DE1154921B - Strahlenschutzwand und Verfahren zum Vorbehandeln von Bausteinen hierfuer - Google Patents

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

kl. 37 a 7/01

INTERNATIONALE KL.

E 04b; B 63h

D 26349 V/37a

ANMELDETAG: 31. AU G U S T 1957

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UNDAUSGABS DER AUSLEGESCHRIFT: 26. SEPTEMBER 1963

Die Erfindung bezieht sich als Zusatz zur Erfindung gemäß dem Patent 1057 770 auf eine wenigstens zum Teil aus Basalt, Gabbro oder Diabas bestehende Strahlenschutzwand. Dabei betrifft die Erfindung eine besonders vorteilhafte und zugleich wirtschaftliche Ausführung der Strahlenschutzwand sowie ein Verfahren zum Vorbehandeln von Bausteinen hierfür.

Die bisher bekannten Strahlenschutzwände haben dann, wenn sie bei der Bestrahlung eine Erwärmung erfahren, den Nachteil, daß sie einen besonderen Wärmeschild aufweisen müssen, weil die eigentlichen Strahlenschutzwerkstoffe die Temperaturen, die sie sonst annehmen würden, nicht auszuhalten vermögen, ohne Schaden zu nehmen. Strahlenschutzwände nach dem Hauptpatent weisen diese Nachteile in der Regel nicht auf, jedoch sind Strahlenschutzwände, die nur nach den Lehren des Hauptpatentes aufgebaut sind, gegenüber dem Vorschlag der vorliegenden Erfindung noch zu teuer. Dies trifft insbesondere bei Reaktoren für die Energieerzeugung zu, die im Gegensatz zu kleineren Brutreaktoren wenigstens in einem Teil der zum Reaktorkern hin hegenden Seite der Strahlenschutzwand Temperaturen entstehen lassen, die über 100° C liegen und oftmals noch höher sind. Die moderne Entwicklung der Reaktoren zur Energieerzeugung läßt sogar erkennen, daß wärmewirtschaftliche Notwendigkeiten bezüglich der Umwandlung der im Reaktor erzeugten Wärme in nutzbare Energie, z. B. in elektrischen Strom, immer mehr zu solchen Reaktortypen führen, die bei möglichst hohen Temperaturen des Reaktorkernes betrieben werden, d. h. bei Temperaturen, die um mehrere bis viele hundert Grad über 100° C liegen. Für solche Reaktoren mit sehr starker Wärmeentwicklung sind die bisher bekannten Strahlenschutzwände also noch nachteilig. Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, diesen Nachteil zu überwinden.

Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die gemäß dem Hauptpatent aus Basalt, Gabbro oder Diabas bestehende Strahlenschutzwand von der bestrahlten Seite her gemessen wenigstens in solcher Tiefe aus Bausteinen aus Basalt, Gabbro oder Diabas besteht, bis zu der — z. B. infolge Strahlenabsorption — Temperaturen über 100° C der Strahlenschutzwand auftreten.

Soweit sie nicht aus hitzebeständigem Stein besteht, besteht die Strahlenschutzwand im übrigen zweckmäßig aus Stein mit einem Wassergehalt von mehr als 0,5%, weil dieser Wassergehalt dort, wo die Temperaturen unter 100⁰C liegen, nicht zu Rissen Strahlenschutzwand

und Verfahren zum Vorbehandeln

von Bausteinen hierfür

Zusatz zum Patent 1057 770

Anmelder:

Dolerit Basalt Aktiengesellschaft,
Köln, Mittelstr. 20-24

Werner Gottschalk, Köln-Marienburg,
ist als Erfinder genannt worden

des Sterns führen kann und als guter Neutronenfänger erwünscht ist.
Weitere Merkmale der Erfindung betreffen Verfahren zur Herstellung von besonders hitzebeständigen Bausteinen aus Basalt, Gabbro oder Diabas. Normalerweise ist Diabas mit einem Wassergehalt von weniger als 0,5% bis 300° C und mehr temperaturbeständig, während Basalt normalerweise Temperaturen bis zu etwa 250° C ertragen kann.

Reaktoren, die mit einer Strahlenschutzwand nach der Erfindung ausgerüstet sind, sind leichter und billiger als die bekannten Reaktoren, weil der bisher notwendige zusätzliche Wärmeschutz aus Stahl fortfällt. Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Strahlenschutzwand können die Reaktoren auch mit denjenigen hohen Temperaturen betrieben werden, die aus wärmetechnischen Gründen angestrebt werden, aber bisher wegen der dann unvertretbar hohen Kosten für den Wärmeschutz nicht in wirtschaftlicher Weise verwirklicht werden können. Insbesondere die Reaktoren für mobile Anlagen, z. B. Schiffe, Fahrzeuge od. dgl., können erst durch Verwendung der erfindungsgemäßen Strahlenschutzwand so ausgebildet werden, daß sie leicht, raumsparend und billig, dabei wegen der höheren zulässigen Betriebstemperaturen technisch besser, insgesamt also wirtschaftlicher sind.
Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind an Hand von Zeichnungen näher beschrieben.

