DE2222061A1 - MATERIAL FOR SHIELDING NEUTRONS - Google Patents
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Description
GESELLSCHAFT FÜR -Karlsruhe, den 25. April 1,972GESELLSCHAFT FÜR -Karlsruhe, April 25, 1,972
KERNFORSCHUNG MBH PLA 72/22 Gl/Ku.NUCLEAR RESEARCH MBH PLA 72/22 Gl / Ku.
Anmelder: Institut Max von Laue - Paul Langevin,Applicant: Institut Max von Laue - Paul Langevin,
38 Grenoble / 8 München, Reaktorstation Garching38 Grenoble / 8 Munich, Garching reactor station
Werkstoff zur Abschirmung von NeutronenMaterial for shielding neutrons
Die Erfindung betrifft einen Werkstoff zur Abschirmung von Neutronen, bestehend aus einem ein Absorbermaterial enthaltenden Kunstharz.The invention relates to a material for shielding neutrons, consisting of a synthetic resin containing an absorber material.
Zur Abschirmung von Neutronen sind Formkörper bekannt, die aus Mischungen von Polyäthylen oder Polypropylen mit darin gleichmäßig verteiltem Blei oder Wolfram sowie geringen Mengen Bor hergestellt werden. Auch ist über die Verwendung von Kunststoffen, in denen das Verhältnis Kohlenstoff zu Wasserstoff oder das Verhältnis Restatom zu Wasserstoff im Bereich von 1 : 2,1 bis'2 : 1 liegt, deren Molekulargewicht kleiner als 2oo ooo ist und die 1 bis 5 Gewichtsprozente Gadolinium und/oder Samarium enthalten, zum Herstellen von Formkörpern zum Schutz gegen Neutronenstrahlung berichtet worden. Derartige Kunststoffe können aus der Klasse der Hoch- und Nie.derdruckpolyäthylene, der Polypropylene, der Alkylen-Propylen- bzw. Alkylen-Butylen-Mischpolymerisate, der Polyamide und Polyester stammen. Besonders geeignet sollen Polyäthylen, Polystyrol, Nylon, · Polyester, Phenolharz, gegebenenfalls unter Zusatz von FüllstoffenShaped bodies are known for shielding neutrons which consist of mixtures of polyethylene or polypropylene with therein uniformly distributed lead or tungsten and small amounts of boron. Also is about the use of plastics in which is the ratio of carbon to hydrogen or the ratio Residual atom to hydrogen in the range from 1: 2.1 to 2: 1, the molecular weight of which is less than 2oo,000 and the 1 to 5 Containing percentages by weight of gadolinium and / or samarium, reported for the production of moldings for protection against neutron radiation been. Such plastics can be from the class of high and low pressure polyethylenes, polypropylenes, alkylene propylene or alkylene-butylene copolymers derived from polyamides and polyesters. Polyethylene, polystyrene, nylon, Polyester, phenolic resin, optionally with the addition of fillers
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sein /~DT-AS 1 297 869_^7 . Eine Schichtdicke von z.B. 2o cm Polyäthylen soll die aus einem Reaktor kommenden Neutronen einer maximalen Energie von Io MeV nahezu vollständig auf thermische Energie abbremsen. Zum Beseitigen dieser thermischen Neutronen werden dem Polyäthylen bestimmte neutronenabschirmende Stoffe in elementarer Form oder in Form ihrer Verbindungen zugegeben in Mengen von 1 bis 5 Gewichtsprozenten, bezogen auf das Gewicht des Kunststoffs. Es wurde gefunden, daß 1 cm starke Platten aus Poly-his / ~ DT-AS 1 297 869_ ^ 7. A layer thickness of e.g. 20 cm polyethylene should almost completely reduce the neutrons coming from a reactor with a maximum energy of Io MeV to thermal Decelerate energy. To eliminate these thermal neutrons, certain neutron shielding substances are in the polyethylene elemental form or in the form of their compounds added in amounts of 1 to 5 percent by weight, based on the weight of the Plastic. It was found that 1 cm thick panels made of poly-
äthylen, denen jeweils 1 Gewichtsprozent eines neutronenabsorbierenden Stoffes zugemischt war, folgende Neutronenabsorptionswerte aufwiesen:ethylene, each of which is 1 percent by weight of a neutron absorbing Substance was admixed with the following neutron absorption values:
Gd3O3 loo %Gd 3 O 3 loo%
Sm3O3 5o % Sm 3 O 3 5o %
CdO 3ο %CdO 3ο%
Hg2O 17 % Hg 2 O 17 %
B4C 9 % B 4 C 9 %
