials PE-HD plastic films
  • methods machine-welded films with overlapped joints, double-welded and with control channel
  • the installation of the sealing film 24 is done all around on one
  • Interlayer 42 to prevent damage to the film 24, e.g. when pulling the Baugrubenumspundung to prevent (see Fig. 5 and Fig. 5a) -5d)).
  • the technique of welding allows to proceed in sections and can also be used when the construction is made in the cycle.
  • the sealing film 24 itself may, but need not, be resistant to radiation exposure. The requirement for the radiation resistance of the sealing film 24 depends on the installation location. If the sealing film 24 is placed in the radiation-technical "zero zone", that is, where even in the event of an accident, no significant ionizing radiation arrives, no requirements in terms of radiation resistance need to be collected. On the other hand, if the sealing film 24 is laid in the limit zone, ie where an admissible limit value may still be released to the environment, the damage to the sealing film 24 must be included as a reduction value in the expected service life of the construction.
  • the earth of the second radiation shielding layer 20 is preferably densified, preferably with a density greater than 1.8 g / cm 3 .
  • the covering layer 30 and / or the remaining filling 35 (see Fig. 2) up to the surface 34 may also be compressed.
  • the layer thickness of the second radiation shielding layer or the earth sheath 20 is based on the following criteria:
  • the sealing film 24 itself should be protected from radiation, ie the dose must not exceed predetermined values during the intended operating time.
  • Initial calculations indicate that the sealing film 24 at a thickness of the mantle 20 from 1 m to 3 m between the concrete walls 14, 16, 18 and the sealing film 24 is still a non-negligible dose in the sealing film 24 is deposited. Therefore, if necessary, films such as PE film or Mylar are preferred, which are to some extent radiation-resistant. At present, PE-HD films are preferred.
  • Fig. 2 shows a somewhat modified embodiment with respect to FIG. 1 in the fully filled state before the sheet piles 2, 4 are removed.
  • the concrete floor slab 10 is considerably thinner than in Fig. 1. Therefore, under the concrete floor slab 10 in this embodiment also a hydrogeologically immobilized earth layer for radiation shielding is required.
  • the second radiation shielding layer 20 of earth extends like a tube in cross-section completely around the tunnel structure 23.
  • the plastic film 24 extends below the concrete base plate 10 in order there also a flushing of activated substances from the second radiation To prevent shielding layer 20.
  • the plastic film 24 forms a closed tube 36, which in turn encloses the tube-like second radiation shielding layer 20 in turn.
  • the preparation is carried out as follows. First, the pit is excavated to the base level 8. At the base level 8, a plastic film web 24F is then laid out and the lower part of the second radiation shielding layer 20 is filled with earth until the level 9 is reached, on which the concrete base plate is then possibly lowered. is constructed with the inclusion of structurally required intermediate storage.
  • the side plastic film sheets 24A, 24B are attached to the sheet pile walls 2, 4 and welded to the lower plastic sheet 24F at the lower edges 24G, 24H.
  • sealing layer which is formed by the sealing film 24, multi-layered (not shown).
  • several layers of the sealing layer are also possible.
  • the plurality of radially layered films may be radially adjacent to each other or spaced apart with an intermediate layer of earth. In the embodiment of Fig. 2, the multilayer sealing layer is then of a
  • FIG. 1 Formed by a plurality of coaxially extending sealing tubes.
  • the plurality of layers of plastic film should be brought together on the concrete floor panel 10 and connected to each other there impermeable to water. It is obvious to the person skilled in the art that the variants of FIGS. 1 and 2 can also be combined, for example in that shown in FIG Embodiment around a closed sealing tube is arranged.
  • Fig. 3 shows an embodiment which does not require sheet piling.
  • a trapezoidal pit 6 is excavated with a stable slope angle a.
  • the side film webs 24A, 24B are applied to the pit embankment. Otherwise, the procedure according to the embodiment of FIG. 2.
  • Fig. 4 shows an above-ground tunnel construction. To produce it, first the lower plastic film web 24F is placed on the ground. The tunnel structure will then be built on the plastic film web 24F. After filling the second radiation shielding layer 20 with ground, the plastic film sealing tube 36 around the second radiation shielding layer 20 is closed. Then, a substantially trapezoidal cover layer 30 is poured over the entire assembly, so that the plastic films 24 are completely covered. In this example, a warning and protective layer 32 is dispensed with, since the entire radiation protection structure is applied above ground.
  • the sealing film 24 can thus be used for aboveground radiation protection structures.
  • the second radiation shielding layer 20 is mainly protected against percolating precipitation water. It is preferred to circulate the precipitation water as completely as possible around the second radiation shielding layer 20 and to supply it to the natural infiltration.
  • Fig. 5 shows a detailed view of the sheet pile wall 2.
  • a sliding layer 40 for example, made of sand. Sliding layer 40 facilitates extraction of the sheet pile wall after complete filling of pit 6.
  • intermediate layer 42 is disposed between slipping layer 40 and plastic film 24 which balances the honeycomb shape of sheet pile wall 2 to provide a smooth surface 44 for plastic film 24 ,
  • FIGS. 5a) to 5d an alternative embodiment for the structure with the sliding layer is shown.
  • the sheet pile wall 2 is covered with a double plastic film, which forms a sliding layer 40 '(Fig. 5a)).
  • the compensating interlayer 42 is attached to the overlay 40 'without substantial bearing function ( Figure 5b)).
  • the sealing film 24 is attached to the intermediate and leveling layer 42, e.g. glued ( Figure 5c)).
  • Figure 5c glued
  • a temporary protective layer 46 e.g. a temporary protective film is applied (FIG. 5 d)) in order to prevent damage to the sealing film 24.
  • a radiation protection structure which realizes the shielding concept according to the invention only on the ceiling 18.
  • the secondary radiation to be shielded starts from the jet pipe 28.
  • the concrete base plate 10 and the side walls 14 and 16 for shielding the secondary radiation from the jet pipe 28 are made in conventional monolithic concrete construction.
  • the ceiling 18 has a reduced thickness.
  • a layer of earth which in this example has about 4 m thickness.
  • the earth layer 20 is protected by a plastic film 24 against the ingress of water.
  • the plastic film 24 is connected on the sides with water impermeable side walls 5OA, 5OB, so that a closed compartment 19 is formed for the earth and no rainwater can penetrate into the earth layer 20.
  • appropriate outflows should be provided.
  • FIG. 7 shows an exemplary schematic cross section through the radiation protection structure according to the invention for a simulation calculation.
  • the jet pipe 28 is shown schematically, which is enlarged in Fig. 7 bottom right.
  • the tunnel interior 22 has in this example a cross section of 5 m x 4 m and is bounded on all sides by a 1.5 m thick concrete tunnel wall.
  • the second radiation shielding layer 20 made of earth has a thickness of 3 m on all sides and is bounded on all sides by the sealing film 24.
  • the tunnel assumes a dose rate of about 100 Sv / h at 10% beam loss of a primary beam of uranium ions with an energy of 1.5 GeWu and an intensity of 10 12 particles / s.
  • This dose rate is reduced to a public level of about 0.1 ⁇ Sv / h.
  • the Radiation levels are reduced to the outside by nine orders of magnitude.
  • the tenth value layer thickness is about 1 m for concrete and about 1.3 m for earth. From this the shielding requirement for different concrete-earth-layers is derived. For example, if a concrete thickness of 1.5 m is provided, are of the
  • Fig. 8a shows a section of the course of the jet tube tunnel and Fig. 8b) the associated calculated dose rate in Sv / h.
  • the tunnel wall thickness is 50 cm in this example.
  • a local beam loss of 10% of a 2.7GeWu uranium primary beam is calculated for an irradiation time of 5000 days with a 50-day cooldown.
  • the generated activation is dominated by the radionuclides 22-Na, 55-Fe, 54-Mn, 7-Be and 3-H.
  • the exceedances of the limit values according to the German Radiation Protection Ordinance are given under the assumption that the full activity changes into equal volume water. It can be clearly seen that up to a soil layer of 250 cm in addition to the concrete wall, a limit exceeded can occur.
  • the plastic film 24 prevents the migration of radioactivity from the compartment 19 here.
  • the radioactivity generated outside this layer no longer causes the limit values to be exceeded. It is even possible, with a large amount of 3-H produced (tritium), to connect a gas outlet to the compartment to remove the tritium.
  • Fig. 9 shows a further embodiment of the invention with two underground buildings 23, 23 a.
  • the building 23 in the illustration on the right is an accelerator tunnel in which the particle accelerator 28 is accommodated.
  • the building 23a with bottom 10a, side walls 14, 16a and ceiling 18a on the left in the illustration is a supply tunnel that provides the media required for the accelerator, such as electrical energy, liquid helium, etc. for the particle accelerator.
  • a fall device 21a may be provided which serves to support the ceiling 18a on which the earth rests.
  • the media are connected via a connecting line 62, which connects the inner regions 22, 22 a of the two tunnels, in the
  • Accelerator tunnel 23 supplied.
  • the two essentially parallel tunnels 23, 23a are connected to one another on the upper side and underside by sealing foil 24.
  • the sealing film 24 extends between the two tunnels 23, 23a and is each impermeable to water connected to the walls of the respective tunnel, so that a water-impermeable compartment 19 is formed between the two tunnels 23, 23a.
  • the compartment 19 is bounded by a respective side wall 14, 16a of the two tunnels 23, 23a and the top and bottom sealing foil 24.
  • the sealing foil 24 prevents water, eg rainwater and groundwater, from entering the body of the compartment 19 between the two Tunneling 23, 23a penetrates and also the water can flow out again.
  • the accelerator 28 in the right tunnel 23 produces secondary radiation which can activate the earth masses around the accelerator tunnel 23. Due to the sealing with the sealing film 24, the thickness of the side wall 14 can be reduced compared to a monolithic concrete shield, as the
  • the side wall 14 of the accelerator tunnel 23 facing the supply tunnel 23a can be made thinner than the opposite side wall 16, which is associated with a cost saving.
  • the film is securely attached to the two buildings 23, 23a against oppressive water. Also, the welds of the longitudinal and transverse seams (not shown) should be tight against pressing water.
  • Fig. 10 shows the embodiment of Fig. 9 with two buildings 23 and 23a, wherein in the underground building 23a in addition a shielding wall 25a is arranged.
  • the shielding wall 25a prevents radiation from passing through the connection line 62 into the building 23a and spreading there.
  • the beam levels can be kept low (e.g., ⁇ 3 ⁇ Sv / h), and occupancy is possible during beam operation in the larger part of the tunnel 23a behind the shielding wall 25a.
  • a support device 21a can be provided in the tunnel 23a, which can be designed as a support wall 21a.
  • the support means 21a is aligned according to static requirements and serves the

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Strahlenschutzbauwerk für strahlführende Einrichtungen (28) eines Teilchenbeschleunigers und/oder Bestrahlungsplätze an einem Teilchenbeschleuniger, umfassend: ein tragfähiges Gebäude (23) mit Betonwandungen als Seitenwände (14, 16), Decken (18) und/oder Böden (10), wobei die Betonwandungen eine erste Strahlungs-Abschirmschicht bilden, eine zweite Strahlungs-Abschirmschicht (20) aus einer losen oder kompaktierten Füllmasse, insbesondere Erde, an der Außenseite von zumindest einigen der Betonwandungen, wobei die Füllmasse in gewissem Maße wasserdurchlässig ist, so dass Radionuklide aus der Füllmasse ausschwemmbar wären, wobei die Betonwandungen und die zweite Strahlungs-Abschirmschicht (20) aus der losen oder kompaktierten Füllmasse eine zumindest zweischichtige Strahlungsabschirmanordnung bilden, eine Abdichtfolie (24) für die zweite Strahlungs- Abschirmschicht (20), wobei die Abdichtfolie (24) die zweite Strahlungs-Abschirmschicht (20) aus der losen oder kompaktierten Füllmasse an der Außenseite der zweiten Strahlungs-Abschirmschicht (20) umschließt und begrenzt, wobei die lose oder kompaktierte Füllmasse der zweiten Strahlungs-Abschirmschicht (20) zwischen den Betonwandungen und der Abdichtfolie (24) wasserundurchlässig eingeschlossen ist und somit die Füllmasse hydrogeologisch immobilisiert ist.

