DE1051715B - Geformter keramischer Strahlenschutzkoerper - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft Strahlenschutzkörper zur Abschirmung von Röntgen-, Kathoden-, Kanal- und Gammastrahlen. Blei und Beton sind die bisher am allgemeinsten verwendeten Stoffe zum Schutz gegen solche schädlichen Strahlen. Von diesen ist Blei mit hoher Ordnungszahl der wirksamere, insbesondere zur Abschirmung von Strahlung mittlerer und niedriger Energiebereiche. Der weniger wirksame Stoff, nämlich Beton, welcher im wesentlichen aus den Oxyden verhältnismäßig leichter Elemente, z. B. Silicium, Aluminium, Magnesium und Calcium, besteht, ist ein ziemlich schlechtes Absorptionsmittel für niedrige bis mittlere Strahlungsenergiebereiche, besitzt jedoch ausreichende Absorptionseigenschaften für mittlere bis hohe und höchste Energiebereiche und kann als ausreichende Abschirmung angesehen werden, insbesondere dann, wenn größere Dicken nicht stören. Auch Mischungen aus Gips und Baryt wurden als zementartige Körper zur Abschirmung in radiologischen Einrichtungen verwendet. Weder Blei noch Beton sind jedoch wegen ihrer Masse im Verhältnis zu ihrem Absorptionsvermögen in,allen Fällen wirksam. Blei besitzt insofern ungünstige physikalische Eigenschaften für eine Abschirmung, als sein Schmelzpunkt niedrig, es sehr teuer und schwer einzubauen ist und keine gut aussehende Oberfläche besitzt. Bleiplatten müssen z. B. mit Spezialnägeln mit Bleiköpfen befestigt werden, und die so befestigte Bleiabschirmung wird in der Regel mit einem besser aussehenden Stoff verkleidet. Blei ist außerdem elektrisch leitend.

Ein weiterer Nachteil von Blei liegt darin, daß es innerhalb bestimmter Bandbreiten schädlicher Strahlung schlechter absorbiert als über andere Bereiche des Strahlungsspektrums.

Es sind ferner Strahlungsabschirmende Kacheln, Fliesen od. dgl. bekannt, die aus einem Material mit geringem Absorptionsvermögen und eimern stark absorbierenden Füllstoff, z. B. Schwerspat, bestehen. Auch Bleioxyd oder Zirkonoxyd als Strahlungsabschirmende Komponente enthaltende keramische Massen sind bekannt.

Es wurde nun gefunden, daß aus einer gebrannten Mischung von sauerstoffhaltigen Bariumverbindungen mit Blei und/oder Zirkonoxyden bestehende keramische Körper eine ungleich bessere Strahlungsabsorption bewirken als die bekannten, und zwar absorbieren sie besonders gut Strahlungen niedriger oder mittlerer Intensitäten. Diese Stoffe können in Form von Kacheln, Backsteinen oder Blöcken erhalten werden, so daß sie leicht einzubauen sind. Sie können zur Erzielung einer ansprechenden Oberfläche, welche leicht zu reinigen und steril zu halten ist, glasiert werden. Gegebenenfalls werden sie auch leicht mittels Geformter keramischer
Strahlenschutzkörper

Anmelder:

The Plessey Company Limited,
Ilford, Essex (Großbritannien)

Vertreter: Dipl.-Ing. E. Prinz, Patentanwalt,
München-Pasing, Bodenseestr. 3 a

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 3. August 1954

Ernst Albers-Schoenberg, Metuchen, N. J. (V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden

Bleilegierungen oder bleioxydhaltiger Zemente miteinander verbunden.

Durch entsprechende anteilmäßige Kombination der Komponenten kann der Intensitätsbereich der optimalen Strahlungsabsorption variiert werden. Die zur Herstellung der erfindungsgemäßen keramischen Strahlenschutzkörper verwendeten Ausgangsstoffe brauchen nicht gereinigt zu werden, was natürlich eine wesentliche Verbilligung der Endprodukte zur Folge hat.

