CH338590A

CH338590A - Strahlenschutz-Bauelement

Info

Publication number: CH338590A
Authority: CH
Inventors: Drath Heinrich
Original assignee: Drath Heinrich
Priority date: 1953-09-15
Filing date: 1954-09-14
Publication date: 1959-05-31

Description

Strahlenschutz-Bauelement Die Erfindung bezieht sich auf ein Strahlenschutz- Bauelement, vor allem zum Schutze gegen Röntgen- und y-Strahlung, gegebenenfalls auch gleichzeitig gegen Neutronenstrahlung sowie auf ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemässen Bauelemen tes. Das Baumaterial dieser Bauelemente kann z. B. im wesentlichen aus Beton, Kunststein, Steinholz oder dergleichen bestehen.

Die platten- oder block- förmigen Bauelemente dienen vor allem zur Herstel lung oder Ausgestaltung von Wänden, Decken, Ver kleidungen oder vollständigen Bauwerken aller Art.

Durch die Erfindungen wird bezweckt, die bis her bekannten, zum Schutz gegen Strahlen dienenden Bauelemente und Baukörper zu verbessern und deren Nachteile zu beseitigen. Insbesondere be zwecken die Erfindungen eine Verbesserung der Ab schirmung der schädlichen Strahlen, eine Erhöhung der mechanischen Festigkeit sowie eine Verringe rung der Herstellungskosten.

Zum Schutz gegen weiche und mittelharte Rönt genstrahlen wird im allgemeinen Blei in Form von Bleiplatten verwendet. Die Wirkung von Blei oder ähnlichen Elementen als Schutz gegen Röntgenstrah len beruht auf der hohen Atomnummer dieser Ele mente, wobei vorwiegend eine direkte Absorption der Röntgenstrahlen stattfindet.

Je härter die Strahlung wird, desto geringer wird diese Absorption. Dafür findet dann vorwiegend eine Schwächung der Strahlen durch Streuung statt (Comp- toneffekt). Für diesen Effekt ist nicht mehr die Atomnummer, sondern die Dichte des verwendeten Materials massgebend. Deshalb wird neuerdings zum Schutz gegen harte Röntgenstrahlen sowie gegen Gamma-Strahlen vielfach Beton, gegebenenfalls Schwerbeton oder Barytbeton benutzt.

Diese Stoffe haben gegenüber Blei zwar den Vorteil, dass sie wirtschaftlicher sind, eine hohe Festigkeit bieten, einen höheren Schmelzpunkt und ein geringeres Wärmeleitungsvermögen als Blei haben, und dass schliesslich die durch die Giftigkeit der Bleidämpfe verursachten chemischen Gefahren und Gesundheits schädigungen bei denselben in Fortfall kommen. Der Nachteil von Stoffen wie Beton gegenüber Blei be steht aber darin, dass z. B. Schutzwände aus Beton, welche die Gamma-Strahlung von Radium oder Ko balt 60 in einem bestimmten Verhältnis schwächen sollen, auf jeden Fall noch 6- bis 7mal dicker als eine in entsprechendem Masse schützende Wand aus Blei gemacht werden müssen.

Bei noch härteren Strahlen, wie sie z. B. im Betatron erzeugt werden, wird dieses Verhältnis noch wesentlich ungünstiger. Hier muss eine Schutzwand aus Beton etwa 15- bis 20mal dicker sein als eine gleichwertige Schutzwand aus Blei.

Das erfindungsgemässe Strahlenschutz-Bauelement ist dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens schicht weise einen fein verteilten Zusatzstoff enthält, der mindestens ein Element mit hohem Atomgewicht auf weist.

Die Erfindungen werden im folgenden beispiels weise näher erläutert.

Als Grundstoffe mit niedrigem oder mittlerem Atomgewicht kommen Stoffe wie Beton, Kunststein, Steinholz oder dergleichen in Frage, welche im we sentlichen eine Schwächung der Strahlen durch Streuung bewirken, während als Zusatzstoffe mit hohem Atomgewicht . vor allem Schwermetalle wie vorzugsweise Blei in Frage kommen, welche in fein verteilter Form, z. B. als Späne oder Körner oder Pulver, in der gesamten Masse enthalten sind, und welche im wesentlichen eine Schwächung der Strah len durch Absorption bewirken.

Diese fein ver teilten Zusatzstoffe mit hohem Atomgewicht schwä chen vor allem die weichere Primärstrahlung sowie die bei der Streuung laufend entstehende weichere Sekundärstrahlung durch Absorption, sind aber im Falle des Vorhandenseins sehr harter Strahlung gleichzeitig auch durch Paarbildung wirksam. Bei sehr harten Strahlen tritt nämlich durch eine Paar bildung, das heisst durch Umwandlung eines Röntgen- quants in ein Elektron und ein Positron, eine zusätz liche Schwächung der Strahlung auf.