Description

Strahlenschutzbauwerk für einen Teilchenbeschleuniger
Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Strahlenschutzbauwerk für einen Teilchenbeschleuniger, und zwar für den Beschleunigertunnel und/oder für Experimentiereinrichtungen an dem Teilchenbeschleuniger, sowie Verfahren zum Bau eines solchen Strahlenschutzbauwerks .
Hintergrund der Erfindung
Die im Bauwesen bis heute weit verbreitete Methode der Strahlungsabschirmung besteht in der Anordnung von
Betonbauteilen in Form von Ortbetonkonstruktionen oder Fertigteilen. Je nach Strahlenart und Strahlintensität können durch Variation von Stärke/Dicke und Rezeptur des Betons die erforderlichen Abschirmwirkungen hergestellt werden. Als Zuschlagstoffe eignen sich beispielsweise
Eisengranulate, diverse Körnungen von Baryt (Schwerspat) , Hämatit und Magnetit etc.
Es ist problematisch, dass Betonbauteile während ihres Aushärtungsvorgangs (Abbindezeit) eine hohe Temperatur entwickeln (Hydratationswärme) . Die inneren Spannungen im Betonbauteil aus der Hydratationswärme nehmen mit zunehmender Bauteildicke stark zu, so dass so genannte Hydratationsbewehrungen in die Schalung eingelegt werden, um Verformungen und Spannungsrisse zu verhindern. Ist der Abbindevorgang abgeschlossen, hat diese Bewehrung ihre Aufgabe erfüllt. Eine Entfernung derselben ist nicht möglich und somit stellen sie einen möglichst zu vermeidenden Kostenfaktor dar. Werden durch eine hohe Strahlungsbelastung bzw. Strahlungsintensität sehr dicke Abschirmkonstruktionen notwendig, sind daher monolithische Betonkonstruktion, die Dicken von mehreren Metern aufweisen können, nachteilig.
Typischerweise wird seitens der Bewilligungsbehörden davon ausgegangen, dass am Ende der Nutzungsdauer nach dem
Abklingprozess auch die Strahlungsabschirmung rückgebaut und möglichst sortenrein entsorgt wird. Somit kann bei der Wahl der Konstruktion schon im Entwurfsstadium der voraussichtliche Aufwand für Lösen, Trennen und Aufteilen in Entsorgungsanteile und Recycling-Anteile bedacht werden. Hierbei sind insbesondere dicke Betonkostruktionen mit entsprechenden Zuschlagstoffen schwierig zu trennen.
In der DE 103 27 466 Al wird ein Baukörper für Strahlenschutzbauwerke beschrieben, bei welchem die
Gebäudeteile aus Stahlbeton hergestellt sind und eine Schicht des Gebäudeteils aus Strahlenschutzmaterial und eine weitere Schicht aus Beton hergestellt ist. Der in der DE 103 27 466 Al beschriebene Aufbau wird daher als sandwichartig bezeichnet.
Die Anmelderin plant derzeit einen Teilchenbeschleuniger in Form eines Synchrotrons im Rahmen des FAIR-Projekts (FAIR = Facility for Anti-Proton and Ion Research) . Im Doppelsynchrotron SIS 100/300 werden Protonen und Ionen bis Uran auf höchste Energien von bis zu etwa 100 GeV bzw. 35 GeV pro Nukleon beschleunigt. Das Synchrotron hat einen Umfang von etwa 1,1 km. Die Stärke der Abschirmung wird daran orientiert, wie hoch die Strahlverluste in den einzelnen Bereichen des Beschleunigers sind, wie hoch deren Energien sind und welche Grenzwerte der jeweiligen Strahlenschutzgesetzgebung einzuhalten sind. In Bereichen mit erhöhten Strahlverlusten wird hochenergetische SekundärStrahlung erzeugt. Es handelt sich hierbei insbesondere um Gammastrahlung und Neutronenstrahlung. Mit höherer Energie des Primärstrahls können jedoch auch zunehmend andere Arten der unerwünschten Strahlung, wie z.B. Myonenstrahlung oder Pionenstrahlung auftreten. Diese SekundärStrahlung muss demnach wirksam abgeschirmt werden. Aufgrund der hohen Strahlungspegel wird der SIS 100/300 wie auch andere Hochenergiebeschleuniger unterirdisch angeordnet. Der Beschleuniger selbst ist dann in einem unterirdischen Tunnel positioniert. Hierbei ist das
Strahlenschutzbauwerk so zu wählen, dass die Dosisleistung an zugänglichen Stellen, z.B. an der Erdoberfläche, vorbestimmte, z.B. gesetzliche vorgegebene Grenzen nicht überschreitet (in mSv/a oder μSv/h) .
Teilchenbeschleuniger können demnach eine beträchtliche Größe erreichen, so dass Kostenaspekte eine besondere Wichtigkeit erlangen. Mit wachsender Energie des in dem Beschleunigerstrahlrohr umlaufendenden Teilchenstrahls (Primärstrahl) erhöht sich typischerweise die Intensität und Maximalenergie der unerwünschten Sekundärstrahlung, die an die Umwelt abgegeben werden kann.
Die Herstellkosten für Strahlenschutzbauwerke von Hochenergie-Teilchenbeschleunigern sind aufgrund deren
Größe ebenfalls beträchtlich und setzen sich aus Material-, Lohn- und Planungsanteilen zusammen. Sind z.B. niedrige Materialkosten mit einer Vielzahl an Arbeitsgängen verbunden, wie sie bei Sandwich-Konstruktionen anfallen können, kann ein möglicherweise vorhandener Vorteil niedriger Materialkosten ggf. überkompensiert werden. Ferner sind viele Abschirmkonzepte nicht für Beschleunigeranlagen konzipiert und müssen ggf. rückgebaut werden, wenn die Anlage außer Betrieb genommen wird.
Es stellt sich nun das Problem, dass Erde, die nicht hinreichend abgeschirmt ist, aktiviert werden kann. Wenn dann ein Wasseraustausch zwischen aktiviertem Erdreich und der weiteren Umgebung stattfindet, können aktivierte Stoffe (Radionuklide) aus der Erde ausgeschwemmt werden. Auf der anderen Seite darf die Strahlenbelastung des Grundwassers gewisse Grenzwerte nicht überschreiten, da eine Strahlenexposition durch die Nährungskette, z.B. Transport des radioaktiven Wassers in landwirtschaftlich genutzte Bereiche oder direkt durch Verwendung des Wassers als Trinkwasser zu begrenzen ist.
Grundwasser ist jedoch nicht statisch zu betrachten, sondern unterliegt ebenfalls unterirdischen Strömungen. Die Erfinder haben nun herausgefunden, dass insbesondere bei unterirdischer Bauweise, abhängig von den geologischen Gegebenheiten, die Migration von Radionukliden durch den Grundwasser-Austausch in und aus strahlenbelasteter Erde problematisch sein kann.
Aufgrund der hauptsächlich durch Neutronenstrahlung verursachten Radioaktivität ist zu unterscheiden, welche Radionuklide mit welcher Aktivität erzeugt werden. So wird z.B. die kurzlebige Radioaktivität entsprechend der Aktivierungsgleichung sehr schnell in Sättigungsaktivität erzeugt. Sie stellt jedoch kein relevantes Expositionspotenzial dar, denn die Transportzeiten der Radionuklide sind so hoch, dass diese zerfallen sind bis sie an entsprechende Orte wie z.B. Brunnen gelangen können. Umgekehrt sind sehr langlebige Radionuklide in ihrem Niveau der Aktivierung - aufgrund des langsamen Aufbaus - so gering, dass sie typischerweise in der Bilanz keine Rolle spielen. Einen relevanten Beitrag zur Radioaktivität an den Referenzorten wie z.B. Brunnen bilden vor allem Radionuklide mit mittlerer Halbwertszeit. Beispiele von Radionukliden in der Erde mit mittlerer Halbwertszeit sind 7-Be, 46-Sc, 45-Ca, 54-Mn, 22-Na, 60-Co, 3-H, 152-Eu und 154-Eu.
Daher werden die Tunnelröhren aus Beton bislang typischerweise erheblich stärker gebaut, als die reinen statischen Gegebenheiten dies erfordern würden, um die umgebende Erde soweit wie möglich vor einer Belastung durch die Sekundärstrahlung zu schützen, so dass im Wesentlichen eine monolithische Betonabschirmung vorliegt. Dies führt jedoch zu einer Verteuerung des Abschirmkörpers.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung ein Strahlenschutzbauwerk für einen Teilchenbeschleuniger bereit zu stellen, welches die entstehende Sekundärstrahlung wirksam abschirmt, welches einfach und kostengünstig aufzubauen ist und welches stabil und langlebig ist und ggf. nicht rückgebaut zu werden braucht.
Eine spezifischere Aufgabe der Erfindung ist es, ein derartiges Strahlenschutzbauwerk bereit zu stellen, welches vor einer überhöhten Strahlenbelastung des Grundwassers auch bei unterirdischen Strömungen im Grundwasser schützt. Die Aufgabe der Erfindung wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Erfindungsgemäß wird ein Strahlenschutzbauwerk für einen Teilchenbeschleuniger bereit gestellt, welches insbesondere dafür vorgesehen ist, den langgestreckten, z.B. ringförmigen Strahlrohrtunnel eines Beschleunigers, in dem das Strahlrohr des Beschleunigers aufgebaut ist, zu bilden bzw. abzuschirmen. Der Beschleuniger kann selbstverständlich auch ein Speicherring für vorbeschleunigte energetische Teilchen sein. Es ist jedoch ersichtlich, dass die erfindungsgemäße Bauweise auch für Experimentierplätze, d.h. Bestrahlungsplätze (sogenannte Caves) und Strahlvernichter (sog. "Beam Dump") angewendet werden kann. Ggf. wird man sowohl den Strahlrohrtunnel des Beschleunigers und die Experimentierplätze integral mit der erfindungsgemäßen Strahlungsabschirmung versehen, daher wird im Folgenden von einem Gebäude gesprochen.
Das Gebäude besitzt allseitig stabile Betonwandungen, z.B. aus Stahlbeton, als Decken, Seitenwände und/oder Böden, derart dass das Gebäude Last-tragend ist und eine massive
Überdeckung z.B. mit Erdmaterial statisch abfangen kann.
Auf der anderen Seite ist die Dicke der Betonwandungen so gering, dass sie alleine keine hinreichende Abschirmwirkung besitzen würden, um die zulässigen Grenzwerte einzuhalten.
Die Dicke der Betonwandungen orientiert sich also im
Wesentlichen lediglich an den statischen Anforderungen.
Daher bilden die Betonwandungen des Gebäudes zwar eine erste Strahlungs-Abschirmschicht, die aber lediglich einen
Bruchteil der Gesamt-Strahlungsabschirmung des
Strahlenschutzbauwerks bewirkt. Zusätzlich zu den Betonwandungen des Gebäudes ist noch eine zweite Strahlungs-Äbschirmschicht vorgesehen, welche das Beton-Gebäude umgibt. Diese zweite Strahlungs- Äbschirmschicht wird dadurch erzeugt, dass loses Füllmaterial um das Gebäude herum angefüllt wird. Die Betonwandungen des Gebäudes besitzen demnach einerseits eine Mindestwandstärke, welche hinreichend ist, um tragfähig zu sein, die Wandstärke der Betonwandungen ist jedoch nicht groß genug, um alleine eine hinreichende Abschirmwirkung gegen die von dem Teilchenbeschleuniger ausgehende SekundärStrahlung zu bewirken, so dass keine vollständig monolithische Betonabschirmung vorliegt. Somit bilden die Betonwandungen und die zweite Strahlungs- Äbschirmschicht eine zweischichtige Strahlungsabschirmanordnung.