So kann z.B. natürlicher Zirkon (ZrO₂-SiO₂), welcher in großer Menge im Küstensand vorkommt, als Zirkonquelle verwendet werden. Dieses Material ist mit einer Reinheit von 65 bis 70% billig und kann ohne weitere Reinigung verwendet werden. Wenn die Sulfate und Silicate verwendet werden, kann die Anwesenheit des Siliciums und Schwefels mit niedrigem Molekulargewicht dadurch ausgeglichen werden, daß man die Platte oder die Kachel entsprechend dicker macht. Bei Verwendung von Bariumsulfat kann das aus natürlich vorkommenden Baryten erhaltene Produkt mit einer Reinheit von etwa 90% oder mehr verwendet werden. Bleioxyd, welches durch Rösten von natürlichem Bleiglanz (PbS) erhalten wird, kann als Quelle für Pb O verwendet werden. Verunreinigungen dieser Stoffe sind für das Produkt nicht schädlich und verbessern sogar oft dessen Eigenschaften. Mindestens 50 Gewichtsprozent des fertigen Produktes sollen jedoch aus Elementen mit mittlerer oder hoher Ordnungszahl bestehen. Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Kacheln, Backsteine der Platten kann die Zusammensetzung unter hohem Druck von

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z.B. 315 bis 1890 kg/cm² verformt werden, so daß man ein Produkt mit gleichmäßig hoher Dichte erhält. Es ist dies sehr wichtig, da eine Strahlungsabschirmung nur so gut ist wie die schwächste Stelle darin. Ein Nachteil von Betonabschirmungen liegt darin, daß Entmischungsstellen oder Lufttaschen darin auftreten.

■ Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Produkte liegt darin, daß sie in automatischen, elektronischen Einrichtungen auf ihre Strahlungsabschwächung getestet und die erhaltenen Testwerte auf das Produkt aufgestempelt werden können. Dies erhöht den Wert des Produkts bei seiner Verwendung, da es einen größeren Sicherheitsfaktor bei der Berechnung der erforderlichen Dicken für eine gegebene Einrichtung ergibt. Bei Bleiabschirmungen kann durch unachtsame Handhabung das Produkt an einzelnen Stellen zufällig dünner werden.

Die Kacheln, Backsteine oder Platten können so geformt werden, daß sie sich beim Zusammenbau zu einer Wand überlappen. Die Außenseite kann glasiert werden, so daß man eine leicht zu reinigende, gut aussehende und keimfreie Oberfläche erhält. Bleiglasierungen erhöhen das Absorptionsvermögen dieser Produkte. Zum Zusammenkitten der Produkte kann ein bleihaltiges Kittmaterial verwendet werden.. Ein weiterer Vorteil der erhaltenen Körper besteht darin, daß sie auch elektrische Isolatoren sind, wodurch die Gefahr von Kurzschlüssen bei hoher Spannung verringert wird. Sie sind auch hitzebeständig, was bei vielen Einrichtungen ebenfalls von Vorteil ist.
• Dk Zeichnung· zeigt die Herstellung sieh überlappender Kacheln. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäß hergestellte Kachel,

Fig. 2 eine Querschnittsansicht entlang der Linie 2-2 von Fig. 1,

Fig. 3 einen Blick auf eine aus den Produkten von Fig. 1 und 2 hergestellte Wand,

Fig. 3 A eine Querschnittsansicht der in Fig. 3 gezeigten Wand,

Fig. 4 eine Draufsicht auf eine andere Äusführungsform der Kachel,

Fig. 4 A eine Stirnansicht der Kachel von Fig. 4,

Fig. 4 B eine Untenansicht der Kachel von Fig. 4,

Fig. 5 eine Draufsicht auf zwei ähnliche Kacheln abgeänderter Form,

Fig. 6 eine waagerechte Querschnittsansicht eines Teiles einer aus einer anderen Konstruktionseinheit erhaltenen Wand,

Fig. 6 A eine senkrechte Querschnittsansicht der Wand von Fig. -6 entlang der Linie A-A von Fig.'6 j

Fig. 7 und 8 zeigen, wie eine Betonwand -zusammen mit den erfmdungsgemäßen keramischen Konstruktionseiriheiten verwendet werden kann, und

Fig. 9 ist eine waagerechte Querschni'ttsansicht eines Teiles einer aus einer anderen Konstruktionseirihelt errichteten Wand.