Solche Formkörper besitzen den Nachteil, daß sie zur vollständigen Neutronen-Absorption in bestimmter, verhältnismäßig dicker Schicht hergestellt und angewendet werden müssen, daß bei der Herstellung die Zumengung der neutronenabsorbierenden Stoffe unter Beibehaltung der Kunststoff-Eigenschaften nur in beschränktem Maße erfolgen kann und daß Herstellung und Verarbeitung der Formkörper verhältnismäßig umständlich sind.Such moldings have the disadvantage that they are complete Neutron absorption must be produced in a certain, relatively thick layer and that must be used in the production the addition of the neutron-absorbing substances while maintaining the plastic properties can only take place to a limited extent and that the production and processing of the moldings are relatively cumbersome.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Werkstoff zur Abschirmung von Neutronen zu schaffen, der leicht herstellbar ist und vom Verarbeiter ohne umständliche Verfahrensschritte und ohne besondere Vorrichtungen an die unterschiedlichsten Anwendungserfordernisse angepaßt werden kann. Dieser Werkstoff soll die Beimengung von bis zu sehr hohen Anteilen an Absorbermaterial während der Herstellung gestatten. Jedoch sollen die jeweils gewünschten Eigenschaften des Werkstoffes lediglich von dem das Absorbernaterial umgebenden Bindematerial bestimmt werden, auch bei geringem AnteilThe invention is now based on the object of creating a material for shielding neutrons which is easy to manufacture and from the processor to the most varied of application requirements without cumbersome process steps and without special devices can be customized. This material is said to be admixing up to very high proportions of absorber material during allow manufacture. However, the respectively desired properties of the material should only differ from those of the absorber material surrounding binding material can be determined, even with a small proportion
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an Bindematerial.of binding material.
Der Werkstoff soll sowohl zur größflächigen Abschirmung verwendet werden können, als auch zur Ausbesserung von Beschädigungen in einer Abschirmung bzw. zum Abdichten von Fugen und Hohlräumen oder von sogenannten Strahlungslecks.The material is intended to be used both for large-area shielding as well as repairing damage in one Shielding or for sealing joints and cavities or of so-called radiation leaks.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß auf überraschend einfache Weise durch Polyurethan mit einer darin homogen verteilten Herstellungs-Beimengung an Absorbermaterial von bis zu 73 Gewichtsprozenten, bezogen auf das Gesamtgewicht des Werkstoffs, gelöst. Eine besonders vorteilhafte Ausbildung des erfindungsgemäßen Werkstoffs ist gekennzeichnet durch einen Anteil Absorbermaterial in einem Bereich zwischen 6o und 73 Gewichts-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Werkstoffs. In Weiterbildungen der Erfindung ist der Werkstoff als flexible Folie oder als zunächst knetbare, dann aushärtende Dichtmasse ausgebildet oder als formbeständiger Körper oder als Konstruktionselement. Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist dadurch gegeben,, daß der Werkstoff zu,formbeständigen Körpern oder zu Konstruktionselementen verarbeitbar ist.According to the invention, the object is achieved in a surprisingly simple manner by means of polyurethane with a manufacturing admixture homogeneously distributed therein of absorber material of up to 73 percent by weight, based on the total weight of the material. One special An advantageous embodiment of the material according to the invention is characterized by a proportion of absorber material in one area between 6o and 73% by weight, based on the total weight of the material. In developments of the invention, the material is as flexible film or formed as an initially kneadable, then hardening sealing compound or as a dimensionally stable body or as a construction element. Another feature of the invention is given by the fact that the material to, dimensionally stable bodies or to Construction elements is processable.
Der erfindungsgemäße Werkstoff wird vorteilhafterweise nach einem Verfahren hergestellt, das dadurch gekennzeichnet ist, daß zur Bildung von Polyurethan in bekannter Weise zwei Komponenten bei Raumtemperatur vermengt werden und das Gemenge zur Polymerisation stehen gelassen wird, und daß^ die Hauptmenge des Absorbermaterials derjenigen Komponente beigemischt wird, die in größerer Menge verwendet wird, und die Restmenge mit der zweiten Komponente in das danach . polymerisierende Gemenge eingebracht wird.The material according to the invention is advantageously after a Process produced which is characterized in that, in a known manner, two components at room temperature to form polyurethane are mixed and the mixture is left to stand for polymerization, and that ^ the main amount of the absorber material of those Component is added, which is used in a larger amount, and the remaining amount with the second component in that afterwards. polymerizing Mixture is introduced.