Es ist allerdings möglich, die Bodenplatte des Gebäudes erheblich dicker als die Seitenwände und die Decke auszuführen, so dass die Bodenplatte im Wesentlichen einer monolithischen Bauweise entspricht und die zweite
Strahlungs-Äbschirmschicht nur an den Seitenwänden und über der Decke des Gebäudes vorgesehen ist. Somit umfasst das Strahlenschutzbauwerk zumindest im Bereich der Seitenwände und/oder der Decke die erfindungsgemäße zweischichtige Anordnung. Vorzugsweise weist das Gebäude hierfür eine
Wandstärke der Beton-Seitenwände und Beton-Decke von etwa 0,5 m bis 2 m, bevorzugt zwischen 1 m und 1,5 m auf. Vorzugsweise bilden die Seitenwände und die Decke ein tragfähiges, aber schlankeres Gewölbe, welches auf der stärkeren Bodenplatte aufsteht.
Die zweite Strahlungs-Äbschirmschicht erstreckt sich demnach im Fall eines Tunnelbauwerks als Gebäude entlang der Längsrichtung des Tunnelbauwerks und zwar im Querschnitt zumindest in den Sektoren beidseits seitlich des Tunnelbauwerks und oberhalb des Tunnelbauwerks, so dass die zweite Strahlungs-Abschirmschicht die Form einer sich längs entlang dem Tunnelbauwerk erstreckenden Haube um das Tunnelbauwerk besitzt. Die Füllmasse wird als loses Füllmaterial eingefüllt und optional verdichtet oder kompaktiert. Die Füllmasse besteht also nicht aus zu einem festen Bauteil abgebundenem Baumaterial, wie Beton oder Gips, sondern bleibt lose oder kompaktiert. Die Füllmasse bleibt also dauerhaft eine verfüllbare oder verformbare Masse. Vorzugsweise wird Erde als Füllmasse verwendet, insbesondere diejenige Erde die vor Ort vorhanden ist, also insbesondere die Erde die beim Ausschachten des Tunnels anfällt. Die Erde wird vorzugsweise in einem feuchten
Zustand verwendet. Zweckmäßig bleibt einfach die in der Erde natürlich vorhandene Feuchtigkeit erhalten. Die Füllmasse ist aber insbesondere nicht unverfüllte, d.h. unbewegte Erde. Die Füllmasse wird also gezielt in den Bereich, der die zweite Strahlungs-Abschirmschicht bildet, eingefüllt. Alternativ zur Erde oder als Zusätze kommen auch Sand, Kies, Kalk, Schluff oder Ton bzw. Tonerde oder Mischungen hieraus, z.B. sandiger Schluff in Betracht.
Die zweite Strahlungs-Abschirmschicht weist nun eine Mindestdicke auf, welche so gewählt ist, dass die zweischichtige Anordnung aus der zweiten Strahlungs- Abschirmschicht und den Betonwandungen des Gebäudes eine hinreichende Abschirmwirkung für die SekundärStrahlung aus dem Teilchenbeschleuniger besitzt. Erde bzw. Erdaushub besitzt im verdichteten Zustand (1,8 g/cm3) eine Abschirmwirkung im Bereich von etwa dem 0,8-fachen von Normalbeton (Dichte 2,3 g/cm3) . Daher wird die Dicke der zweiten Strahlungs-Abschirmschicht mindestens etwa mit dem 1,3-fachen einer entsprechenden Betonabschirmung gewählt. Im unverdichteten Zustand muss die Schichtdicke entsprechend vergrößert werden. Vorzugsweise beträgt die Mindestdicke der zweiten Strahlungs-Abschirmschicht 1 m.
Um einen Erdmantel als zweite Strahlungs-Abschirmschicht zu verwenden, wird zunächst eine Charakterisierung von verschiedenem Bohrkernmaterial, möglichst von mehreren Bohrlöchern bis hin zur Elementeverteilung vorgenommen.
Anhand der Elementeverteilung wird die Abschirmwirkung und Aktivierbarkeit ermittelt. Ferner wird ermittelt, welche Radionuklide in das Grundwasser übergehen könnten. Hierzu wird auch das vorhandene Grundwasser charakterisiert.
Um die zweite Strahlungs-Abschirmschicht herum ist eine hydrogeologisch immobilisierende Abdichtfolie vorgesehen, welche die zweite Strahlungs-Abschirmschicht bzw. den Erdmantel im Wesentlichen vollständig einschließt und sich entlang der Längsrichtung des Gebäudes erstreckt. Die Abdichtfolie bildet eine wasserundurchlässige dünne Abdichtschicht oder Membran ohne wesentliche statische Funktion, die hauptsächlich dazu dient, die Füllmasse wasserundurchlässig einzuschließen, so dass die Abdichtfolie die Migration von Radionukliden aus der
Füllmasse verhindert. Zweckmäßig besteht die Abdichtfolie insbesondere aus einer handelsüblichen Kunststofffolie. Die Dicke der Kunststofffolie ist so gewählt, dass sie den mechanischen Belastungen beim Verfüllen und möglichen geologischen Bewegungen sowie Belastungen durch Flora und Fauna standhalten kann. Dies lässt sich mit herkömmlichen Kunstofffolien mit einer Stärke im Bereich von etwa 0,5 mm bis 10 mm erreichen. Besonders bevorzugt sind hochdichte Polyethylen-Folien, sogenannte PE-HD-Folien mit einer Folienstärke im Bereich von etwa 1 mm bis 3 mm. Derartige Kunststofffolien werden auch auf Mülldeponien verwendet, weshalb diese Folien auch als Deponie-Folien bezeichnet werden. Solche Kunststofffolien sind langzeitbeständig, und unverrottbar bis zu 100 Jahren. Je nach Dicke der zweiten Strahlungs-Abschirmschicht kann es ferner vorteilhaft sein, ein Folienmaterial zu wählen, welches in gewissem Maße strahlenresistent ist.
Die wasserundurchlässige Kunststofffolie begrenzt somit die zweite Strahlungs-Abschirmschicht nach außen und bildet einen wasserundurchlässigen Dicht-Mantel, der den Erdmantel umgibt, vorzugsweise in Form einer wasserundurchlässigen Haube oder Röhre. Mit anderen Worten wird mittels der Abdichtfolie ein wasserdichtes Kompartiment zumindest teilweise um das Gebäude herum gebildet, in das die Erde, welche die zweite Strahlungs-Abschirmschicht bildet, eingeschlossen ist. Das wasserdichte Kompartiment ist ein mittels der Kunststofffolie wasserdicht abgetrennter Raum.
Die Abdichtung mit der Abdichtfolie kann insbesondere in zwei Ausführungsformen ausgestaltet sein:
1) Die Abdichtfolie bildet eine ringförmig geschlossene Abdichtröhre, welche das Gebäude einschließlich seiner
Bodenplatte und die das Gebäude umgebende zweite Strahlungs-Abschirmschicht aus loser oder kompaktierter Füllmasse im Querschnitt vollständig umschließt.
2) Die Abdichtfolie besitzt einen im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt und umgibt das Gebäude und die das Gebäude umgebende zweite Strahlungs-Abschirmschicht aus loser oder kompaktierter Füllmasse im Querschnitt beidseits seitlich und oberseitig, so dass die Abdichtfolie die Form einer nach unten offenen Abdichthaube oder einer Überkopf stehenden Rinne aufweist. Vorzugsweise wird die Abdichthaube entlang dem Tunnelbauwerk mit dem Tunnelbauwerk selbst, z.B. mit dessen Bodenplatte wasserundurchlässig verbunden, so dass Teile des Tunnelbauwerks den unterseitigen Abschluss der Abdichthaube bilden. Hierfür ist die Verwendung von wasserundurchlässigem Beton, sogenanntem WU-Beton für diejenigen Teile des Tunnelbauwerks die nicht von der Folie umschlossen sind, also z.B. für die Bodenplatte vorteilhaft. Ferner ist es bei dieser Ausführungsform bevorzugt, die Bodenplatte des Tunnelbauwerks erheblich dicker auszuführen als das Tunnelgewölbe, da das Erdreich unter der Bodenplatte nicht hydrogeologisch immobilisiert ist.
Im Querschnitt werden demnach zumindest die Sektoren beidseits an den Seiten und oberseitig der zweiten Strahlungs-Abschirmschicht wasserundurchlässig umschlossen. Die Abdichtschicht bildet also - gegebenenfalls zusammen mit Teilen des Tunnelbauwerks - ein Kompartiment, in welches die Erde eingefüllt ist, um die zweite Strahlungs- Abschirmschicht bzw. den Erdmantel zu bilden. Das Kompartiment wird nach außen mehrseitig, insbesondere zumindest beidseits und an der Oberseite von der
Kunststofffolie begrenzt. An der Innenseite wird das Kompartiment durch das Gebäude begrenzt. Mit anderen Worten umhüllt das Kompartiment mit der hierin eingebrachten Füllmasse das Gebäude an mehreren Seiten. Ferner weist der Strahlenschutzkörper also zumindest eine dreischichtige Anordnung aus i) den Betonwandungen, ii) der zweiten Strahlungs-Abschirmschicht aus Erde und iii) aus der Abdichtfolie auf, wobei die drei Schichten den abzuschirmenden Raum mit den Bauteilen, von denen die Strahlung ausgeht, im Wesentlichen koaxial umschließen.
Die Abdichtfolie verhindert demnach die Ausschweπunung von ausschwemmbaren Stoffen aus der losen oder kompaktierten Füllmasse in dem wasserundurchlässigen Kompartiment . Dies können z.B. Bestandteile der Füllmasse selbst sein oder Stoffe die z.B. in gelöster Form durch Grund- und/oder Regenwasser in die Füllmasse eingetragen werden könnten, wenn die Abdichtung nicht vorhanden wäre. Insbesondere kann also der Transport von eluierten Radionukliden verhindert werden. Die Abdichtfolie verhindert somit, dass radioaktive Isotope die in der zweiten Strahlungs-Abschirmschicht durch die abgeschirmte Strahlung in der Füllmasse erzeugt werden, ins Grundwasser gelangen können.
Die hydrogeologische Immobilisierung kann zusätzlich zu der Abdichtung durch die Kunststofffolie noch durch Beimischung von bestimmten Zusatzstoffen, welche die Migration von Radionukliden in der Füllmasse erschweren, verbessert werden .
Grundsätzlich weist das Strahlenschutzbauwerk somit eine mehrschichtige Strahlungsabschirmung auf, wobei die erste Strahlungs-Abschirmschicht von den Betonwandungen des
Tunnelbauwerks und die zweite Strahlungs-Abschirmschicht von der Erdschicht um das Tunnelbauwerk herum gebildet wird, wobei die Erdschicht der zweiten Strahlungs- Abschirmschicht einen Mantel bildet, der nach außen von der Abdichtfolie begrenzt wird. Die radiale Schichtfolge der Abschirmanordnung ist demnach von innen nach außen: Erste Abschirmschicht, gebildet von den Betonwandungen; Erdmantel; und Kunststofffolie zur hydrogeologischen Abdichtung. Vorzugsweise ist die Strahlungsabschirmwirkung der zweiten Strahlungs-Abschirmschicht größer als die der ersten Strahlungs-Abschirmschicht. Mit anderen Worten ist die zweite Strahlungs-Abschirmschicht umgerechnet in Beton- Äquivalent dicker (vorzugsweise mindestens um einen Faktor 2) als die erste Strahlungs-Abschirmschicht, das heißt die Betonwandungen .
Im Gegensatz zu den in der Einleitung beschriebenen bekannten Abschirmkonzepten, nämlich monolithische Bauweise oder Sandwichbauweise, benötigt das erfindungsgemäße Strahlenschutzbauwerk lediglich eine einzige Schicht von Last-tragenden Wandungen mit einer Wandstärke, die im Wesentlichen lediglich durch statische Randbedingungen festgelegt ist. Die Betonwandungen besitzen daher eine Dicke die im Wesentlichen nicht größer ist, als dies ausschließlich aufgrund der statischen Anforderungen notwendig ist. Ein wesentlicher Teil der Abschirmwirkung wird folglich durch die zweite Strahlungs-Abschirmschicht aus loser oder kompaktierter, aber nicht statisch tragender Füllmasse, erzielt.
