DE1286649B

DE1286649B - Radioaktive Strahlenquelle

Info

Publication number: DE1286649B
Application number: DE1961C0023665
Authority: DE
Inventors: Courtois Guy; Clerc Pierre Le
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1960-03-17
Filing date: 1961-03-16
Publication date: 1969-01-09
Also published as: LU39839A1; SE309814B; GB943671A; CH413133A; BE600665A; FR1264489A; NL6506642A

Description

durchlässigkeit erfüllt sind. Für solche Umhüllungen, io Produkt aus Glas als Muttersubstanz. Bei der Herdie als zylindrische Röhrchen ausgebildet sind, werden stellung dieses keramischen Produkts aus einem

verschiedene Metalle, unter anderemz. B. Eisen, Kobalt, Nickel, und keramische Stoffe erwähnt. Ähnliche Hinweise finden sich auf S. 128 des Jahrganges 1958 der Zeitschrift »Nucleonics«.

Ferner ist es aus der deutschen Patentschrift 600 991 bekannt, Po'rzellanmassen in ungebranntem und unglasiertem Zustand mit radioaktiver Substanz zu vermischen und das Ganze darauf zu brennen und Pulver wird diesem eine entsprechende Menge an Kobalt in Form von Kobaltoxyd zugesetzt und dann die kristallisierte (entglaste) Form hergestellt. Man erreicht, daß das Kobalt außerordentlich fein in diesem Produkt verteilt ist, und zwar bis zu einer atomaren Größenordnung, derart, daß es ein echter Bestandteil des Kristallgitters des Produkts ist. Die Erzeugung der aktiven Form erfolgt durch Bestrahlung

g
zu glasieren. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß so des Produkts, bei dem das Kobalt-59 in Kobalt-60

eine genaue Dosierung des Gehaltes an Radium nicht möglich ist, weil während des Brennvorgangs bei den hierzu erforderlichen Temperaturen ein Teil des Radiums verdampft.

Der Gedanke, das radioaktive Material in einen as keramischen Grundkörper einzubetten, ist auch aus den bekanntgemachten Unterlagen der deutschen Patentanmeldung A 21548 VIIIc/21g bekannt, gemäß der als Trägerkörper für die radioaktive Substanz Kohlenstoff, und zwar vorzugsweise Graphit oder Aktivkohle, verwendet wird oder der Trägerkörper aus einem Gemisch von Kohlenstoff und keramischen und glasigen Stoffen bestehen soll.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine radioaktive Strahlenquelle für ganz bestimmte Anwendungsfälle, nämlich für Bedingungen zu entwickeln, unter denen sie bei hohen Temperaturen in korrodierender Atmosphäre besonders großen mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt ist. Beispielsweise soll die Strahlenquelle in ein Zinkoxydbrikett eingebettet werden können, um dessen Weg durch einen Ofen zu verfolgen. Ein anderes Anwendungsgebiet ist die Messung des Abbrandes der Wände von keramischen Öfen. Die bekannten Strahlenquellen lassen sich für diese Zwecke nicht in befriedigender Weise verwenden, da das Material, in dem die eigentliche aktive Substanz eingebettet ist, nicht die notwendige Widerstandsfähigkeit gegen die mechanische Beanspruchung hat oder nicht in der Lage ist, den hohen Temperaturen, insbesondere in korrodierender Atmosphäre, zu widerstehen.

Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Strahlungsquelle dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß die Kobalt-60-Atome Bestandteile eines entglasten, von Kalium und Natrium freien Titanglases sind.

Die Erfindung sieht ferner vor, daß das entglaste Titanglas in einem Behälter aus rostfreiem Stahl angeordnet ist, der seinerseits von einer Hülle aus gesintertem Aluminiumoxyd umgeben ist, die mit einem ebenfalls aus gesintertem Aluminiumoxyd bestehenden Stopfen verschlossen ist, der auf die Hülle aufgeschweißt ist. Die Herstellung einer derartigen Strahlenquelle erfolgt gemäß der Erfindung in der umgewandelt wird. Es liegt also eine viel weitergehende Verteilung bis zur atomaren Größenordnung vor als bei den bekannten Strahlungsquellen, insbesondere der in dem belgischen Patent beschriebenen. Die Auswahl eines derartigen keramischen Produkts führt zu nicht unerheblichen Vorteilen, die im folgenden zusammengefaßt sind:

1. Hohe mechanische, chemische und thermische Widerstandsfähigkeit, die die Verwendung für die erwähnten Fälle erlaubt,

2. die Möglichkeit, den hohen Schmelzpunkt genau festzulegen, was zur Bestimmung des exakten Zerfallpunktes der Strahlungsquelle bei einer bestimmten Temperatur nützlich ist, was beispielsweise zur Bestimmung der Abnutzung des feuerfesten Materials in einem Hochofen von Bedeutung ist,