In einer vorteilhaften Ausbildung des Herstellungsverfahrens wird gemäß der Erfindung als Absorbermaterial mindestens eine Verbindung aus der Gruppe Borkarbid B4C, Gadoliniumoxid Gd?O_ und Lithiumfluor id LiF verwendet.In an advantageous embodiment of the production process, according to the invention, at least one compound from the group consisting of boron carbide B 4 C, gadolinium oxide Gd ? O_ and Lithiumfluor id LiF used.
Ein solches aus zwei Komponenten bestehendes, polymerisierendes Gemenge wird beispielsweise durch Zusammenrühren einer nichthärtenden Komponente mit einer härtenden Komponente hergestellt.Such a polymerizing mixture consisting of two components is made, for example, by stirring together a non-hardening component made with a hardening component.
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Als nichthärtende Komponente werden Polyester aus dibasischen, organischen Säuren, wie z.B. Adipinsäure und/oder Phthalsäure, mit zwei- und/oder drei-wertigen Alkoholen verwendet, die noch freie, d.h. nicht veresterte Hydroxylgruppen besitzen. Handelsübliche Präparate solcher Polyester sind beispielsweise Desmopheh HU 1521/4, Desmophen HU 1694 oder Desmophen HU 1695 von der Firma Progil-Bayer-Ugine, Paris. Die härtende Komponente besteht hauptsächlich aus einer Lösung von Isocyanaten oder Diisocyanates das sind Ester der Isocyansäure, in organischen Lösungsmitteln, wie z.B. Äthylacetat oder einer Mischung aus Äthylglycolacetat und Xylol. Ein handelsübliches Präparat der härtenden Komponente ist beispielsweise Desmodur VL der Firma Progil-Bayer-Ugine.Polyesters made from dibasic organic acids such as adipic acid and / or phthalic acid are used as non-hardening components. used with di- and / or trihydric alcohols that still have free, i.e. non-esterified, hydroxyl groups. Commercially available Examples of such polyesters are Desmopheh HU 1521/4, Desmophen HU 1694 or Desmophen HU 1695 from the company Progil-Bayer-Ugine, Paris. The hardening component mainly consists from a solution of isocyanates or diisocyanates that are esters of isocyanic acid, in organic solvents, such as ethyl acetate or a mixture of ethyl glycol acetate and xylene. A commercially available preparation of the hardening component is, for example, Desmodur VL from Progil-Bayer-Ugine.
Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Werkstoffs den bekannten Neutronen-Abschirm-Materialien gegenüber ist die hohe Absorption thermischer Neutronen. So wurde gefunden, daß eine nur 1 mm starke, flexible Folie mit ca. 66 Gew.-% B4C bereits 9o % eines thermischen Neutronenstrahls absorbiert.A particular advantage of the material according to the invention over the known neutron shielding materials is the high absorption of thermal neutrons. It has been found that a flexible film only 1 mm thick with about 66% by weight of B 4 C already absorbs 90 % of a thermal neutron beam.
Solche Folien lassen sich mit einer Schere zerschneiden. Die Härte des Werkstoffs nach der Polymerisierung kann in weiten Grenzen variiert werden durch Verwendung verschiedener Typen der nichthärtenden Komponente oder geeignete Mischung zweier Typen der nichthärtenden Komponente. Die Konzentration der härtenden Komponente ist dem jeweiligen Typ der nichthärtenden Komponente bzw. dem Mischungsverhältnis der nichthärtenden Komponenten anzupassen. Formteile aus der harten Ausführung des Werkstoffs lassen sich fräsen, bohren oder Gewinde einschneiden.Such foils can be cut with scissors. The hardness of the material after polymerisation can be varied within wide limits can be varied by using different types of the non-hardening ones Component or a suitable mixture of two types of the non-hardening component. The concentration of the hardening component depends on the particular one Adapt the type of non-hardening component or the mixing ratio of the non-hardening components. Molded parts from the hard Execution of the material can be milled, drilled or cut in threads.
Soll ein Abschirmmaterial hergestellt werden, das bei der Absorption thermischer Neutronen keine -^-Strahlung erzeugt, so wird der Werkstoff mit Lithiumfluorid-Pulver als Absorbermaterial hergestellt.If a shielding material is to be produced, which during the absorption thermal neutrons do not generate - ^ - radiation, so the material made with lithium fluoride powder as absorber material.