Es ist ein Vorteil dieser Anordnung, dass der Aufbau einfach ist und dass die Dicke der Betonwandungen gegenüber einer vollständig monolithischen Bauweise reduziert werden kann.
Ein weiterer Vorteil ist es, dass die Einbringung von Fremd-Material für die Abschirmung, welches bei den bisher bekannten Konzepten teilweise unter hohem Aufwand produziert und transportiert werden muss, verringert werden kann. Füllmasse in Form von Erde ist am Standort vorhanden bzw. wird im Rahmen der Baumaßnahmen durch die Errichtung von Gebäuden ohnehin frei verfügbar, so dass diese Erde als Abschirmmaterial verwendet werden kann. Da ohnehin Aufwand betrieben werden muss, um die radiologischen Auswirkungen des Betriebs der Beschleunigeranlage (Aktivierungen) zu untersuchen, erspart man sich zudem die zusätzlichen
Aktivierungsanalysen des einzubringenden Fremd-Materials, so dass unter Umständen der Aufwand für Material- Untersuchungen reduziert werden kann.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen
Strahlenschutzbauwerks besteht darin, dass ein großer Teil der Abschirmanordnung, nämlich die Erde der zweiten Strahlungs-Abschirmschicht, nach Beendigung der Nutzung der Anlage nicht aufwändig abgebaut werden muss . Es genügt zu überprüfen (z.B. jährlich), ob außerhalb der zweiten Strahlungs-Abschirmschicht die Aktivierung auf einem niedrigen Niveau bleibt. Es muss lediglich der radioaktive Zerfall abgewartet werden. Die längste Halbwertszeit für die vorstehend genannten Radionuklide beträgt 12,3 Jahre für 3-H und 13,3 Jahre für 152-Eu.
Die Art und Intensität der abzuschirmenden Sekundärstrahlung kann von Ort zu Ort am Beschleuniger variieren. Darauf kann bei der Erfindung dadurch reagiert werden, dass sehr einfach die Dicke der zweiten Strahlungs- Abschirmschicht lokal an die Art und Intensität der Sekundärstrahlung angepasst werden kann. Somit ist die Dicke der zweiten Strahlungs-Abschirmschicht an unterschiedlichen Stellen des Gebäudes, insbesondere entlang der Längsachse des Tunnelbauwerks ggf. unterschiedlich. Die diesbezügliche Variablilität des Strahlenschutzbauwerks ist demnach ebenfalls von Vorteil. Vorzugsweise ist die Abdichtfolie vollständig mit einer Überdeckungsschicht ebenfalls aus Erde überdeckt. Dadurch ist die Abdichtfolie z.B. vor Sonnenstrahlung und ungewollter Beschädigung beim Betreten/Befahren der Fläche über dem Strahlenschutzbauwerk geschützt. Insbesondere bei der Verwendung für ein unterirdisches Strahlenschutzbauwerk ist es vorteilhaft, die ÜberdeckungsSchicht ihrerseits mit einer Warn- und Schutzschicht zu überdecken. Dies kann z.B. eine farbig auffällige Folie oder eine Estrichschicht sein, die weiter außen oder oben in einem gewissen Abstand zur Abdichtfolie verläuft. Dies verhindert, dass die Abdichtfolie bei Bauarbeiten versehentlich verletzt wird, da vorher auf die Warn- und Schutzschicht gestoßen wird.
Insbesondere bei einem langen Tunnelbauwerk ist es vorteilhaft mehrere sich entlang der Längsrichtung der Tunnelröhre erstreckende Folienbahnen zu verwenden, die vor Ort wasserundurchlässig verschweißt werden.
Die Aufgabe wird außerdem mit einem Strahlenschutzbauwerk für strahlführende Einrichtungen eines
Teilchenbeschleunigers und/oder Bestrahlungsplätze an einem Teilchenbeschleuniger gelöst, wobei das Strahlenschutzbauwerk umfasst: ein erstes und zweites tragfähiges Gebäude mit
Betonwandungen als Seitenwände, Decken und/oder Böden, wobei die Betonwandungen des ersten Gebäudes eine erste Strahlungs-Abschirmschicht bilden, eine zweite Strahlungs- Abschirmschicht aus einer losen oder kompaktierten Füllmasse zumindest in einem Zwischenraum zwischen dem ersten und zweiten Gebäude, wobei die Füllmasse in gewissem Maße wasserdurchlässig ist, so dass Radionuklide aus der Füllmasse ausschwemmbar wären, wobei zumindest die dem zweiten Gebäude zugewandte Betonwandung des ersten Gebäudes und die zweite Strahlungs-Abschirmschicht aus der losen oder kompaktierten Füllmasse zwischen dem ersten und zweiten Gebäude eine zumindest zweischichtige Strahlungsabschirmanordnung bilden, und zumindest eine unterseitige und/oder oberseitige Abdichtfolie, welche sich zwischen dem ersten und zweiten Gebäude erstreckt und die lose oder kompaktierte Füllmasse der zweiten Strahlungs- Abschirmschicht zwischen dem ersten und zweiten Gebäude einschließt und somit die Füllmasse hydrogeologisch immobilisiert ist.
Hierbei kann das erste Gebäude ein Beschleunigertunnel und das zweite Gebäude ein im Wesentlichen parallel zu dem Beschleunigertunnel verlaufender Versorgungstunnel sein.
Die Aufgabe wird ebenfalls durch ein Verfahren zum Bau eines unterirdischen Strahlenschutzbauwerks mit einer mehrschichtigen Strahlungsabschirmung für einen Teilchenbeschleuniger gelöst, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: a) Aufbauen eines ersten und zweiten tragfähigen Gebäudes jeweils mit Betonwandungen als Seitenwände, Decken und/oder Böden, wobei die Betonwandungen des ersten Gebäudes eine erste Strahlungs-Abschirmschicht bilden, b) Verfüllen des Zwischenraums zwischen dem ersten und zweiten Gebäude mit einer losen Füllmasse, um eine zweite Strahlungs-Abschirmschicht in einem Zwischenraum zwischen dem ersten und zweiten Gebäude zu bilden, wobei die Füllmasse in gewissem Maße wasserdurchlässig ist, so dass Stoffe aus der Füllmasse ausschwemmbar wären, und wobei die Schichtdicke der Füllmasse hinreichend groß ist, um eine signifikante Strahlungsabschirmung mittels der zweiten Strahlungs-Abschirmschicht zu bewirken, c) oberseitiges und/oder unterseitiges Abdecken der zweiten Strahlungs-Abschirmschicht mit Abdichtfolie zwischen dem ersten und zweiten Gebäude und wasserundurchlässiges Verbinden der Abdichtfolie mit dem ersten und zweiten Gebäude, so dass zwischen der Abdichtfolie und dem ersten und zweiten Gebäude ein wasserundurchlässiges Kompartiment gebildet wird, in welches die Füllmasse der zweiten Strahlungs- Abschirmschicht eingeschlossen ist, derart dass eine Ausschwemmung von ausschwemmbaren Bestandteilen aus der Füllmasse der zweiten Strahlungs-Abschirmschicht zwischen dem ersten und zweiten Gebäude verhindert wird, d) Einbauen von strahlführenden Einrichtungen des Teilchenbeschleunigers und/oder Experimentiereinrichtungen an dem Teilchenbeschleuniger in das Innere des ersten Gebäudes .
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von
Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert, wobei gleiche und ähnliche Elemente teilweise mit gleichen Bezugszeichen versehen sind und die Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden können.
Kurzbeschreibung der Figuren Es zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt senkrecht zur Strahlachse eines unterirdischen Strahlenschutzbauwerks gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
Fig. Ia)-Id) schematische Querschnitte zur Darstellung der Verbindung der Kunstststofffolie mit der
Beton-Bodenplatte bei dem Strahlenschutzbauwerk gemäß Fig. 1. Fig. 2 einen Querschnitt senkrecht zur Strahlachse eines unterirdischen Strahlenschutzbauwerks gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 3 einen Querschnitt senkrecht zur Strahlachse eines unterirdischen Strahlenschutzbauwerks gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 4 einen Querschnitt senkrecht zur Strahlachse eines oberirdischen Strahlenschutzbauwerks gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung, Fig. 5 einen vergrößerten Horizontalschnitt im Bereich der Spundwand,
Fig. 5a) -5d) schematische Horizontalschnitte zur Darstellung des Aufbaus entlang der Spundwand,
Fig. 6 einen Querschnitt senkrecht zur Strahlachse durch ein Strahlenschutzbauwerk für einen
Experimentierplatz , Fig. 7 einen schematischen Querschnitt durch ein
Strahlenschutzbauwerk mit Ausschnittsvergrößerung des Strahlrohres,
Fig. 8a) einen schematischen Horizontalschnitt durch ein Strahlenschutzbauwerk mit einem gekrümmten
Strahlröhrtunnel , Fig. 8b) Isodosislinien gemäß einer Simulationsrechnung zu dem Beispiel aus Fig. 8a) ,
Fig. 9 einen Querschnitt senkrecht zur Strahlachse eines unterirdischen Strahlenschutzbauwerks mit zwei
Tunneln gemäß einer weiteren Ausführungsform der
Erfindung. Fig. 10 einen Querschnitt senkrecht zur Strahlachse eines unterirdischen Strahlenschutzbauwerks mit zwei Tunneln gemäß einer weiteren Ausführungsform der
Erfindung mit einer zusätzlichen Abschirmmauer.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung Fig. 1 zeigt zwei Spundwände 2, 4, welche zunächst senkrecht in einem Abstand von 10 m in den Erdboden getrieben werden. Anschließend wird die Grube 6 zwischen den beiden Spundwänden 2, 4 bis zu dem Grundniveau 8 vollständig ausgeschachtet. Auf dem Grundniveau 8 wird eine 2 m dicke Beton-Bodenplatte 10 aus WU-Beton auf den Boden des Grundniveaus 8 betoniert, wie nachstehend anhand der Fig. Ia) bis Id) noch detaillierter erläutert wird.
Auf der Bodenplatte ist ein Betongewölbe 12, welches aus zwei Seitenwänden 14, 16 und einer Decke 18 besteht, aufgesetzt. Die Beton-Bodenplatte 10 ist mit einer Dicke von 2 m gegenüber den Wandungen 14, 16, 18 des Beton- Gewölbes 12 (in diesem Beispiel: Dicke 0,5 m) verstärkt. Die Beton-Bodenplatte 10 ist an den beiden Seiten 10A, 10B auf eine Dicke von etwa 1 m abgestuft.
Das Beton-Gewölbe 12 ist mit einer Abschirmschicht 20 aus Erde jeweils links und rechts seitlich und oberhalb des
Beton-Gewölbes 12 umgeben. Die Stärke dieses Erdmantels 20 beträgt in diesem Beispiel links und rechts des Beton- Gewölbes 12 2 m und oberhalb des Beton-Gewölbes 12 3 m. Das Beton-Gewölbe 12 und die hieran angrenzende Erdschicht 20 bilden in Bezug auf die aus dem Innenraum 22 des
Tunnelbauwerks 23 austretende Sekundärstrahlung eine zweischichtige Abschirmanordnung, wenngleich die Wandungen des Beton-Gewölbes 12 im Wesentlichen auf ihre statische Funktion hin optimiert sind. Der Erdmantel, welcher die zweite Strahlungs-Abschirmschicht 20 bildet, wird beidseits an den Seiten links und rechts sowie oberseitig von einer Kunststofffolie begrenzt und wasserundurchlässig eingeschlossen. Die Kunststofffolie 24 bildet demnach eine im Wesentlichen umgekehrte U-förmige Abdichthaube 26. Die Abdichthaube 26, bestehend aus der Kunststofffolie 24, ist in diesem Beispiel mit ihrer offenen Unterseite an den beiden Seiten 10A, 1OB der Beton-Bodenplatte 10 wasserundurchlässig verbunden, z.B. wie nachfolgend in Fig. Id) dargestellt. Demnach bildet die Abdichthaube 26 gemeinsam mit dem Gebäude 23 eine sich quer zur Zeichen- Ebene, das heißt entlang des Strahlrohrs 28 erstreckende wasserundurchlässige U-förmige Röhre als Kompartiment 19 für die Erde der zweiten Strahlungs-Abschirmschicht 20. Mit anderen Worten entsteht im Wesentlichen eine koaxiale Anordnung des Strahlrohrs 28 in dem Tunnelinnenraum 22, dem Beton-Gewölbe 12, der zweiten Strahlungs-Abschirmschicht 20 und der Abdichthaube 26 in dieser Reihenfolge. Sekundärstrahlung, die aus dem Strahlrohr 28 in die obere Hemisphäre austritt, wird zunächst von den relativ dünnen Betonwandungen 14, 16, 18 etwas abgeschirmt. Diese Abschirmung alleine genügt jedoch noch nicht, um die Strahlenschutz-Anforderungen zu erfüllen. Die
Hauptabschirmwirkung, zumindest aber ein erheblicher Teil der Abschirmungwirkung wird durch die zweite Strahlungs- Abschirmschicht 20 aus Erde erzielt. Die Abdichthaube 26 beziehungsweise Kunststofffolie 24, welche die Erdschicht 20 im Wesentlichen wasserundurchlässig einschließt, verhindert aber, dass aktivierte Bestandteile oder Stoffe aus der Erde ausgeschwemmt werden können.