Das Bauelement, z. B. eineBauplatte, ein Block oder sonstiger Baukörper, z. B. eine Gebäudewand, besteht also vorzugsweise aus einem Baustoff wie Beton, Kunststein, Steinholz oder dergleichen, welches mit kleinen und kleinsten Teilen aus Blei oder ähnlichen Schwermetallen durchsetzt ist.

Hierdurch wird erreicht, dass in den Bauelemen ten die verschiedenen Vorteile aller strahlenschwä chenden Substanzen vereinigt sind. Die Bauelemente oder Baukörper erhalten ohne Schwierigkeiten die Festigkeit und Härte der üblichen Betonwände, kön nen aber wesentlich schwächer als die bisher bekann ten Betonschutzwände ausgeführt werden, um die gleiche strahlungsschwächende Wirkung zu erreichen. Gegenüber der Verwendung von Schutzwänden aus Bleiplatten ist das beschriebene Baumaterial erheb lich wirtschaftlicher.

Es hat sich gezeigt, dass durch die beschriebenen Bauelemente auch harte Strahlen stärker geschwächt werden als durch eine zusammenhängende Bleifolie.

Gegenüber dem üblichen Beton wird bei gleichem Strahlenschutz eine erhebliche Materialersparnis er zielt. Man kommt bei Verwendung der beschrie benen Bauelemente auch beim Strahlenschutz gegen harte Strahlen nicht nur mit geringeren Wanddicken, sondern auch mit kleineren Gewichten pro Quadrat meter Wand aus. Hinzu kommt gegebenenfalls die spezifische Schutzwirkung gegenüber Neutronen.

Zwar bietet an sich auch Beton, vor allem, wenn er einen hohen Wassergehalt hat, gegen Neutronen einen ausreichenden Schutz, aber es tritt gerade in diesem Falle in der absorbierenden Wand eine Gamma- Strahlung auf, die meist vor dem Wiederaustritt nicht mehr genügend geschwächt wird bzw. eine noch grössere Wanddicke erforderlich machen würde.

Es ist zwar vorteilhaft, aber nicht unbedingt er forderlich, dass die Elemente mit hohem Atom gewicht wie insbesondere Blei in reiner metallischer Form fein verteilt dem Baumaterial zugesetzt werden. Man kann anstatt dessen auch Metallverbindungen insbesondere in Form von fein zerkleinerten Metall erzen verwenden, die wegen starker Verunreinigun gen oder anderer Eigenschaften sonst nur mit erheb lichem Aufwand zu verarbeiten wären. Eine solche Grundmasse kann gegebenenfalls durch Zusatz von fein verteilten Schwermetallen angereichert werden.

Eine Bauplatte wird beispielsweise unter Ver wendung eines Grundmaterials aus grobem Leicht beton oder sonstigem Beton, Kunststein, Steinholz oder dergleichen, z. B. auch aus Bimsbeton und an dern Werkstoffen hergestellt werden. Dieses Material wird mit fein verteilten Spänen, Körnern, Pulver oder dergleichen aus Blei oder entsprechenden strahlen schwächenden bzw. strahlenabsorbierenden Stoffen durchsetzt.

Da häufig zugleich mit einer Gamma-Strahlung eine Neutronenstrahlung auftritt, kann das mit Blei teilchen oder dergleichen durchsetzte Baumaterial zu- sätzlich mit einer Substanz zum Neutronenschutz ver sehen werden. Es können z. B. Borverbindungen mit den andern, den Gamma-Strahlenschutz bewirkenden Beimengungen vermischt und in denselben fein verteilt werden. Es kann auch bei der Herstellung der Strah- lenschutzplatten ein Beton mit stärkerem Wasser gehalt verwendet werden.

Die dann bei Neutronen absorption auftretenden Gamma-Strahlen werden durch die vorgesehenen Zusätze wieder absorbiert. Unter Umständen kann es zweckmässig sein, geschich tete Bauelemente herzustellen, bei denen eine zu gleich Neutronen absorbierende Schicht der Strah lungsquelle zugekehrt ist, während die abgekehrte Seite aus einer Gamma-Strahlen absorbierenden, wie beschrieben ausgebildeten Schicht besteht. Demgemäss kann das Material der Platten, Blöcke oder dergleichen sowohl Beimengungen aus Gamma- Strahlen absorbierenden Stoffen als auch Beimen gungen aus Neutronen absorbierenden Stoffen in be stimmten Verhältnissen enthalten.