Im folgenden werden einige Herstellungsbeispiele für den erfindungsgemäßen Werkstoff aufgeführt, die die Erfindung jedoch in keiner Weise beschränken sollen.The following are some preparation examples for the invention Material listed, but are not intended to limit the invention in any way.
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Beispiel 1 : .Example 1 : .
Zur Herstellung einer zunächst knetbaren, dann polymerisierenden Dichtmasse werden loo g Desmophen HU 1695 mit 23o g Borkarbidpulver von einer Teilchengröße kleiner als 6o ,um und mit 42 g Desmodur VL zu einem zähen Brei angerieben. Mit dieser Masse können Hohlräume und Fugen geschlossen werden. Nach einer ca. 48 stündigen Polymerisation zeigt die Dichtmasse ein kautschukartiges Verhalten.For the production of an initially kneadable, then polymerizing Sealing compound is loo g Desmophen HU 1695 with 23o g boron carbide powder with a particle size of less than 6o .mu.m and with 42 g of Desmodur VL rubbed to a thick pulp. With this mass, cavities and joints can be closed. After about 48 hours of polymerization the sealant shows a rubber-like behavior.
Zur Herstellung einer flexiblen Folie werden loo g Desmophen HU 1521/4 mit 19o g B4C oder Gd3O3 in Pulverform (Teilchengröße kleiner als 4o ,um) und mit 15 g Desmodur VL vermischt und auf einer harten Unterlage zwischen 2 PVC-Folien zu einer Schichtdicke von z.B. 2 mm ausgewalzt. Nach einer ca. 48 stündigen Polymerisierung werden die PVC-Folien abgezogen. Das spezifische Gewicht der Folie beträgt ca. 1»6 g/cm^ mit einem B-C-Gehalt von ca, 1,1 g/cm·*. Die auf diese Weise hergestellten 2 mm dicken Folien können bis zu einem Krümmungsradius von etwa 4 mm gebogen werden. To produce a flexible film, 100 g of Desmophen HU 1521/4 are mixed with 19o g of B 4 C or Gd 3 O 3 in powder form (particle size smaller than 40 .mu.m) and with 15 g of Desmodur VL and placed on a hard surface between 2 PVC- Foils rolled out to a layer thickness of, for example, 2 mm. After about 48 hours of polymerization, the PVC films are peeled off. The specific weight of the film is approx. 1 »6 g / cm ^ with a BC content of approx. 1.1 g / cm · *. The 2 mm thick foils produced in this way can be bent up to a radius of curvature of about 4 mm.
Beispiel 3 : ·Example 3:
Zur Herstellung einer harten Platte oder eines formbeständigen Körpers werden loo g Desmophen HU 1694 mit 24o g B.C in Pulverform (Teilchengröße kleiner als 60 ,um) mit 55 g Desmodur VL vermischt. Für die harte Platte wird das gleiche Herstellungsverfahren wie in Beispiel 2 angewandt.For making a hard plate or a dimensionally stable one Body becomes loo g Desmophen HU 1694 with 24o g B.C in powder form (Particle size less than 60 μm) mixed with 55 g of Desmodur VL. The same manufacturing process as in Example 2 applied.
Die nachfolgende Zeichnung zeigt beispielhaft eine neutronenabschirmende Folie, wie in der vorausgegangenen Beschreibung ausgeführt, auf einem Mauerwerk aufgebracht, das eine Fuge oder eine Beschädigung bzw. ein Strahlungsleck aufweist. Hierbei bedeuten 1 die Folie, 2 das Mauerwerk, 3 die Fuge, 4 eine Beschädigung des Mauerwerks, bzw. ein Strahlungsleck.The following drawing shows an example of a neutron shielding device Foil, as stated in the preceding description, applied to masonry that has a joint or damage or has a radiation leak. Here 1 means the foil, 2 means that Masonry, 3 the joint, 4 damage to the masonry, or a Radiation leak.
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|---|---|---|---|---|
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| US5556898A (en) * | 1995-01-11 | 1996-09-17 | Elf Atochem North America, Inc. | Radiation-shielding polymeric compositions |
| RU2591207C1 (en) * | 2015-05-29 | 2016-07-20 | Общество с ограниченной ответственностью "РатэкЛаб" | Protective material from neutron radiation and gamma-ray scintillation detector |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| FR1308316A (en) * | 1960-12-21 | 1962-11-03 | Atomic Energy Commission | New radiation shields and their manufacturing process |
| NL294754A (en) * | 1962-07-16 | |||
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1973
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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Legal Events
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