Der Aufbau des Strahlenschutz-Bauwerkes in diesem Beispiel wird wie folgt durchgeführt. Zunächst werden die Spundwände 2, 4 in den Boden gerammt. Nachfolgend wird die Grube 6 bis zum Grundniveau 8 ausgeschachtet. Nachfolgend werden seitliche Kunststofffolienbahnen 24A, 24B an den zugehörigen Spundwänden 2, 4 befestigt. Nach dem Aufbau des Gebäudes 23 und der Verbindung mit der Kunststofffolie 24 (vgl. Fig. Ia) bis Id)) wird Erde in die Grube 6 zwischen den Kunststofffolienbahnen 24A, 24B eingefüllt, das heißt jeweils zwischen den Kunststofffolienbahnen 24A und der Seitenwand 14 sowie der Kunststofffolienbahn 24B und der Seitenwand 16 und weiter oberhalb der Decke 18 des Beton- Gewölbes bis zu dem Niveau 29 der Oberseite der hierbei erzeugten zweiten Strahlungs-Abschirmschicht 20. Anschließend wird mit einer weiteren Kunststofffolienbahn 24C die Oberseite der zweiten Strahlungs-Abschirmschicht 20 an dem Niveau 29 abgedeckt. Anschließend werden die
Kunststofffolienbahnen 24A, 24B, 24C an den jeweiligen Kanten 24D, 24E entlang der Längsrichtung wasserundurchlässig miteinander verschweißt, so dass die wasserundurchlässige Abdichthaube 26 entsteht. Alternativ können die beiden Kunststofffolienbahnen 24A und 24B auch mit einer hinreichenden Breite vorgesehen sein, dass diese auf die Oberseite der Erdschicht 20 an dem Niveau 29 umgeklappt, aufgelegt und miteinander verschweißt werden können. Ggf. können Mehrfachverschweißungen von Vorteil sein. Die Abdichtfolie 24 wird im verschweißten Zustand also auf der einen Seite von der Bodenplatte 10 hochgefϋhrt und auf der anderen Seite wieder bis an die Bodenplatte zurückgeführt.
Anschließend wird die Kunststofffolie 24, in diesem Beispiel lediglich oberseitig, mit einer Überdeckungsschicht 30 aus Erde überdeckt. Auf die Überdeckungsschicht 30 wird wiederum eine Warn- und
Schutzschicht 32 aufgelegt. Dieser Zwischenzustand ist in Fig. 1 dargestellt.
Anschließend wird der verbleibende Teil der Grube 6 bis zum Bodenniveau 34 mit Erde aufgefüllt. Vorher werden noch die Zuganker 3, 5 gelöst, damit nach der vollständigen Auffüllung die Spundwände 2, 4 wieder herausgezogen werden können .
Die Fig. Ia) bis Id) zeigen den Aufbau und Anschluss der Kunststofffolie 24 an die Bodenplatte 10 des Gebäudes 23. Bezug nehmend auf Fig. Ia) wird zunächst nach dem Ausheben der Grube 6 im herkömmlicher Weise eine Schutz- und Sauberkeitsschicht 52 auf den Boden 6a der Grube 6 aufgebracht, auf welcher später die Bodenplatte 10 gegossen werden kann. Bezug nehmend auf Fig. Ib) wird auf der Oberseite der Schutz- und Sauberkeitsschicht 52 eine Stirnschalung 54 zum Gießen der Bodenplatte 10 sowie innenliegend beabstandet von der Stirnschalung 54 eine Befestigungsleiste 56, z.B. aus Kunststoff zum Befestigen der Kunststofffolie 24 befestigt. In diesem Beispiel beträgt der Abstand zwischen der Stirnschalung 54 und der Kunststoffleiste 56 etwa 30 cm.
Bezug nehmend auf Fig. Ic) wird nachfolgend die
Kunststofffolie 24, bzw. eine Bahn hiervon, auf die Schutz- und Sauberkeitsschicht 52 aufgelegt und L-förmig an die Stirnschalung 54 angelegt. Insbesondere wird die Kunststofffolie 24 an der Kunststoffleiste 56 befestigt, z. B angeklebt. Die Kunststofffolie 24 wird optional, ggf. beidseits, mit einer temporären Schutzfolie 58 vor Beschädigungen beim späteren Vergießen mit Beton geschützt.
Bezug nehmend auf Fig. Id) wird nachfolgend die Beton- Bodenplatte 10 in die durch die Schutz- und
Sauberkeitsschicht und Stirnschalung gebildete und mit der Kunststofffolie 24 zumindest teilweise ausgeschlagene Schalungswanne vor Ort gegossen (Die Abstufung der Bodenplatte ist der Einfachheit halber in Fig. Id) nicht dargestellt) . Nachfolgend wird die Stirnschalung entfernt und der freigewordene senkrechte Teil der Kunststofffolie 24 kann umgeklappt werden, um mit weiteren Bahnen der Kunststofffolie 24 verbunden zu werden. Somit reicht die Kunststofffolie 24 bis unter die Bodenplatte 10 und ist sicher und wasserdicht mit dieser verbunden.
Ein Vorteil der Erfindung liegt also darin begründet, dass das Betongebäude oder Tunnelbauwerk 23 unabhängig von der benötigten Abschirmwirkung im Extremfall lediglich nach statischen Gesichtspunkten hin dimensioniert zu werden braucht. Dadurch können die Betonwandungen 14, 16, 18 auch bei intensiver und hochenergetischer Strahlung relativ dünn mit geringem Schalungs- und Bewehrungsaufwand hergestellt werden. Ggf. wird jedoch eine Mindestmasse des Betongebäudes oder eine entsprechende geotechnische Verankerung des Betongebäudes im Erdreich vorgesehen sein, um eine unterirdische Verschiebung des Betongebäudes zu begrenzen. Falls es die Nutzung erlaubt, kann auch vom üblichen Rechteckquerschnitt abgewichen werden und die Querschnittsform an günstigere Modelle der Lastabtragung, z.B. ein im Querschnitt rundes Tunnelbauwerk, angepasst werden .
Das Betongebäude 23 kann also mit so dünnen Wandungsstärken ausgeführt werden, dass die Strahlenbelastung unmittelbar an der Außenwand des Betongebäudes die zulässigen Grenzwerte für die spezifische Aktivität des Wassers überschreiten. Bei einem derartigen Strahlenschutzbauwerk ist besonderes Augenmerk auf die Isotope 55-Fe, 54-Mn und 22-Na zu richten. Es können also bei dem erfindungsgemäßen Strahlenschutzbauwerk im Betrieb unmittelbar an der Außenwand des Betongebäudes folgende Grenzwerte für die spezifische Aktivität des Wassers überschritten werden: 55-Fe: > IxIO5 Bq/cbm, 54-Mn: > 2xlO5 Bq/cbm, und/oder 22-Na: > 4xlO4 Bq/cbm. Erste Berechnungen haben ergeben, dass bei einem Szenario mit 10% Primärstrahlverlust unmittelbar an der Außenwand des Betongebäudes 23 die spezifische Aktivität des Wassers sogar folgende Werte erreichen könnte: 55-Fe: > IxIO6 Bq/cbm, 54-Mn: > 2xlO6 Bq/cbm,
22-Na: > 4xlO5 Bq/cbm.
An der strahlenschutzrechtlich relevanten Stelle, nämlich unmittelbar an der Außenseite der Abdichtfolie 24 werden die zulässigen Grenzwerte aber eingehalten, dadurch dass die Erdschicht 20 eine Abschirmwirkung von mindestens ein, zwei oder mehr Größenordnungen besitzt. An dieser Stelle sollten zumindest die folgenden Grenzwerte unterschritten werden : 55-Fe: < 3xlO4 Bq/cbm,
54-Mn: < 5x1O4 Bq/cbm, und/oder
22-Na: < 1x1O4 Bq/cbm.
Im Falle eines oberirdischen Strahlenschutzbauwerks (Fig. 4) werden zusätzlich die Grenzwerte für die Dosisleistung eingehalten. An der Außenseite des Strahlenschutzbauwerks wird demnach eine Dosisleistung von < 0,7 mSv/a erreicht, wohingegen an der Außenseite des Betongebäudes 23 noch eine Dosisleistung von > 10 mSv/a oder > 1 Sv/a vorliegen kann. An dieser Stelle kann die
Dosisleistung je nach Ausführung sogar > 1 Sv/h betragen.
Die zweite Strahlungs-Abschirmschicht 20 besteht hauptsächlich aus dem ausgeschachteten Erdboden, wobei eine übliche Position aus den Leistungsbeschreibungen des Gewerks Erdarbeiten herangezogen werden kann. Zu kontrollieren sind im Wesentlichen lediglich der Feuchtegehalt und das Maß der Verdichtung. Sind die Wiedereinbaueigenschaften des beim Baugrubenaushub gelösten und seitlich zwischengelagerten Bodens unzureichend, können Vergütungen, Beimischungen anderer Bodenarten wie Kies und/oder Sand mit herkömmlichen Verfahren durchgeführt werden . Die allseitige wasserundurchlässige Umhüllung des Abschirmkörpers verhindert den Austausch von Ionen von innen nach außen und von fließendem Umgebungswasser von außen nach innen. Die Abdichtfolie 24 stellt sicher, dass aktivierte Stoffe in der zweiten Strahlungs-Abschirmschicht 20 hydrogeologisch immobilisiert sind. Die außerhalb der zweiten Strahlungs-Abschirmschicht 20 befindliche Erde wird mittels der Abdichtfolie 24 von der zweiten Strahlungs- Abschirmschicht 20 hydrogeologisch getrennt. Die
Abdichtfolie 24 bildet ggf. unter Einbeziehung der Betonwandungen somit ein im Wesentlichen geschlossenes Kompartiment 19 in welchem die lose oder kompaktierte Füllmasse wasserundurchlässig oder hydrogeologisch immobilisiert eingeschlossen ist, so dass erzeugte
Radioaktivität nicht nur von Regenwasser, sondern auch vom Grundwasser nicht ausgeschwemmt wird, d.h. nicht weiter transportiert wird.
Die bevorzugten Materialien (PE-HD-Kunststofffolien) und Methoden (Maschinengeschweißte Folien mit überlappten Fugen, doppelt geschweißt und mit Kontrollkanal) sind im Deponiebau bereits bauaufsichtlich zugelassen und weisen dort Haltbarkeiten von mehr als 100 Jahren auf. Der Einbau der Abdichtfolie 24 erfolgt rundum auf einer
Zwischenschicht 42, um Verletzungen der Folie 24 z.B. beim Ziehen der Baugrubenumspundung zu verhindern (vgl. Fig. 5 und Fig. 5a) -5d) ) .