Fig. 1 zeigt einen Kernreaktor mit erfindungsgemäßer Strahlenschutzwand im Schnitt; dabei ist

309 689/30

der Reaktorkern unter Fortlassung der übrigen dazugehörenden Anlagen nur insofern schematisch dargestellt, als es zum Verständnis der Erfindung notwendig ist,

Fig. 2 zeigt im Diagramm ein Beispiel für die Temperaturverteilung in der Strahlenschutzwand gemäß Fig. 1;

Fig. 3 zeigt in perspektivischer Ansicht einen Ausschnitt aus einer Strahlenschutzwand nach Fig. 1, und

Fig. 4 zeigt schematisch einen Durchlaufofen zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von mit Sicherheit hochhitzebeständigen Bausteinen.

In Fig. 1 ist mit 1 der Reaktorkern bezeichnet, der von beliebiger Bauart sein kann und in dem eine der bekannten Kernreaktionen in bekannter Weise abläuft und über geeignete Anlagen, die in Fig. 1 nicht gezeichnet sind, gesteuert und wirtschaftlich genutzt wird. Die vom Reaktorkern 1 nach außen hin abstrahlenden schädlichen Strahlen werden in der Strahlenschutzwand 2, 3 unschädlich gemacht. Der Wandteil 2 an der Reaktorinnenseite, d. h. zum Reaktorkern 1 hin, besteht aus Basalt, Gabbro oder Diabas, ist also bis weit über 100° C hitzebeständig. Dabei kann Naturstein oder Kunststein verwendet werden. Der äußere Wandteil 3 besteht aus einem anderen Strahlenschutzwerkstoff, z. B. Baryt-Beton. Fig. 2 zeigt die Temperaturverteilung in der Strahlenschutzwand. Aus den Fig. 1 und 2 ist zu erkennen, daß die Strahlenschutzwand vom Reaktorkern 1 her gemessen in solcher Tiefe aus hitzebeständigem Stein besteht, bis zu der beim Reaktorbetrieb Temperaturen über 100^ö C. in der jStraMenschutzwand 2, 3 auftreten. Der hitzebeständige Wandteil 2 erleidet beim Reaktorbetrieb keinerlei Risse. Der Wandteil 3 aus Baryt-Beton erleidet auch keine Risse, weil er nicht über 100⁰C erhitzt wird, so daß das in ihm enthaltene Wasser nicht nur keinen Schaden verursachen kann, sondern auch als erwünschter Neutronenfänger wirksam ist. Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Wassergehalt größer als 0,5 % ist.

Fig. 3 läßt erkennen, daß der hitzebeständige Wandteil 2 aus Bausteinen 4 hergestellt worden ist. Die Richtung des Strahleneinfalls ist durch einen Pfeil angedeutet.

Die Bausteine werden zweckmäßig gemäß Anspruch 7 des Hauptpatents in der Weise hergestellt, daß größere Steinblöcke durch Sprengung od. dgl. im Steinbruch gebrochen werden, wobei aber die Anwendung von mechanischen Schlagwerkzeugen, z, B. Hämmern, Hacken, Preßlufthämmern usw., vermieden wird.

Die besten Ergebnisse lassen sich erzielen, wenn Bausteine aus Basaltgestein verwendet werden, das nach Anspruch 6 des Hauptpatents zusammengesetzt ist.

Wenn die Betriebstemperaturen eines Reaktors so liegen, daß sich in der Strahlenschutzwand Temperaturen über 250 bzw. 300° C ergeben, werden nach der Erfindung Bausteine verwendet, die einer Temperatur von wenigstens etwa 400° C ausgesetzt worden sind. Dies empfiehlt sich aus Sicherheitsgründen auch, wenn Diabas verwendet wird, der an sich auch Temperaturen über 300° C erträgt, wenn sein Wassergehalt unter 0,5'% liegt.