Fig. 1 und 2 zeigen eine Kachel 10 üblicher Fornu Bei 11 ist die relative Abschwächung und die Dicke des Produkts aufgestempelt, so daß sie immer ersichtlich ist. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, 'besitzt die Kachel eine daraufgebrannte 'Glasur 12. In Fig. 3 und 4 ist gezeigt, daß die Kacheln mit einem Bleiglätte (PbO) enthaltenden Kitt miteinander verkittet werden können. Ein geeigneter, Bleiglätte enthaltender Kitt wird z. B. durch Zugabe von 1 Pfund Bleiglätte zu 100 bis 175 cm³ Glycerin erhalten. Solche Bleiglättekitte können je nach der Glycerinmenge so zusammengesetzt sein, daß ihr Abschwächungswert immer höher ist als der der keramischen Kachel oder der Blöcke 10, so daß eine hundertprozentig wirksame Verbindung erzielt wird.

Um ein Lecken an unter Umständen an den seitliehen Berührungsflächen benachbarter Blöcke oder Kacheln auftretenden engen Zwischenräumen zu verhindern, können die Kacheln mit bogenförmig gekrümmten Kanten 21, 22, 23 und 24 hergestellt werden,, wie sie die Kachel 20 von Fig. 4, 4 A und 4 B

ίο zeigt. Da die gefährlichen Strahlen geradlinig durchtreten, kann kein Strahl praktisch einen freien AVeg zwischen benachbarten Seitenflächen von zwei ineinander eingepaßten Kacheln dieser Form finden.
Fig. 5 zeigt die beiden ineinander eingepaßten Teile 25, deren Seitenflächen die Form einer S-Kurve 26, 27 aufweisen.

Gemäß der in Fig. 6 und 6A gezeigten Ausführungsform "besitzen die Strukturelemente30 an jeder Seite eine halbzylindrische Rille, und zwar z. B. an den Schmalseiten eine. Rille 31 und die Rille 32 an der Ober- und Unterseite. Bei Vereinigung dieser Elemente unter Bildung einer Wand wird der aus Blei oder Bleilegierung bestehende Stab 35 senkrecht angeordnet, und die Strukturelemente 30 werden übereinandergelegt, wobei die Rillen 31 genau um den Stab 35 passen. Wenn eine Reihe fertig ist, wird der aus Blei oder einer Bleilegierung bestehende Stab 36 in die Rille 32 eingelegt. Die Ble'istäbe 35 und 36 können auch viereckig oder regelmäßig polygonal sein.

Der Durchmesser der Stäbe 35 und 36 beträgt etwa ein Sechstel der Dicke des Blockes 30. Blei kann unter bestimmten Umständen z. B. etwa zweimal so schwer und dreimal so wirksam pro Gewichtseinheit im Vergleich zu dem Block 30 in der Gesamtabschwächung sein, so daß Bleistäbe, welche ein Sechstel der Dicke des Blockes 30 besitzen, in ihrer Abschirmwirkung diesem Block etwa gleichwertig sind.

Neuere Untersuchungen, 'betreffend den Durchgang von Gammastrahlen durch dicke Medien, haben ergeben, daß zur Erzielung einer Abschirmungsdicke, welche ausreicht, um die Intensität von Gammastrahlen auf den erforderlichen Sicherheitsbruchteil ihres anfänglichen Wertes herabzusetzen, die Wirkung der vielfachen Streuung in Betracht gezogen w.erden muß, d.li., der Faktor, welcher diese vielfache Streuung berücksichtigt, ist eine Funktion der Dicke der Abschirmung. Es ist daher doppelt vorteilhaft, die Dicke der Abschirmung soweit wie möglich herabzusetzen. Es kann dies z. B. dadurch erzielt werden, daß man eine Betonwandabschirmung mit der Hälfte der eigentlichen Dicke mit einer bestimmten Kachel mit etwa einem Achtel der Dicke der ursprünglichen Betonwand kombiniert. Es ist dies mit einer bestimmten keramischen Mischung mit wesentlich höherer Dichte und einem größeren Abschwächungswert als Beton möglich. Die Betonwand 40 von Fig. 7 kann auf diese Weise durch die in Fig. 8 gezeigte Kombination aus der Betonwand 41 und dem keramischen Körper 42 ersetzt werden.