Die Technik des Schweißens erlaubt es, abschnittsweise vorzugehen und kann auch verwendet werden, wenn die Bauerstellung im Taktverfahren erfolgt. Die Abdichtfolie 24 selbst kann, muss aber nicht, gegen Strahlenbelastung resistent sein. Die Anforderung an die Strahlenresistenz der Abdichtfolie 24 richtet sich nach dem Einbauort. Wird die Abdichtfolie 24 in die strahlentechnische "Null-Zone" gelegt, das heißt, dorthin, wo selbst im Havariefall keine signifikante ionisierende Strahlung mehr ankommt, brauchen auch keine Anforderungen hinsichtlich der Strahlenresistenz erhoben werden. Wird die Abdichtfolie 24 hingegen in der Grenzwertzone verlegt, also dort, wo ein zulässiger Grenzwert noch an die Umwelt abgegeben werden darf, ist die Schädigung der Abdichtfolie 24 als Minderungswert in die erwartete Lebensdauer der Konstruktion einzubeziehen.
Die Erde der zweiten Strahlungs-Abschirmschicht 20 ist bevorzugt verdichtet, vorzugsweise mit einer Dichte von größer als 1,8 g/cm3. Die Überdeckungsschicht 30 und/oder die übrige Verfüllung 35 (vgl. Fig. 2) bis zur Oberfläche 34 können ebenfalls verdichtet sein.
Die Schichtdicke der zweiten Strahlungs-Abschirmschicht oder des Erdmantels 20 ist an folgenden Kriterien orientiert:
1) Begrenzung der Aufaktivierung der Erde und des
Grundwassers außerhalb des eingeschlossenen Erdmantels 20.
2) Die Abdichtfolie 24 selbst soll vor der Strahlung geschützt werden, d.h. die Dosis darf während der beabsichtigten Betriebszeit vorbestimmte Werte nicht überschreiten. Erste Berechnungen deuten darauf hin, dass die Abdichtfolie 24 bei einer Dicke des Erdmantels 20 von 1 m bis 3 m zwischen den Betonwandungen 14, 16, 18 und der Abdichtfolie 24 noch eine nicht vernachlässigbare Dosis in der Abdichtfolie 24 deponiert wird. Daher werden ggf. Folien wie PE-Folie oder Mylar bevorzugt, die in gewissem Maße strahlenresistent sind. Gegenwärtig werden PE-HD-Folien bevorzugt .
Fig. 2 zeigt eine etwas abgewandelte Ausführungsform gegenüber der Fig. 1 im vollständig verfüllten Zustand, bevor die Spundwände 2, 4 entfernt werden. Bei der
Ausführungsform der Fig. 2 ist die Beton-Bodenplatte 10 erheblich dünner ausgebildet als in der Fig. 1. Daher wird unter der Beton-Bodenplatte 10 bei dieser Ausführungsform ebenfalls eine hydrogeologisch immobilisierte Erdschicht zur Strahlungsabschirmung benötigt. Somit erstreckt sich hier die zweite Strahlungs-Abschirmschicht 20 aus Erde röhrenartig im Querschnitt vollständig um das Tunnelbauwerk 23. Aus diesem Grund erstreckt sich auch die Kunststofffolie 24 unterhalb der Beton-Bodenplatte 10, um auch dort ein Ausschwemmen von aktivierten Stoffen aus der zweiten Strahlungs-Abschirmschicht 20 zu verhindern. Mit anderen Worten bildet die Kunststofffolie 24 eine geschlossene Röhre 36, welche die ihrerseits röhrenartige zweite Strahlungs-Abschirmschicht 20 röhrenartig einschließt.
Die Herstellung wird wie folgt durchgeführt. Zunächst wird die Grube bis zum Grundniveau 8 ausgeschachtet. Auf dem Grundniveau 8 wird dann eine Kunststofffolienbahn 24F ausgelegt und der untere Teil der zweiten Strahlungs- Abschirmschicht 20 mit Erde verfüllt bis das Niveau 9 erreicht wird, auf dem dann die Beton-Bodenplatte ggf. unter Einbeziehung von bautechnisch erforderlichen Zwischenlagern aufgebaut wird.
Dann werden die seitlichen Kunststofffolienbahnen 24A, 24B an die Spundwände 2, 4 angebracht und an den unteren Kanten 24G, 24H mit der unteren Kunststofffolie 24F verschweißt.
Dann wird entsprechend dem Ausfϋhrungsbeispiel in Fig. 1 vorgegangen, wobei in Fig. 2 auch die fertige Verfüllung 35 des oberen Bereichs der Grube 6 über der Warn- und Schutzschicht 32 dargestellt ist.
Es ist ferner möglich, die AbdichtSchicht, welche von der Abdichtfolie 24 gebildet wird, mehrlagig aufzuführen (nicht dargestellt) . Hierzu werden mehrere Lagen der
Kunststofffolie um das Betongebäude 23 herum angeordnet. Dadurch können auch dünnere Kunststofffolien eingesetzt werden, weil aufgrund Mehrlagigkeit, die Verletzungsanfälligkeit der Folie herabgesetzt wird. Ferner bleibt die Abdichtwirkung erhalten, wenn nur eine Folie verletzt ist (Redundanzeffekt) . Die mehreren radial geschichteten Folien können radial unmittelbar aneinander anliegen oder mit einer dazwischenliegenden Erdschicht voneinander beabstandet sein. Bei der Ausführungsform der Fig. 2 wird die mehrlagige Abdichtschicht dann von einer
Mehrzahl von koaxial ineinander verlaufenden Abdichtröhren gebildet. Bei der Ausführungsform der Fig. 1 sollten die mehreren Lagen der Kunststofffolie an der Betonbodenplatte 10 zusammengeführt und dort wasserundurchlässig miteinander verbunden sein. Es ist dem Fachmann ersichtlich, dass die Varianten der Fig. 1 und Fig. 2 auch kombiniert werden können, z.B. in dem um die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform herum eine geschlossene Abdichtröhre angeordnet wird.
Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform, die ohne Spundwände auskommt. Hierzu wird eine trapezförmige Grube 6 mit einem stabilen Böschungswinkel a ausgehoben. Die seitlichen Folienbahnen 24A, 24B werden an der Grubenböschung angelegt. Ansonsten wird entsprechend dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 vorgegangen.
Fig. 4 zeigt ein oberirdisches Tunnelbauwerk. Zu dessen Herstellung wird zunächst die untere Kunststofffolienbahn 24F auf den Erdboden aufgelegt. Anschließend wird das Tunnelbauwerk auf der Kunststofffolienbahn 24F aufgebaut. Nach Verfüllung der zweiten Strahlungs-Abschirmschicht 20 mit Erde wird die Abdichtröhre 36 aus Kunststofffolie rundherum um die zweite Strahlungs -Abschirmschicht 20 geschlossen. Dann wird eine im Wesentlichen trapezförmige Überdeckschicht 30 über die gesamte Anordnung aufgeschüttet, so dass die Kunststofffolien 24 vollständig überdeckt sind. In diesem Beispiel wird auf eine Warn- und Schutzschicht 32 verzichtet, da das gesamte Strahlenschutzbauwerk oberirdisch angelegt ist.
In analoger Weise wie bei unterirdischen Tunnelbauwerken kann die Abdichtfolie 24 also für oberirdische Strahlenschutzbauwerke verwendet werden. Hier ist die zweite Strahlungs-Abschirmschicht 20 hauptsächlich gegen einsickerndes Niederschlagswasser geschützt. Es ist bevorzugt, das Niederschlagswasser möglichst vollständig um die zweite Strahlungs-Abschirmschicht 20 herumzuleiten und der natürlichen Versickerung zuzuführen. Fig. 5 zeigt eine Detaildarstellung der Spundwand 2. An der Spundwand 2 ist eine Gleitschicht 40, z.B. aus Sand angebracht. Die Gleitschicht 40 erleichtert das Herausziehen der Spundwand nach der vollständigen Verfüllung der Grube 6. Ferner ist zwischen der Gleitschicht 40 und der Kunststofffolie 24 eine Zwischenschicht 42 angeordnet, welche die wabenartige Form der Spundwand 2 ausgleicht, um eine glatte Oberfläche 44 für die Kunststofffolie 24 bereitzustellen.
Bezug nehmend auf die Fig. 5a) bis 5d) ist eine alternative Ausgestaltung für den Aufbau mit der Gleitschicht dargestellt. Zunächst wird die Spundwand 2 mit einer doppelten Kunststofffolie verkleidet, welche eine Gleitschicht 40' bildet (Fig. 5a)) . Dann wird die ausgleichende Zwischenschicht 42 ohne wesentliche tragende Funktion an die Gleitschicht 40' angebracht (Fig. 5b)). Nachfolgend wird die Abdichtfolie 24 an die Zwischen- und Ausgleichsschicht 42 angebracht, z.B. angeklebt (Fig. 5c)) . Optional wird nachfolgend auf die der Grube zugewandte
Innenseite der Abdichtfolie 24 eine temporäre Schutzschicht 46, z.B. eine temporäre Schutzfolie aufgebracht (Fig. 5d) ) , um eine Beschädigung der Abdichtfolie 24 zu verhindern.
Bezugnehmend auf Fig. 6 ist ein Strahlenschutzbauwerk gezeigt, welches das erfindungsgemäße Abschirmkonzept lediglich an der Decke 18 verwirklicht. Die abzuschirmende Sekundärstrahlung geht von dem Strahlrohr 28 aus. Die Beton-Bodenplatte 10 sowie die Seitenwände 14 und 16 zur Abschirmung der Sekundärstrahlung aus dem Strahlrohr 28 sind in konventioneller monolithischer Betonbauweise hergestellt. Die .Decke 18 weist hingegen eine verringerte Stärke auf. Als zweite Strahlungs-Abschirmschicht 20 dient wie auch bei den anderen Ausführungsbeispielen eine Erdschicht, die in diesem Beispiel etwa 4 m Dicke besitzt. Die Erdschicht 20 wird durch eine Kunststofffolie 24 gegen das Eindringen von Wasser geschützt. Die Kunststofffolie 24 ist an den Seiten wasserundurchlässig mit Seitenwänden 5OA, 5OB verbunden, so dass ein geschlossenes Kompartiment 19 für die Erde gebildet wird und kein Regenwasser in die Erdschicht 20 eindringen kann. Um mögliches Regenwasser aus der Überdeckschicht 30 über der Kunststofffolie 24 abzuführen, sollten entsprechende Abflüsse vorgesehen sein.
Fig. 7 zeigt einen exemplarischen schematischen Querschnitt durch das erfindungsgemäße Strahlenschutzbauwerk für eine Simulationsrechnung. Im Zentrum ist schematisch das Strahlrohr 28 dargestellt, welches in der Fig. 7 unten rechts vergrößert ist. Das Tunnelinnere 22 besitzt in diesem Beispiel einen Querschnitt von 5 m x 4 m und wird allseitig begrenzt durch eine 1,5 m dicke Beton- TunneIwandung . Die zweite Strahlungs-Abschirmschicht 20 aus Erde besitzt eine Dicke von allseitig 3 m und wird allseitig begrenzt durch die Abdichtfolie 24.
Beim Entwurf und Bau des Tunnels oder eines Abschirmbunkers sind zwei Effekte relevant: 1) Dosisleistungen am Ort mit möglichen Personenaufenthalt und 2) Aufaktivierung von Bereichen, die sich z.B. radioökologisch auswirken.
Beim Tunnel wird z.B. von einer Dosisleistung von etwa 100 Sv/h bei 10% Strahlverlust eines Primärstrahls aus Uran-Ionen mit einer Energie von 1,5GeWu und einer Intensität von 1012 Teilchen/s ausgegangen. Diese Dosisleistung wird auf ein Niveau im öffentlichen Bereich von etwa 0,1 μSv/h reduziert. Demnach sollen die Strahlenpegel nach außen um neun Größenordnungen reduziert werden. Die Zehntelwertschichtdicke beträgt für Beton etwa 1 m und für Erde etwa 1,3 m. Daraus wird der Abschirmbedarf für verschiedene Beton-Erde-Schichtungen abgeleitet. Ist z.B. eine Betondicke von 1,5 m vorgesehen, sind von der
Erde bis zu 7,5 Zehntelwertdicken zu leisten, was fast 10 m Dicke entspricht. Allerdings muss nicht die vollständige Abschirmung innerhalb des Kompartiments 19 geleistet werden, da die Folie nur den Bereich zu begrenzen braucht, in dem die Ausschwemmung der Radionuklide ein Problem darstellt. D.h. dass die zweite Strahlungsabschirmschicht von einer weiteren Erdschicht umgeben ist, die eine dritte Strahlungsabschirmschicht repräsentiert, welche aufgrund der reduzierten Strahlenbelastung nicht zwingend hydrogeologisch immobilisiert zu sein braucht. Fig. 8a) zeigt einen Ausschnitt des Verlaufes des Strahlrohrtunnels und Fig. 8b) die zugehörige berechnete Dosisleistung in Sv/h.