3. hohe Widerstandsfähigkeit gegen Kernstrahlungen (das Produkt gemäß vorliegender Erfindung widersteht den durch die Kobalt-60-Atome emittierten Strahlungen),

4. die radioaktiven Kobalt-60-Atome werden in der Verbindung vollständig zurückgehalten, da sie ein Bestandteil des Kristallgitters der entglasten Masse sind und nicht, wie bei den bekannten Strahlungsquellen, den Massen zugesetzt oder in diese eingebettet sind.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen

F i g. 1 und 2 Schnittansichten von zwei Ausführungsformen, wobei die Strahlungsquelle gemäß F i g. 1 zur Bestimmung der Abnutzung der feuerfesten Auskleidung eines Hochofens geeignet ist, während die Strahlenquelle gemäß F i g. 2 sich besonders zur Messung der Stärke einer Glastafel während der Abkühlung eignet,

F i g. 3 schematisch eine Anlage zur Kontrolle der Stärke einer Glastafel während der Herstellung unter Verwendung der radioaktiven Strahlenquelle gemäß F i g. 2 und

F i g. 4 die Anwendung einer Strahlenquelle gemäß

Weise, daß der Stopfen aus gesintertem Aluminiumoxyd unter Verwendung eines Glases mit hohem 65 vorliegender Erfindung auf die Messung eines Kon-Schmelzpunkt und einem hohen Gehalt an Kieselerde vektionsgasstromes.

und Aluminiumoxyd bei einer Temperatur von etwa Bei der Strahlenquelle gemäß F i g. 1 bildet die

1100⁰C auf die Hülle geschweißt wird. radioaktive Substanz einen Teil des Zylinders 2 aus

3 4

einem keramischen Produkt mit folgender Zusammen- Schichten des Hochofens anbringen und eine Strahlensetzung: quelle gemäß F i g. 1 (mit einer Stärke in der Größen-

AOQoi Ordnung eines oder einiger Millicurie) in jedes dieser

yy os 40/ Löcher einführen, worauf diese mit einer Stampfmasse

Q οίο/ ^{5 aus} Kohlenstoff oder einem feuerfesten Zement ver-

p} * ο/ι <ςο/° schlossen werden. Die anderen Schichten der feuer-

^cou ^Z4)ö l° festen Auskleidung werden normal hergestellt.

Das Produkt entspricht dem im Beispiel 94 der Eine Stahlenquelle gemäß F i g. 1 ist bei einer

französischen Patentschrift 1177 799 beschriebenen. feuerfesten Auskleidung mit einer Dicke von 70 cm

Das Kobalt-59 wandelt sich unter der Neutronen- io (z. B. aus Kieselerde und Aluminiumoxyd) stark

bestrahlung in einem Kernreaktor in radioaktives genug, um außerhalb des Hochofens mit einem trag-

Kobalt-60 um, wobei die Bestrahlung vorzugsweise baren Strahlungsdetektor festgestellt zu werden, z. B.

dann erfolgt, wenn sich der Zylinder aus dem Produkt einem Geiger-Müller-Zähler oder einem Szintillations-

in einem Rohr 3 aus rostfreiem Stahl befindet. zähler.

Das Produkt enthält weder Kalium noch Natrium, 15 Die Abnutzung der feuerfesten Auskleidung wird

da sich diese beiden Alkalimetalle stark aktivieren dadurch festgestellt, daß mittels des Detektors das

würden, wenn sich das Produkt zur Aktivierung des Verschwinden der Strahlenquelle festgestellt wird,

Kobalts-59 zu Kobalt-60 in einem Kernreaktor welches gleichzeitig mit dem Verschwinden des sie

befindet. tragenden Steins erfolgt (eine Strahlenquelle von

Die Strahlenquelle ist wie folgt aufgebaut: Der Zy- so 6 Millicurie kann noch durch eine 75 cm dicke Auslinder 2 aus dem Produkt, das die radioaktive Sub- kleidung hindurch festgestellt werden). Die Strahlenstanz enthält, ist in einem Rohr 3 aus rostfreiem Stahl quelle löst sich zum Teil (Rohr 3 und Platte 4 aus rostuntergebracht. Dieses ist durch eine Platte 4 abge- freiem Stahl) in dem Gußeisen und zum Teil in der schlossen, die durch eine Bördelung3a des Rohres 3 Schlacke auf.

gehalten wird. Das Rohr 3 befindet sich in einem Be- 25 Die Vorteile einer Strahlenquelle gemäß der Erfin-

hälter oder einer Hülle 5 aus gesintertem Aluminium- dung bei der Bestimmung der Abnutzung der feuer-

oxyd, der durch einen aus dem gleichen Material be- festen Auskleidung eines Hochofens sind im wesent-

stehenden Stöpsel oder Stopfen 6 verschlossen ist, der liehen folgende:

bei 7 an den Behälter 5 unter Verwendung eines die Strahlenquelle hält die in dem Hochofen

