MLZ is a cooperation between:

Technische Universität München> Technische Universität MünchenHelmholtz-Zentrum Geesthacht> Helmholtz-Zentrum GeesthachtForschungszentrum Jülich> Forschungszentrum Jülich
Logo

MLZ

Lichtenbergstr.1
85748 Garching

17.11.2011

Recyclebares Abschirmmaterial erfunden

Ingenieure und Physiker des ANTARES Neutronenradiographie-Instruments haben eine wiederverwertbare Abschirmung erfunden, die vor Neutronen- und Gammastrahlung schützt.

Recyclebares Abschirmmaterial Recyclebares Abschirmmaterial Die grünen Steine der neuen Radiographieanlage sind mit dem pulvrigen Abschirmmaterial gefüllt.

Die grünen Steine der neuen Radiographieanlage sind mit dem pulvrigen Abschirmmaterial gefüllt.

Als Abschirmmaterial wird weltweit an Neutronenquellen borierter Schwerbeton verwendet. Er schwächt sowohl Gamma- als auch Neutronenstrahlen ab, die aus den wissenschaftlichen Instrumenten kommen. Wegen seines hohen Eisengehalts erreicht Schwerbeton typischerweise eine Dichte von 3,5 bis 4,5 Tonnen pro Kubikmeter oder sogar mehr. Das verursacht ein beträchtliches Gesamtgewicht der Instrumentabschirmung. Weil in den meisten Einrichtungen nicht nur der Platz beschränkt ist, sondern auch die maximal zulässige Belastung des Bodens, möchte man Abschirmmaterialien in Größe und Gewicht reduzieren.

Aus diesem Grund entwickelten Elbio Calzada, Burkhard Schillinger, Harald Türck und Florian Grünauer ein neues Abschirmmaterial, das aus einem Mix aus Stahlgranulat, Ferroborgranulat und flüssigem Paraffin besteht. Das Material hat und behält die Konsistenz von feuchtem Sand und wird nicht fest. Es wurde beim Neubau des Instruments ANTARES verwendet.

Antares neu Antares neu Das neue ANTARES im grüner Farbe in der Experimentierhalle.

Das neue ANTARES im grüner Farbe in der Experimentierhalle.

Umbau des Instruments brachte die Gruppe auf Idee

Der Strahlkanal SR 4B, der bisher das Instrument ANTARES mit Neutronen versorgt hat, ist der einzige, der ein kaltes Neutronenspektrum bietet und in die neue Neutronenleiterhalle Ost verlängert werden kann. Deshalb musste ANTARES auf den zweiten Kanal des Strahlrohres SR 4 verschoben werden. Als das ANTARES-Team das neue Design der Radiographie- und Tomographieanlage plante, mussten sie mit zusätzlichem Gewicht und verengten Platzverhältnissen zurecht kommen. Wegen des zweiten Strahlkanals musste zusätzliche Abschirmung angebracht werden. Mit Hilfe von Monte-Carlo-Simulationen optimierte die Gruppe die Zusammensetzung ihres neuen Abschirmmaterials in Bezug auf den Boranteil und den Wasserstoffgehalt.

Jetzt sind die neuen grünen Stahlcontainer von ANTARES inzwischen mit dem feuchten Pulver gefüllt. Weil es nicht fest wird, kann es jederzeit aus den Stahlcontainern entfernt und wiederverwendet werden, falls das Instrument umgebaut oder abgebaut wird.

  • Prozent Gewichtsersparnis*
  • Das neue Material enthält zudem nur Anteile, die tatsächlich zur Abschirmung beitragen. Deshalb kann die Dicke der Abschirmung im Vergleich zu Schwerbeton um 20 Prozent reduziert werden. Das hat im Fall von ANTARES 50 Tonnen Gewicht eingespart. Zwar ist das Material zu Anfang 10-20 Prozent teurer als Schwerbeton, doch lohnt sich die Investition auf lange Sicht gesehen: Das Material kann wiederverwendet werden und verursacht so keine zusätzlichen Entsorgungskosten. Die Technische Universität München hat diese Erfindung patentieren lassen und kann sich eine Zusammenarbeit mit einem Unternehmen vorstellen, das das Füllen der Stahlcontainer mit dem Abschirmpulver industrialisiert.

    Übrigens sind die alten Abschirmbausteine von ANTARES größtenteils ebenfalls wiederverwertet worden: Etwa 200 Tonnen werden an der Neutronenquelle des Institut Laue-Langevin in Grenoble verwendet und einige Abschirmsteine kommen beim Instrument MEPHISTO in der Neutronenleiterhalle West des FRM II zum Einsatz.

    Originalpublikation:

    Reusable shielding material for neutron- and gamma radiation, E. Calzada, F. Grünauer, B. Schillinger, H. Türck,
    Nucl. Instr. and Meth. A,
    Volume 651,
    Issue 1,
    21 September 2011,
    Pages 77-80 ,
    DOI: 10.1016/j.nima.2010.12.239

    MLZ is a cooperation between:

    Technische Universität München> Technische Universität MünchenHelmholtz-Zentrum Geesthacht> Helmholtz-Zentrum GeesthachtForschungszentrum Jülich> Forschungszentrum Jülich