Im Folgenden sind die Ergebnisse einer Aktivierungsrechnung mit dem Programm FLUKA für ein weiteres Beispiel angegeben. Die Tunnelwanddicke beträgt in diesem Beispiel 50 cm. Es wird ein lokaler Strahlverlust von 10% eines Uran- Primärstrahls mit 2,7GeWu berechnet für eine Bestrahlungszeit von 5000 Tagen und einer Abklingzeit von 50 Tagen. Die erzeugte Aktivierung ist dominiert durch die Radionuklide 22-Na, 55-Fe, 54-Mn, 7-Be und 3-H. In Spalte 3 der folgenden Tabelle sind die Überschreitungen der Grenzwerte nach der deutschen Strahlenschutzverordnung gegeben unter der Annahme, dass die volle Aktivität in gleichvolumiges Wasser übergeht. Es ist deutlich zu erkennen, dass bis zu einer Erdschicht von 250 cm zusätzlich zur Betonwand eine Grenzwertüberschreitung vorkommen kann. Die Kunststofffolie 24 verhindert hier aber die Migration der Radioaktivität aus dem Kompartiment 19. Die außerhalb dieser Schicht erzeugte Radioaktivität bewirkt keine Grenzwertüberschreitungen mehr. Es ist sogar möglich, bei einer großen erzeugten Menge an 3 -H (Tritium) , einen Gasabführung an das Kompartiment anzuschließen, um das Tritium abzuführen.
Figure imgf000037_0001
Fig. 9 zeigt eine weitere Ausführungs form der Erfindung mit zwei unterirdischen Gebäuden 23, 23a. Das Gebäude 23 in der Darstellung rechts ist ein Beschleunigertunnel, in dem der Teilchenbeschleuniger 28 untergebracht ist. Das Gebäude 23a mit Boden 10a, Seitenwänden 14, 16a und Decke 18a links in der Darstellung ist ein Versorgungstunnel, der die für den Beschleuniger benötigten Medien, wie elektrische Energie, flüssiges Helium etc. für den Teilchenbeschleuniger bereitstellt. Im Gebäude 23a kann eine Stürzvorrichtung 21a vorgesehen sein, die der Abstützung der Decke 18a dient, auf der das Erdreich lastet. Die Medien werden über eine Verbindungsleitung 62, welche die Innenbereiche 22, 22a der beiden Tunnel miteinander verbindet, in den
Beschleunigertunnel 23 zugeführt. Die beiden im Wesentlichen parallel verlaufenden Tunnel 23, 23a sind oberseitig und unterseitig mit Dichtfolie 24 miteinander verbunden. Die Dichtfolie 24 erstreckt sich zwischen den beiden Tunneln 23, 23a und ist jeweils wasserundurchlässig mit den Wandungen des jeweiligen Tunnels verbunden, sodass ein wasserundurchlässiges Kompartiment 19 zwischen den beiden Tunneln 23, 23a gebildet wird. In diesem Beispiel ist das Kompartiment 19 begrenzt durch jeweils eine Seitenwand 14, 16a der beiden Tunnel 23, 23a und die oberseitige und unterseitige Abdichtfolie 24. Die Abdichtfolie 24 verhindert, dass Wasser, z.B. Regenwasser und Grundwasser in den Erdkörper des Kompartiments 19 zwischen den beiden Tunneln 23, 23a eindringt und auch das Wasser wiederum herausfließen kann. Durch den Beschleuniger 28 in dem rechten Tunnel 23 entsteht Sekundärstrahlung, die die Erdmassen um den Beschleunigertunnel 23 aktivieren können. Aufgrund der Abdichtung mit der Abdichtfolie 24 kann die Dicke der Seitenwand 14 gegenüber einer monolithischen Betonabschirmung reduziert werden, da die
Ausschwemmung von Radionukliden zwischen den beiden Tunneln 23, 23a durch die Abdichtung mit der Abdichtfolie 24 verhindert wird. Hierdurch wird die in dem Kompartiment 19 erzeugte Aktivierung hydrogeologisch immobilisiert. Dadurch kann bei dieser Ausführungsform die dem Versorgungstunnel 23a zugewandte Seitenwand 14 des Beschleunigertunnels 23 dünner ausgeführt werden als die gegenüberliegende Seitenwand 16, was mit einer Kostenersparnis verbunden ist.
Die Folie ist an den beiden Gebäuden 23, 23a sicher gegen drückendes Wasser angebunden. Auch die Verschweißungen der Längs- und Quernähte (nicht dargestellt) sollten dicht gegen drückendes Wasser sein.
Ein zusätzlicher Synergieeffekt ist, dass ggf. sogar die Schwärzabdichtungen der beiden sich gegenüberliegenden Tunnelwände 14, 16a entfallen können, da mittels der Abdichtfolie 24 eine hinreichende Außenabdichtung gegen Feuchte vorhanden ist. Ferner sorgt die Abdichtfolie 24 für eine redundante Abdichtung der Rohrdurchführung 62 zwischen den beiden Tunneln 23, 23a, welche Durchdringungen durch die Seitenwände 14, 16a darstellen, welche ansonsten potentielle Schwachpunkte im Hinblick auf Feuchtigkeitseindringen darstellen könnten.
Fig. 10 zeigt die Ausführungsform von Fig. 9 mit zwei Gebäuden 23 und 23a, wobei im unterirdischen Gebäude 23a zusätzlich eine Abschirmmauer 25a angeordnet ist. Die Abschirmmauer 25a verhindert, dass Strahlung durch die Verbindungsleitung 62 in das Gebäude 23a gelangt und sich dort ausbreitet kann. Auf diese einfach Art lassen sich die Strahlenpegel niedrig halten (z.B. < 3 μSv/h) und Personenaufenthalt ist während des Strahlbetriebes in dem größeren Teil des Tunnels 23a hinter der Abschirmwand 25a möglich. In dem Tunnel 23a kann zusätzlich eine Stützeinrichtung 21a vorgesehen sein, die als Stützwand 21a ausgelegt sein kann. Die Stützeinrichtung 21a ist nach statischen Erfordernissen ausgerichtet und dient der
Abstützung der Decke 18a, auf der der Erddruck lastet. Der Abstand zwischen der Stützeinrichtung 21a und der Abschirmwand 25a ist mit einem Pfeil 27a bezeichnet.
Es ist dem Fachmann ersichtlich, dass die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beispielhaft zu verstehen sind, und die Erfindung nicht auf diese beschränkt ist, sondern in vielfältiger Weise variiert werden kann, ohne die Erfindung zu verlassen. Ferner ist ersichtlich, dass die Merkmale unabhängig davon, ob sie in der Beschreibung, den Ansprüchen, den Figuren oder anderweitig offenbart sind auch einzeln wesentliche Bestandteile der Erfindung definieren, auch dann wenn sie zusammen mit anderen Merkmalen gemeinsam beschrieben sind.

Claims

Patentansprüche :
1. Strahlenschutzbauwerk für strahlführende Einrichtungen (28) eines Teilchenbeschleunigers und/oder Bestrahlungsplätze an einem Teilchenbeschleuniger, umfassend: ein tragfähiges Gebäude (23) mit Betonwandungen als Seitenwände (14, 16), Decken (18) und/oder Böden (10) , wobei die Betonwandungen eine erste Strahlungs- Abschirmschicht bilden, eine zweite Strahlungs-Abschirmschicht (20) aus einer losen oder kompaktierten Füllmasse an der Außenseite von zumindest einigen der Betonwandungen, wobei die Füllmasse in gewissem Maße wasserdurchlässig ist, so dass Radionuklide aus der Füllmasse ausschwemmbar wären, wobei die Betonwandungen und die zweite Strahlungs-Abschirmschicht (20) aus der losen oder kompaktierten Füllmasse eine zumindest zweischichtige Strahlungsabschirmanordnung bilden, eine Abdichtfolie (24) für die zweite Strahlungs-
Abschirmschicht (20) , wobei die Abdichtfolie (24) die zweite Strahlungs-Abschirmschicht (20) aus der losen oder kompaktierten Füllmasse an der Außenseite der zweiten Strahlungs-Abschirmschicht (20) umschließt und begrenzt, wobei die lose oder kompaktierte Füllmasse der zweiten Strahlungs-Abschirmschicht (20) zwischen den Betonwandungen und der Abdichtfolie (24) wasserundurchlässig eingeschlossen ist und somit die Füllmasse hydrogeologisch immobilisiert ist.
2. Strahlenschutzbauwerk nach Anspruch 1, wobei der Hauptbestandteil der Füllmasse Erde ist.
3. Strahlenschutzbauwerk nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Abdichtfolie (24) von einer
Überdeckungsschicht (30) aus loser oder kompaktierter Füllmasse überdeckt ist.
4. Strahlenschutzbauwerk nach Anspruch 3, wobei eine Warn- und Schutzschicht (32) umfasst ist, welche die ÜberdeckungsSchicht (30) überdeckt und welche wiederum von loser oder kompaktierter Füllmasse überdeckt ist, derart dass beim Aufgraben der Füllmasse die Warn- und Schutzschicht (32) optisch sichtbar wird, bevor die Überdeckungsschicht (30) beim Aufgraben erreicht wird.
5. Strahlenschutzbauwerk nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei durch den Primärstrahl des Teilchenbeschleunigers eine Längsachse des Gebäudes (23) definiert wird, und wobei die dreischichtige Anordnung aus i) den entsprechenden Betonwandungen (14, 16, 18) , ii) der zweiten Strahlungs-Abschirmschicht (20) aus loser oder kompaktierter Füllmasse und iii) der Abdichtfolie (24) sich in der Ebene quer zur Längsachse zumindest im Wesentlichen U- förmig beidseits seitlich und oberseitig und entlang der Längsachse des Gebäudes (23) länglich erstreckt.
6. Strahlenschutzbauwerk nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei durch den Primärstrahl des Teilchenbeschleunigers eine Längsachse des Gebäudes (23) definiert wird, und wobei die Abdichtfolie (24) eine Abdeckhaube (26) mit einem in der Ebene quer zur Längsachse im Wesentlichen umgekehrt U-förmigen Querschnitt bildet und die zweite Strahlungs-Äbschirmschicht (20) aus loser oder kompaktierter Füllmasse und das innerhalb der zweiten Strahlungs-Äbschirmschicht (20) angeordnete Gebäude (23) beidseits seitlich und oberseitig haubenartig abdeckt und die Abdichtfolie (24) mit
Gebäudewandungen wasserundurchlässig verbunden ist, so dass die Abdichtfolie (24) gemeinsam mit den Gebäudewandungen eine äußere wasserundurchlässig abdichtende Begrenzung für die lose oder kompaktierte Füllmasse der zweiten Strahlungs-Äbschirmschicht (20) bilden, oder wobei die Abdichtfolie (24) eine ringförmig geschlossene Abdichtröhre (36) bildet, welche sich entlang der Längsachse erstreckt und die zweite Strahlungs-Äbschirmschicht (20) aus loser oder kompaktierter Füllmasse und das innerhalb der zweiten Strahlungs-Äbschirmschicht (20) angeordnete Gebäude (23) im Querschnitt röhrenartig vollständig umschließt.