Die Bauelemente können hierbei auch aus zwei oder mehr Schichten mit verschiedenem Strahlenabsorptionsvermögen be stehen, wobei, wie bemerkt, dem zu schützenden Raum eine insbesondere die Gamma-Strahlen absorbie rende Materialschicht zugekehrt ist. Die Herstellung derartiger Strahlenschutzbau- elemente geschieht zweckmässig in der Weise, dass die strahlungsabsorbierenden Stoffe einem in brei förmigem Zustand angesetzten Baumaterial wie z. B. Beton beigemengt werden. Die verschiedenen Stoffe können vorzugsweise gleichzeitig oder gegebenenfalls nacheinander beigemengt werden.

Die mechanischen Eigenschaften einer Betonwand werden durch die fein verteilten Beimengungen, ins besondere in Form von reinem Metallpulver oder auch bei Metallerzen in feiner Verteilung nicht un günstig gestaltet, da die Beimengungen infolge ihrer feinen Verteilung das Abbinden der Betonmasse nicht beeinträchtigen. Es ist zweckmässig, die Beimengun gen in Form von feinem Metallpulver oder sehr fein zerkleinerten Metallerzen dem Baumaterial beim An setzen der Masse zuzufügen. Durch Anwendung hoher Drücke, z. B. mit Hilfe eines Schlagtisches, können die Eigenschaften der Bauelemente verbes sert werden.

Als Bindemittel zwischen den ein zelnen Platten einer Strahlenschutzwand kann ein Mörtel mit den gleichen Beimengungen wie bei der Platte verwendet werden. Die Bauelemente und die daraus hergestellten Wände zeichnen sich durch eine hohe Homogenität und gute Festigkeitseigenschaf ten aus. Als Beispiele für die Zusammensetzung von Bau materialien seien folgende Mischungen genannt: Beispiel 1
EMI0003.0002

10% <SEP> scharfer <SEP> Sand <SEP> oder <SEP> feiner <SEP> Kies
<tb> 50% <SEP> BaS04 <SEP> (Schwerspat, <SEP> Bariumsulfat)
<tb> 10% <SEP> Fe-Späne
<tb> 20% <SEP> Pb-Pulver
<tb> 10% <SEP> Zement
<tb> 100% Dieses Material wird unter hohem Druck gepresst.

Es eignet sich vorzugsweise als Schutz gegen Gamma- Strahlen. Es hat pro 10 mm etwa 4 mm Pb-Äqui- valent gegen Ra-y-Strahlung.

Beispiel 11
EMI0003.0008

5 <SEP> % <SEP> scharfer <SEP> Sand <SEP> oder <SEP> feiner <SEP> Kies
<tb> 70% <SEP> BaS04
<tb> 15 <SEP> % <SEP> Pb-Pulver
<tb> 10% <SEP> Zement
<tb> 100% Dieses Material wird zweckmässig ebenfalls unter hohem Druck gepresst. Es eignet sich vorzugsweise als Schutz gegen Röntgenstrahlen. Es hat pro 10 mm etwa 1,4 mm Pb-Äquivalent gegen Rö- Strahlen.

Bei beiden vorstehenden Beispielen kann anstelle von reinem Bleipulver auch fein gemahlenes Bleierz verwendet werden, wobei der Anteil an Sand oder Kies entsprechend der Menge des mineralischen Be standteils des Erzes verringert wird. Weitere Zu sätze, welche spezifisch Neutronen absorbieren, wer den gegebenenfalls ausserdem vorgesehen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE I. Strahlenschutz-Bauelement, dadurch gekenn zeichnet, dass es mindestens schichtweise einen fein verteilten Zusatzstoff enthält, der mindestens ein Element mit hohem Atomgewicht aufweist. II. Verfahren zur Herstellung von Strahlen schutz-Bauelementen nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass man die Herstellung der Bau elemente unter Anwendung von Druck vornimmt. UNTERANSPRÜCHE 1.

Bauelement nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die das Material des Bauelemen tes bildende Masse sowohl Grundstoffe mit niedrigem bis mittlerem Atomgewicht und Bindemittel als auch Stoffe mit hohem Atomgewicht enthält. z. Bauelement nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass es Bleiteilchen enthält. 3. Bauelement nach Patentanspruch I, dadurch . gekennzeichnet, dass es aus Beton besteht, welcher mit fein verteilten Schwermetallteilchen durchsetzt ist. 4.

Bauelement nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass es aus mindestens zwei Schich ten mit verschiedenen Strahlenabsorptionsvermögen besteht. 5. Bauelement nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass es eine hauptsächlich Neutronen absorbierende Materialschicht und eine hauptsäch lich y-Strahlen absorbierende Materialschicht auf weist. 6. Bauelement nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzstoffe pulverisiertes Schwermetall sind. 7. Bauelement nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzstoffe fein zerkleinerte Schwermetallerze sind. B.

Bauelement nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzstoffe teilweise fein zerkleinerte Metallpulver und teilweise fein zer kleinerte Metallerze sind.