Für diese Vorbehandlung der Bausteine dient zweckmäßig ein nach Fig. 4 ausgebildeter Durchlaufofen 5. Der Ofen hat eine Eintrittsöffnung 6 und eine Austrittsöffnung 7. Durch den Ofen 5 läuft ein Transportband 8 hindurch, das aus der Eintrittsöffnung 6 und der Austrittsöffnung 7 herausragt. Der Ofen 5 ist in Richtung der Transportbandbewegung in mehrere Kammern bzw. Erhitzungszonen 9 bis 13 unterteilt. In den Kammern 9 bis 13 befinden sich Heizelemente 14 bis 18, die eine jede Kammer auf eine höhere Temperatur als die der vorhergehenden Kammer aufheizen. Die letzte Kammer hat eine Temperatur von etwa 400° C. Die in Richtung der Transportbandbewegung gemessene Länge der Kammern 9 bis 13 entspricht jeweils der Zeit, für die ein Baustein 4 der Temperatur einer bestimmten Kammer ausgesetzt werden soll. Vorteilhaft ist es, die Anordnung so zu wählen, daß die Bausteine von Minute zu Minute um etwa 10° C erwärmt werden, bis sie eine Temperatur von etwa 400° C angenommen haben. Auf dieser Temperatur werden die Steine dann etwa 30 Minuten lang gehalten. Aus diesem Grande ist die Kammer 13 in Fig. 4 langer als die vorhergehenden Kammern 9 bis 12 ausgeführt. Allerdings entsprechen die Anzahl und die Länge der Kammern nicht den vorerwähnten vorteilhaften Daten, da die Zeichnung sonst unübersichtlich wäre.

Die gebrochenen und mechanisch bearbeiteten Bausteine 4 werden an der Emtrittsöffnung 6 auf das Transportband 8 gelegt und auf diesem Transportband 8, das durch den Motor 19 über das Getriebe 20 angetrieben wird, durch den Durchlaufofen 5 hindurchgeführt. Nach Verlassen der Austrittsöffnung 7 läßt man die Bausteine 4 langsam erkalten, wozu unter Umständen eine ähnliche Einrichtung wie der Durchlaufofen vorgesehen werden kann.

Solche Bausteine 4, die beim Verlassen der Austrittsöffnung 7 bzw. nach dem Erkalten Risse zeigen, was z. B. durch eine einfache Klangprobe festgestellt werden kann, werden aussortiert und können als Ausschuß nicht in der erfindungsgemäßen Strahlenschutzwand verbaut werden. Diejenigen Steine 4, die nicht aus diesem Grunde aussortiert werden müssen, können zum Strahlenschutz verwendet werden. Bei diesen Steinen besteht die sichere Gewähr, daß sie auch bei lange andauernder hoher thermischer Belastung keine Risse zeigen.

Ob die vorbeschriebene Wärmebehandlung bei solchen Bausteinen angewendet wird, die nach dem bereits erwähnten Verfahren nach Anspruch 7 des Hauptpatents mit besonderer technischer Sorgfalt gebrochen und bearbeitet sind, oder aber bei Bausteinen, die nach dem bisher üblichen Verfahren gebrochen und bearbeitet sind, ist an sich gleichgültig. Allerdings ist der Ausschuß bei üblich gebrochenen und bearbeiteten Bausteinen sehr viel größer, weil alle die Bausteine, die schon vom Brechen oder von der Bearbeitung her Risse enthalten, während der Wärmebehandlung springen. Es ist daher wirtschaftlicher, auch das Brechen und Bearbeiten nach dem Hauptpatent vorzunehmen.

Es hat sich jedenfalls gezeigt, daß diejenigen Steine, die den Ofen S ohne Risse oder Sprünge verlassen, auch späterhin bei Erwärmung im Reaktorbetrieb keine Risse mehr bekommen. Die besondere Bedeutung der Wärme-Vorbehandlung wird klar, wenn man die in der bisherigen Technik unbekannten und ungeheuren Schwierigkeiten, Kosten und Gefahren berücksichtigt, die sich ergeben, wenn sich bei einem im Betrieb befindlichen Reaktor heraus-

stellt, daß die Strahlenschutzwand bzw. ein Baustein derselben einen Riß zeigt.

Gemäß der Erfindung lassen sich somit Strahlenschutzwände herstellen, bei denen sich ein besonderer und teurer Wärmeschutz zusätzlich zum biologischen Schutz erübrigt.

Claims (4)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Strahlenschutzwand, gemäß Patent 1 057 770 wenigstens zum Teil aus Basalt, Gabbro oder Diabas bestehend, dadurch gekennzeichnet, daß sie von der bestrahlten Seite her gemessen wenigstens in solcher Tiefe aus Bausteinen aus Basalt, Gabbro oder Diabas besteht, bis zu der — z. B. infolge Strahlenabsorption — Temperaturen über 100° C in der Strahlenschutzwand auftreten.

2. Strahlenschutzwand nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie, soweit sie nicht aus Basalt, Gabbro oder Diabas besteht, aus Stein mit einem Wassergehalt von mehr als 0,5 % besteht.

3. Strahlenschutzwand nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die Verwendung von Bausteinen, die einer Temperatur von wenigstens etwa 400° C ausgesetzt worden sind.

4. Verfahren zum Vorbehandeln von Bausteinen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bausteine langsam auf wenigstens 400° C erhitzt, dann etwa 30 Minuten auf dieser Temperatur gehalten und dann langsam abgekühlt werden.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Nuclear Engeneering, 1956, S. 270.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 309 689/30 9.63