Glases mit hohem Schmelzpunkt mit einem Gehalt 30 herrschenden hohen Temperaturen aus;

von mehr als 50 % Kieselerde und mehr als 30 % Alu- sie hält die hohen mechanischen Beanspruchungen

miniumoxyd und Kalk bei einer Temperatur von aus, welche von der Verformung herrühren, die

1100° C angeschweißt ist. Die Schweißung mittels des der Stein erfährt, in dem sie untergebracht ist;

Spezialglases wird in der Weise vorgenommen, daß die in dem Stein enthaltene radioaktive Substanz

man zunächst eine Aufschlämmung des Glaspulvers 35 diffundiert nicht in die Nachbarsteine, was die

in einem sehr reinen, vollständig verbrennenden oder Feststellung erleichtert.

verdampfenden Öl in Form einer dicken Paste her- In F i g. 2 ist eine Strahlenquelle dargestellt, welche

stellt. Mit dieser Paste bestreicht man die Stoßstelle 7 ähnlich wie die der F i g. 1 ausgebildet ist, aber andere

zwischen dem Stöpsel 6 und dem Behälter 5 und bringt Abmessungen hat und einen von dem Stöpsel 6 ge-

die Strahlenquelle, insbesondere die Paste, während 40 tragenen Haltestab 6a aufweist. Die Abmessungen

7 bis 10 Minuten auf eine Temperatur von 1100⁰C. der Strahlenquelle der Fig. 2 sind in Millimetern

Das kochende Öl bewirkt eine Erwärmung des um- folgende:
gebenden Aluminiumoxyds, was die Selbstdiffusion

des Aluminiumoxyds aus dem Glas in die zu verbin- ^f⁰SJ; ^des ^^ν™« Ζ 6

denden Teile und umgekehrt bewirkt, so daß eine aus- 45 Durchmesser ™* Zylinders 2 6

gezeichnete Verbindung entsteht. Bei einer Erwärmung -Lange des Rohres 3.. 8

während einer Zeit von weniger als 7 Minuten besteht Durchmesser des Rohres 3 8

die Gefahr, daß die Qualität der Schweißstelle un- i;^an^ ^{des ßel}™^te" ⁵.:, · · · " f0

genügend ist. Durchmesser des Behalters 5 18

Die Strahlenquelle gemäß F i g. 1 kann folgende 50 Durchmesser das Stabes 6a 2

Abmessungen in Millimetern haben: Die Strahlenquelle der Fig. 2 ist besonders zur

α ύ ν α or» Bestimmung der Dicke einer Glastafel am Ausgang

Lange des Zylinders 2 20 _eines Herstellungsofens zum Zwecke der selbsttätigen

Durchmesser des Zylinders 2 3,2 Regelung der Dicke der Tafel geeignet. Eine derartige

Äußere Hohe des Rohres 3 30 Vorrichtung ist schematisch in F i g. 3 dargestellt, auf

Außendurchmesser des Rohres 3 8 _{wdcher maQ dag Ende deg} ^^ _{8 gje}| _{dag dje}

Lange des Behalters 5 mit Stöpsel 6 42 Glasmasse 9 enthält, aus der eine Tafel 10 mit Hilfe

Außendurchmesser des Behalters 5 12 _{der gich in der Richtung der pfeile/ drehenden}

Die Strahlenquelle gemäß F i g. 1 ist für verschiedene Rollen 11 und 12 gezogen wird. Die Glastafel 10 beVerwendungszwecke in korrodierender Atmosphäre 60 findet sich im Augenblick ihrer Bildung auf einer bei hoher Temperatur geeignet, insbesondere zur Temperatur von größenordnungsmäßig 1100 bis Messung der Abnutzung von feuerfesten Auskleidun- 1600⁰C und in einer Atmosphäre 13, welche korrogen von Hochöfen. dierende Gase enthält, deren Temperatur zwischen

Man kann z. B. bei der Reparatur eines Hochofens etwa 1200 und 1300⁰C liegt.

in bestimmten Steinen mit einem mit Karborund ver- 65 Die von ihrem Stab 6a getragene Strahlenquelle 14 sehenen Werkzeug etwa 10 mm tiefe Löcher bohren, gemäß F i g. 2 hält diese hohe Temperatur und die deren Durchmesser zwischen 9 und 15 mm liegen korrodierende Atmosphäre aus und gestattet im Zukann, und so etwa hundert Löcher in mehreren sammenwirken mit dem Strahlungsdetektor 15 (Geiger-

Müller-Zähler oder Szintillationszähler), der eine an sich bekannte elektronische Einheit 15a speist, die Bestimmung der Dicke der Tafel 10 unmittelbar nach ihrer Bildung, so daß bei einer Änderung der Dicke der Tafel den Rollen 11 und 12 unverzögert die richtige Drehzahl erteilt werden kann. Durch diese Steuerung wird eine falsche Dicke der Glastafel vermieden, welche unweigerlich eintreten würde, wenn die Bestimmung der Dicke in einer gewissen Entfernung von dem Austritt aus dem Bad erfolgen würde.