7. Strahlenschutzbauwerk nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei durch den Primärstrahl des Teilchenbeschleunigers eine Längsachse des Gebäudes (23) definiert wird und sich mehrere Folienbahnen (24A, 24B, 24C, 24F) entlang der Längsachse des Gebäudes (23) erstrecken und entlang der Längsachse zu einer Röhre (36) oder umgekehrt U- förmigen Haube (26) miteinander verschweißt sind.
8. Strahlenschutzbauwerk nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Bodenplatte (10) eine erheblich größere Dicke aufweist, als die Seitenwände (14, 16) und die Decke (18) des Gebäudes (23) .
9. Strahlenschutzbauwerk nach einem der vorstehenden
Ansprüche, wobei das Gebäude (23) ein unterirdisches Tunnelbauwerk für das Strahlrohr (28) des Teilchenbeschleunigers ist und sich die Seitenwände (14, 16), die Decke (18) und die Bodenplatte (10) sowie die zweite Strahlungs-Abschirmschicht (20) und die Abdichtfolie (24) entlang der Längsachse des Strahlrohres (28) erstrecken.
10. Strahlenschutzbauwerk nach einem der vorstehenden
Ansprüche, wobei mehrere Lagen Abdichtfolie verwendet werden, derart dass die Abdichtfolien eine mehrlagige Abdichtschicht bilden.
11. Verfahren zum Bau eines unterirdischen
Strahlenschutzbauwerks mit einer mehrschichtigen Strahlungsabschirmung für einen Teilchenbeschleuniger mit folgenden Schritten: a) Ausschachten einer Grube (6) in der das Strahlenschutzbauwerk errichtet werden soll, b) Aufbauen eines tragfähigen Gebäudes (23) mit Betonwandungen als Seitenwände (14, 16), Decken (18) und/oder Böden (10) am Boden (8) der Grube (6), wobei die Betonwandungen eine erste Strahlungs- Abschirmschicht bilden, c) Anbringen jeweils einer Abdichtfolienbahn (24A, 24B) entlang der seitlichen Grubenwände beidseits des Gebäudes (23), wobei die Grubenwände in einem Mindestabstand zu dem Gebäude (23) verlaufen und der Mindestabstand hinreichend groß ist, um jeweils zwischen den beiden Abdichtfolienbahnen (24A, 24B) und dem Gebäude (23) eine Füllmasse mit hinreichender Schichtdicke zur Strahlungsabschirmung einbringen zu können, d) Verfüllen des Zwischenraums zwischen den beiden beidseits des Gebäudes (23) angeordneten Abdichtfolienbahnen (24A, 24B) und dem Gebäude (23) sowie oberhalb des Gebäudes (23) mit einer losen
Füllmasse, um eine zweite Strahlungs-Abschirmschicht (20) um das Gebäude (23) zu bilden, dadurch dass das Gebäude (23) in die Füllmasse eingebettet wird, wobei die Füllmasse in gewissem Maße wasserdurchlässig ist, so dass Stoffe aus der Füllmasse ausschwemmbar wären, und wobei die Schichtdicke der Füllmasse beidseits seitlich und oberhalb des Gebäudes (23) hinreichend groß ist, um eine signifikante Strahlungsabschirmung mittels der zweiten Strahlungs-Abschirmschicht (20) zu bewirken, e) oberseitiges Abdecken der zweiten Strahlungs-Abschirmschicht (20) mit Abdichtfolie (24) und wasserundurchlässiges Verbinden der Abdichtfolienbahnen, so dass zwischen der Abdichtfolie (24) und dem Gebäude (23) ein wasserundurchlässiges Kompartiment (19) gebildet wird, in welches die Füllmasse der zweiten Strahlungs-Abschirmschicht (20) eingeschlossen ist, derart dass eine Ausschwemmung von ausschwemmbaren Bestandteilen aus der Füllmasse der zweiten Strahlungs-Abschirmschicht (20) verhindert wird, f) Einbauen von strahlführenden Einrichtungen (28) des Teilchenbeschleunigers und/oder Experimentiereinrichtungen an dem Teilchenbeschleuniger in das Innere (22) des Gebäudes (23).
12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei vor dem Schritt a) beidseits des aufzubauenden Gebäudes jeweils eine Spundwand (2, 4) in den Boden getrieben wird und das Erdreich zwischen den beiden Spundwänden ausgeschachtet wird, um die Grube (6) zu erzeugen, zumindest bis zu einer Tiefe (8, 9) in der die Bodenplatte (10) des Gebäudes (23) hergestellt werden soll, wobei die Spundwände (2, 4) die seitlichen Grubenwände bilden, unterirdisch in der Grube (6) das Gebäude (23) gemäß Schritt b) gebaut wird, die Abdichtfolienbahnen (24A, 24B) an den beiden
Spundwänden befestigt wird, die zweite Strahlungs-Abschirmschicht (20) durch Verfüllung des Raumes zwischen den Abdichtfolienbahnen (24A, 24B) an den Spundwänden (2, 4) und dem Gebäude (23) sowie der Grube (6) bis zu einer vordefinierten Höhe über dem Gebäude (23) mit der Füllmasse hergestellt wird, nachfolgend der Schritt e) durchgeführt wird, und nach dem Schritt e) der Bereich oberhalb der oberseitigen Abdichtfolie mit Füllmasse verfüllt wird, um eine Überdeckung (30) der Abdichtfolie herzustellen.
13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei zwischen den Spundwänden (2, 4) und den Abdichtfolienbahnen (24A, 24B) eine Gleitschicht (40) angeordnet ist.
14. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei als die Füllmasse für die zweite Strahlungs- Abschirmschicht (20) und/oder für die Überdeckung (30) der Abdichtfolie das beim Ausschachten der Grube (6) ausgehobene Erdreich verwendet wird.
15. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Füllmasse der zweiten Strahlungs- Abschirmschicht (20) vor dem oberseitigen Abdecken mit Abdichtfolie gemäß Schritt e) verdichtet wird.
16. Verfahren zum Bau eines oberirdischen Strahlenschutzbauwerks für einen Teilchenbeschleuniger, mit folgenden Schritten: a) Aufbauen eines tragfähigen Gebäudes (23) mit Betonwandungen als Seitenwände (14, 16), Decken (18) und/oder Böden (10) , auf dem Untergrund, wobei die Betonwandungen eine erste Strahlungs-Abschirmschicht bilden, b) Auslegen von Abdichtfolie (24) auf dem Untergrund, und zwar entweder seitlich angrenzend an das Gebäude, wobei die Abdichtfolie (24) mit dem Gebäude wasserundurchlässig verbunden wird oder vor dem Schritt a) unter dem Gebäude (23) , c) vollständiges beidseitiges und oberseitiges Überfüllen des Gebäudes mit einer losen Füllmasse, um die zweite Strahlungs-Abschirmschicht (20) zu bilden, wobei die Füllmasse in gewissem Maße wasserdurchlässig ist, so dass Stoffe aus der Füllmasse ausschwemmbar wären, und wobei die Schichtdicke der Füllmasse der zweiten Strahlungs-Abschirmschicht (20) beidseits seitlich und oberhalb des Gebäudes (23) hinreichend groß ist, um eine signifikante Strahlungsabschirmung mittels der zweiten Strahlungs-Abschirmschicht (20) zu bewirken, d) Abdecken der zweiten Strahlungs-
Abschirmschicht (20) mit Abdichtfolie (24) , so dass die Abdichtfolie (24) und das Gebäude (23) ein wasserundurchlässiges Kompartiment (19) für die Füllmasse der zweiten Strahlungs-Abschirmschicht bilden, derart dass eine Ausschwemmung von ausschwemmbaren Bestandteilen aus der Füllmasse der zweiten Strahlungs-Abschirmschicht (20) verhindert wird, e) Überfüllen der Abdichtfolie (24) mit Füllmasse, um eine Überdeckung (30) der Abdichtfolie (24) herzustellen, f ) Einbauen von strahlführenden Einrichtungen (28) des Teilchenbeschleunigers und/oder
Experimentiereinrichtungen an dem Teilchenbeschleuniger in das Innere (22) des Gebäudes (23).
17. Strahlenschutzbauwerk für strahlführende Einrichtungen (28) eines Teilchenbeschleunigers und/oder
Bestrahlungsplätze an einem Teilchenbeschleuniger, umfassend: ein erstes und zweites tragfähiges Gebäude (23, 23a) mit Betonwandungen als Seitenwände (14, 16, 14a, 16a), Decken (18, 18a) und/oder Böden (10, 10a), wobei die Betonwandungen des ersten Gebäudes (23) eine erste Strahlungs-Abschirmschicht bilden, eine zweite Strahlungs-Abschirmschicht (20) aus einer losen oder kompaktierten Füllmasse zumindest in einem Zwischenraum zwischen dem ersten und zweiten
Gebäude (23, 23a), wobei die Füllmasse in gewissem Maße wasserdurchlässig ist, so dass Radionuklide aus der Füllmasse ausschwemmbar wären, wobei zumindest die dem zweiten Gebäude (23a) zugewandte Betonwandung (14) des ersten Gebäudes (23) und die zweite Strahlungs- Abschirmschicht (20) aus der losen oder kompaktierten Füllmasse zwischen dem ersten und zweiten Gebäude (23, 23a) eine zumindest zweischichtige Strahlungsabschirmanordnung bilden, und zumindest eine unterseitige und/oder oberseitige Abdichtfolie (24), welche sich zwischen dem ersten und zweiten Gebäude erstreckt und die lose oder kompaktierte Füllmasse der zweiten Strahlungs- Abschirmschicht (20) zwischen dem ersten und zweiten Gebäude einschließt und somit die Füllmasse hydrogeologisch immobilisiert ist.
18. Strahlenschutzbauwerk nach Anspruch 17, wobei das erste Gebäude (23) ein Beschleunigertunnel und das zweite Gebäude (23a) ein im Wesentlichen parallel zu dem Beschleunigertunnel verlaufender Versorgungstunnel ist.
19. Verfahren zum Bau eines unterirdischen
Strahlenschutzbauwerks mit einer mehrschichtigen Strahlungsabschirmung für einen Teilchenbeschleuniger mit folgenden Schritten: a) Aufbauen eines ersten und zweiten tragfähigen Gebäudes (23, 23a) jeweils mit Betonwandungen als Seitenwände (14, 16, 14a, 16a), Decken (18, 18a) und/oder Böden (10, 10a), wobei die Betonwandungen des ersten Gebäudes (23) eine erste Strahlungs-Abschirmschicht bilden, b) Verfüllen des Zwischenraums zwischen dem ersten und zweiten Gebäude (23, 23a) mit einer losen Füllmasse, um eine zweite Strahlungs-Abschirmschicht (20) in einem Zwischenraum zwischen dem ersten und zweiten Gebäude (23, 23a) zu bilden, wobei die
Füllmasse in gewissem Maße wasserdurchlässig ist, so dass Stoffe aus der Füllmasse ausschwemmbar wären, und wobei die Schichtdicke der Füllmasse hinreichend groß ist, um eine signifikante Strahlungsabschirmung mittels der zweiten Strahlungs-Abschirmschicht (20) zu bewirken, c) oberseitiges und/oder unterseitiges Abdecken der zweiten Strahlungs-Abschirmschicht (20) mit
Abdichtfolie (24) zwischen dem ersten und zweiten Gebäude (23, 23a) und wasserundurchlässiges Verbinden der Abdichtfolie mit dem ersten und zweiten Gebäude (23, 23a), so dass zwischen der Abdichtfolie (24) und dem ersten und zweiten Gebäude (23, 23a) ein wasserundurchlässiges Kompartiment (19) gebildet wird, in welches die Füllmasse der zweiten Strahlungs- Abschirmschicht (20) eingeschlossen ist, derart dass eine Ausschwemmung von ausschwemmbaren Bestandteilen aus der Füllmasse der zweiten Strahlungs- Abschirmschicht (20) zwischen dem ersten und zweiten Gebäude (23, 23a) verhindert wird, d) Einbauen von strahlführenden Einrichtungen (28) des Teilchenbeschleunigers und/oder Experimentiereinrichtungen an dem Teilchenbeschleuniger in das Innere (22) des ersten Gebäudes (23).
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