Im folgenden werden Beispiele für Zusammensetzungen erfindungsgemäßer Produkte gegeben.

Beispiel 1

25 Gewichtsteile Bariumsulfat werden mit 75 Gewichtsteilen Bleimonosilicat gemischt. Diese Stoffe werden miteinander vermählen, .dann unter Zusatz von ¹/2°/o Betonit und Wasser plastifiziert und zu einer .körnigen .Masse verarbeitet. Die Zusammensetzung wird z. B. zu Kacheln oder in Fig. 1 gezeigten Art verformt und bei '800° C gebrannt.

Claims (1)

1 051 /Ib

5 6

Beispiel 2 denen Intensitäten und Wellenlängen. Die 1 cm dicke

Das Verfahren wird wie im Beispiel 1 durchgeführt, Kachel war durchschnittlich etwas wirksamer als

nur mit der Ausnahme, daß 75 Gewichtsteile Barium- 1,6 mm Blei, wenn das breite Röntgenstrahlenbündel

sulfat und 25 Teile Bleimonosilicat verwendet werden. rechtwinklig auf die Kachel auftraf. In einem Ab-

Die nach diesem Beispiel erhaltene Kachel ist für 5 stand von 25 cm von der Kachel war das Bleiäqui-

einen Intensitätsbereich von 75 keV (75 000 Elek- valent etwas größer als 1,7. Für schmale Röntgen¹

tranenvolt) oder weniger bestimmt, für welchen Strahlbündel bei einem Abstand von 50 cm war das

Barium stärker absorbierend ist als Blei. Die Brenn- Bleiäquivalent der 1 cm dicken Kacheln nahezu

temperatur beträgt etwa 1100° C. 1,9 mm. Das Bleiäquivalent der Kachel nimmt mit

_ . ίο zunehmendem Abstand zu.

Beispiel ό £,j_{e nacn} ^_en vorstehenden Beispielen hergestellten

Das Verfahren wird wie im Beispiel 1 durchge- Kacheln können zur Auskleidung ganzer Räume, in

führt, und zwar mit der folgenden Zusammensetzung: welchen strahlende Einrichtungen, z.B. therapeutische

27 Gewichtsteile Röntgenapparate, stehen, vor welchen die Angestellten g 15 geschützt werden müssen, Verwendung finden.

PbO (SiO₈)J".'. 48 "

ZrO 17 „ Patentansprüche:

Diese Zusammensetzung wird bei 1110° C dichtge- 1. Geformter keramischer Strahlenschutzkörper brannt. 2° zur Abschirmung von Röntgen-, Kathoden-, Kanal-Beispiel 4 oder Gammastrahlen, dadurch gekennzeichnet, daß

der Körper im wesentlichen aus einer gebrannten

Es wird dasselbe Verfahren wie im Beispiel 1 an- Mischung von sauerstoffhaltigen Bariumverbin-

gewendet mit der folgenden Zusammensetzung: düngen mit Blei und/oder Ziirkonoxyden besteht.

47 Gewichtsteile ²⁵ ^- Keramischer Körper nach Anspruch 1, da-

44 durch gekennzeichnet, daß die Mischung im

p. Q² 5 " wesentlichen aus Bariumsulfat und Bleisilikat

•g· Q 4 " oder einer anderen mineraLtecheneauerstoffhaltigen

^{2 3} " Bliaiverbindung besteht, wobei beide Mischungs-

Diese Zusammensetzung wird bei 1110° C dichtge- 30 bestandteile in ungereinigter Form sein können.

brannt.

Kacheln von 1 cm Dicke wurden mit breiten und In Betracht gezogene Druckschriften:

schmalen Röntgenstrahlbündeln getestet und mit Deutsche Patentschrift Nr. 335 675;

einem Bleischutz verglichen, und zwar bei verschie- USA.-Patentschrift Nr. 2 018 600.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

.© 809 767/445 2.59