Eine andere Anwendung einer radioaktiven Strahlenquelle gemäß der Erfindung ist in F i g. 4 dargestellt, die zeigt, wie die Geschwindigkeit einer Konvektionsgasströmung in einem auf hohe Temperatur gebrachten geschlossenen Gefäß gemessen werden kann, z. B. um die Wirkung des Kohlensäuregases auf Graphit zu bestimmen, welcher auf sehr hohe Temperatur gebracht ist (insbesondere in einem heterogenen, mit Graphit gemäßigten und mit Kohlensäuregas gekühlten Kernreaktor).

Hierfür kann in einen Behälter 16 ein Graphitblock 17 gebracht werden, welcher durch einen durch eine nicht dargestellte Stromquelle gespeisten Heizwiderstand auf z. B. 1000⁰C gebracht wird.

Der Behälter 16 ist in einem Gefäß 19 angeordnet, in welchem ein Wasserstrom 20 strömt. Die Strömung des in dem Behälter 16 enthaltenen Kohlensäuregases erfolgt in Richtung der Pfeile F um den einen Ablenker bildenden Zylinder 21, und die Geschwindigkeit der Konvektionsströmung des Kohlensäuregases wird mittels einer um eine lotrechte Achse drehbaren kleinen Schraube 22 bestimmt, welche von dem Kohlensäuregasstrom in der Richtung des Pfeils F₁ in Umdrehung versetzt wird, wobei an einem Flügel dieser Schraube eine Strahlenquelle 23 gemäß der Erfindung befestigt ist. Diese Strahlenquelle wirkt mit einem Radioaktivitätsdetektor 24 zusammen, dessen Impulse durch eine an sich bekannte elektronische Anordnung 24 a gezählt werden, wobei vor dem Detektor 24 ein Kollimator 25 so vorgesehen ist, daß die Strahlenquelle 23 den Detektor nur beeinflußt, wenn sie der Bohrung 25a des Kollimators 25 gegenüberliegt. Hierdurch kann bequem die minütliche Drehzahl der Schraube 22 und somit die Geschwindigkeit des Konvektionsstromes (entweder durch die Rechnung oder vorzugsweise durch eine vorherige Eichung) bestimmt werden.

Eine radioaktive Strahlenquelle gemäß der Erfindung kann zahlreiche Anwendungen zur Vornahme von Messungen oder Feststellungen in korrodierenden Atmosphären und/oder bei hoher Temperatur finden. Man kann z. B. mittels einer derartigen Strahlenquelle den Weg eines Zinkerzbriketts in einem lotrechten Zinkofen verfolgen, was die Bestimmung der mittleren Verweilzeit eines derartigen Briketts in dem Ofen sowie der Augenblicksgeschwindigkeiten des Briketts an verschiedenen Punkten gestattet.

Hierfür wird in der Mitte des Briketts eine radioaktive Strahlenquelle gemäß der Erfindung angeordnet, und man verfolgt ihren Weg mittels eines innerhalb des Ofens angeordneten Strahlungsdetektors, was dadurch ermöglicht wird, daß die erfindungsgemäße Strahlenquelle die Temperatur von 1200° C und die stark korrodierende Atmosphäre (welche z. B. flüchtige Chloride enthält) in dem Ofen aushält.

Claims

Patentansprüche:

1. Radioaktive Strahlenquelle zum Gebrauch unter starker mechanischer Beanspruchung bei hoher Temperatur und/oder in korrodierender Atmosphäre, die radioaktive Kobalt-60-Atome enthält, dadurch gekennzeichnet,daß die Kobalt-60-Atome Bestandteile eines entglasten, von Kalium und Natrium freien Titanglases sind.

2. Radioaktive Strahlenquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das entglaste Titanglas in einem Behälter aus rostfreiem Stahl angeordnet ist, der seinerseits von einer Hülle aus gesintertem Aluminiumoxyd umgeben ist, die mit einem ebenfalls aus gesintertem Aluminiumoxyd bestehenden Stopfen verschlossen ist, der auf die Hülle aufgeschweißt ist.

3. Verfahren zur Herstellung einer radioaktiven Strahlenquelle nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stopfen aus gesintertem Aluminiumoxyd unter Verwendung eines Glases mit hohem Schmelzpunkt und einem hohen Gehalt an Kieselerde und Aluminiumoxyd bei einer Temperatur von etwa HOO⁰C auf die Hülle geschweißt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen